麒麟觀特長公路隧道路線方案比選分析

鄒永艷 代少力

摘要：文章結(jié)合麒麟觀隧道工程實例，從路線平面、縱面、通風、施工、運營成本等方面，對工可階段與設(shè)計階段的不同路線方案進行了綜合比選分析，最終確定了隧道路線推薦方案。

關(guān)鍵詞：麒麟觀隧道;隧道路線方案;地質(zhì)選線;巖溶隧道

中圖分類號：U452. 1+3文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 034

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0123 - 04

0 引言

麒麟觀隧道是呼和浩特至北海高速公路宜都（全福河）至鄂湘界段的重大控制性工程，長約2x8.2 km，屬于特長公路隧道。隧道出口緊鄰鄂湘省界，區(qū)域巖溶發(fā)育，存在巖溶管道和地下暗河，并與規(guī)劃的高速鐵路以隧一隧方式相交。因此，隧道路線方案的確定對于優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、降低工程規(guī)模及控制風險具有重大意義。本文對該隧道路線方案進行比選分析。

1 工程概況

呼和浩特至北海高速公路是國家公路網(wǎng)規(guī)劃中新增縱線G59，是縱貫湖北省西部地區(qū)的一條省際通道。目前湖北省內(nèi)構(gòu)成此通道的鄖十、十房、保宜、宜張北高速公路均已建成通車，白洋長江大橋段正在建設(shè)，宜張南高速公路建成通車，宜都（全福河）至鄂湘界段（以下簡稱“本項目”）是該通道的最后一段。

本項目全線采用雙向四車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計速度為80 km/h，整體式路基寬度為25.5 m，分離式路基寬度為12. 75 m。起點與宜張南高速T型交叉，路線向西南前行，沿大溝布線，在財神廟以西進入麒麟觀隧道，路線向西繞避麒麟觀暗河管道，在五峰漁洋關(guān)鎮(zhèn)楊木洞村附近“露頭”跨南河，設(shè)置南河嶺隧道，繼而再次設(shè)置爐紅山隧道穿越鄂湘兩省交界爐紅山，對接呼和浩特至北海高速公路湖南段，項目終點位于鄂湘兩省交界處，推薦線路線全長約18. 803 km。項目地理位置如下頁圖1所示。

1.1 隧道概況

麒麟觀隧道是本項目控制性工程，為上、下行分離的四車道高速公路分離式特長隧道，建筑限界為10. 50 mxs.Om，進口位于湖北省宜都市王家畈鄉(xiāng)大溝村，出口位于湖北省五峰土家族自治縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)麒麟觀村。初擬隧道左洞起訖里程樁號為ZK7+917～ZK16+ 133，長8 216 m，最大埋深約360 m;右洞起訖里程樁號為YK7+946～YK16+170，長8 224 m，最大埋深為363 m。左洞推薦采用1座豎井分兩段送排式通風，右洞推薦采用1座斜井分兩段送排式通風。

1.2 隧道工程地質(zhì)

隧道區(qū)地形地貌屬構(gòu)造剝蝕溶蝕侵蝕低山地貌，臺地地形。隧道橫穿仁和坪東西向山脈，位于南河北岸，經(jīng)過區(qū)域山頂?shù)乇淼匦握w呈波狀起伏，出口南河為巖溶溶蝕深切形成的深谷，兩岸岸坡均較陡。

隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于仁和坪向斜北翼至核部，向斜北翼較平緩且呈波狀起伏，其產(chǎn)狀多變，由多個次級小型背斜與向斜組合而成;向斜核部巖層較陡直，核部擠壓過渡區(qū)由多個緊閉向斜與背斜構(gòu)成。

隧址區(qū)地層主要為志留系至三疊系地層，三疊系地層有嘉陵江組（T1j）肉紅色中厚層至厚層狀微晶灰?guī)r，大冶組（T1 d1-T1 d2）淺灰色至青灰色薄層至中厚層狀致密灰?guī)r，長興組（ P2c）灰白色中厚層狀灰?guī)r，吳家坪組（ P2 W）深灰色薄層狀硅質(zhì)巖，茅口組（P1 m）灰色厚層灰?guī)r，棲霞組（P1 q）灰?guī)r、燧石條帶灰?guī)r夾黑色頁巖，石炭系（C）厚度極薄的泥質(zhì)灰?guī)r;志留系地層有泥盆系（D）灰白色、肉紅色塊狀石英砂巖，紗帽組（Ssh）黃綠色薄層狀細粒石英砂巖、粉砂巖及頁巖。其中S-D屬于非巖溶區(qū);P1m屬巖溶強發(fā)育區(qū);P2w屬巖溶不發(fā)育區(qū);P2c屬巖溶中等發(fā)育區(qū);T1 dl屬巖溶弱發(fā)育區(qū);T1δ一T1j屬于巖溶極發(fā)育區(qū)。

根據(jù)調(diào)查區(qū)巖溶地下水的補給、徑流和排泄特點，可將隧址區(qū)劃分為黃龍洞地下暗河系統(tǒng)（Y-1）、大溝分散排泄巖溶水系統(tǒng)（Y-2）、南河北岸分散巖溶水系統(tǒng)（N-1）、麒麟觀暗河系統(tǒng)（N-2）、大泉河巖溶水系統(tǒng)（N-3）。其中黃龍洞地下暗河系統(tǒng)（Y-1）與大溝分散排泄巖溶水系統(tǒng)（Y-2）發(fā)育于二疊系巖溶含水層中;南河北岸分散巖溶水系統(tǒng)（N-1）、麒麟觀暗河系統(tǒng)（N-2）、大泉河巖溶水系統(tǒng)（N-3）發(fā)育于三疊系巖溶含水層中。

從巖溶水文地質(zhì)角度看，本項目控制性工程為穿越仁和坪向斜的麒麟觀隧道，該隧道為特長復(fù)雜巖溶隧道，其巖溶及巖溶地下水的發(fā)育情況將直接關(guān)系到線路方案的確定以及隧道施工和運營過程中突水、突泥風險的控制。

2 工可階段路線方案研究

根據(jù)路線整體走向及通道方案研究，結(jié)合路線起點、終點及中間控制性因素，工可階段針對麒麟觀隧道擬定了A、B、C三個方案，如圖2所示。

三個方案的擬定思路和總體區(qū)別在于：A方案繞避了麒麟觀暗河主管道，為減小省際隧道工程規(guī)模，利用湖南省裕民村以南溝谷走廊帶布線;B方案為走向順適方案，隧道與麒麟觀暗河管道平面交叉;C方案繞避了麒麟觀暗河管道，并從走向順適的角度布設(shè)線位，在一定程度增加了省際隧道爐紅山隧道工程規(guī)模。A、B、C方案在湖南省境內(nèi)干溝河附近匯合，繼而共線至慈利，涉及湖北、湖南兩省。各方案比較見表1～2。

從表1～2可以看出，單從路線長度、工程規(guī)模來看，B方案走向最順適，里程最短;A、C方案為避開麒麟觀暗河管道，存在一定的繞行;C方案較A方案路線更為順適，工程規(guī)模較A方案小。

從隧道地質(zhì)條件來看，B方案麒麟觀隧道位于麒麟觀暗河系統(tǒng)，穿越暗河的集中排泄通道，施工期間易形成瞬時高壓突水以及持續(xù)突水涌泥，施工風險大，后期運營階段存在較大風險;A、C方案繞避了麒麟觀暗河管道，施工風險可控;根據(jù)呼北高速湖南段工可研究報告，C方案省界爐紅山隧道湖南境內(nèi)巖溶發(fā)育，存在較大地下暗河。

經(jīng)綜合比選和兩省協(xié)商后，工可推薦A方案。

3 初步設(shè)計隧道路線方案比選

本項目初步設(shè)計階段，襄常高鐵工可推薦方案已確定。本項目與襄常高鐵在五峰縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)沙淌村相交，交叉方式為隧道與隧道相交，鐵路下穿公路。為增加高速公路與高速鐵路的交叉角度，減小麒麟觀隧道與高鐵馬巖墩隧道交叉段的影響長度，優(yōu)化麒麟觀隧道縱坡，尋求合適位置跨越高鐵。初步設(shè)計在工可推薦A方案的基礎(chǔ)上，對麒麟觀隧道工可推薦方案進行優(yōu)化，擬定了K線和A1線方案，如圖3所示。

本項目高程控制點是起點KO+ 000交叉處的宜張南高速公路設(shè)計標高228. 215 m和襄常高鐵交叉處的高鐵設(shè)計標高及麒麟觀隧道出口南河設(shè)計洪水位467. 69 m。路線起點至麒麟觀隧道進口之間約8 km布設(shè)了起點全福河樞紐互通、大溝停車區(qū)、省界收費站，扣除以上段落路線所需設(shè)置的緩坡外，麒麟觀隧道進口其余路段縱坡均達3%～4%。

襄常高鐵需在漁洋關(guān)設(shè)置高鐵站，受漁洋關(guān)高鐵站標高影響，同時高鐵馬巖墩隧道需在南河露頭，高鐵隧道原設(shè)計縱面指標為20‰11 136. 438 m、29‰/8 000 m、-4. 07‰/2 600 m。

經(jīng)與襄常高鐵設(shè)計單位協(xié)商、論證，結(jié)合交叉處隧道地質(zhì)情況，交叉處公路設(shè)計標高與高速鐵路設(shè)計標高高差擬按≥35 m的最低要求控制，并通過增大公路上坡坡度、減小鐵路上坡坡度進行調(diào)整，高鐵長上坡由原29‰/8 000 m調(diào)整為27. 18‰/8 000 m。

受本項目起點宜張南高速設(shè)計標高影響及設(shè)置互通、停車區(qū)、主線收費站縱坡需要，麒麟觀隧道進口高程基本確定。為優(yōu)化隧道縱坡，利用公路與鐵路縱坡之差，結(jié)合交叉處地質(zhì)情況，K線、Al線只能選擇在工可A方案以西提前跨越高鐵。由于K線、A1線總體隧道地質(zhì)相當，上跨高鐵之前，兩方案的比選核心就是縱坡比選，通過增加路線長度來達到減小隧道縱坡的目的。方案比選見表3。

從表3可以看出，兩個方案隧道土建工程造價相差不大，平面指標均較高。Al線平面線形相對更順暢，但A1線與襄常高鐵交叉角度小，隧道影響段長度長，隧道縱坡達2. 3%，坡長較長，考慮本隧道為特長隧道，下行方向隧道洞外為連續(xù)長大下坡，需減小隧道縱坡有利于行車安全，并滿足《公路隧道通風設(shè)計細則》中“長度L>5 000 m隧道、縱坡宜控制在2%以下”的要求;K線路線呈S型，對通風有一定影響，由于K線縱坡較小，斜豎井規(guī)模較A1線小、斜井施工條件好，隧道運營風機總裝機功率較A1線小、運營通風成本低。

經(jīng)綜合比選，初步設(shè)計推薦K線。

跨越高鐵后，由于白巖圈以南至南河為巖溶極發(fā)育地段，也是隧道主要涌水地段，考慮施工排水，減小運營階段排水路徑需要，在白巖圈附近設(shè)置人字坡。同時考慮麒麟觀隧道出口施工便道設(shè)置需要，避免前后隧道通風串流，減小省界爐紅山隧道規(guī)模，避免爐紅山隧道采用分段式通風，降低管理難度和運營成本，經(jīng)綜合比較后，K線麒麟觀隧道縱坡設(shè)置如圖4所示。

4 結(jié)語

經(jīng)過綜合對比分析，初步設(shè)計K線為麒麟觀隧道推薦方案。對于長大隧道，特別是巖溶發(fā)育地段隧道以及涉及鐵路共用走廊帶的隧道，在進行路線平縱比選時有以下結(jié)論和建議：

（1）長大隧道在服從路線總體走向的前提下，應(yīng)重視地質(zhì)條件比選，當?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時，特長隧道應(yīng)控制路線走向。

（2）巖溶發(fā)育地段特長隧道應(yīng)根據(jù)隧道涌水情況，結(jié)合隧道施工、運營管理設(shè)置人字坡，合理確定人字坡變坡點位置。

（3）特長隧道應(yīng)考慮全壽命周期內(nèi)隧道運營通風成本，有條件時應(yīng)盡量減小隧道縱坡。

（4）當公路、鐵路共用路線走廊，路網(wǎng)位于省界時，在設(shè)計各階段，不同設(shè)計單位之間應(yīng)及時溝通銜接，統(tǒng)籌設(shè)計。

（5）在設(shè)計階段，應(yīng)統(tǒng)籌公路規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運營、管理、服務(wù)全過程，強調(diào)均衡協(xié)調(diào)，突出建、管、養(yǎng)、運并重，降低隧道全壽命周期成本。

參考文獻

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作者簡介：鄒永艷（1978-）.高級工程師，主要從事隧道工程設(shè)計工作。