山區(qū)特長隧道路線方案設(shè)計(jì)研究

余鑫　何洋

摘要 高速公路建設(shè)對(duì)山區(qū)經(jīng)濟(jì)水平增長和居民生活水平提高具有較大影響。隧道路線設(shè)計(jì)作為山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)之一，受到地勢起伏高差大、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、環(huán)水保因素和國土空間規(guī)劃體系等影響，隧道路線設(shè)計(jì)難度極大。文章以高速公路特長隧道為依托，先對(duì)影響隧道路線設(shè)計(jì)的制約因素進(jìn)行全面分析，進(jìn)一步結(jié)合臨近隧道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，探討在山區(qū)特長隧道路線方案設(shè)計(jì)過程中，不同制約因素對(duì)設(shè)計(jì)方案的影響，根據(jù)控制因素針對(duì)性地確定選線原則，擬定應(yīng)對(duì)策略，合理選擇指標(biāo)，擇優(yōu)確定路線方案。

關(guān)鍵詞 山區(qū);高速公路;特長隧道;路線設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U412.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）06-0056-03

引言

重慶地處四川盆地東南丘陵山區(qū)，地勢起伏大，素有“山城”之稱。高聳的山峰是美麗山水城市一道靚麗風(fēng)景線，但在重慶地區(qū)高速公路建設(shè)中，為改善線形，克服高差，不得不廣泛采用隧道工程，因而隧道工程往往成為建設(shè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。其中隧道路線設(shè)計(jì)對(duì)前后路線銜接、建設(shè)難度、建設(shè)工期均有著重大影響，隧道路線設(shè)計(jì)顯得更為重要。其影響因素包括沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃，沿線鐵路、水運(yùn)、管線和電力設(shè)施分布，沿線自然條件、風(fēng)景名勝等其他因素[1]。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保護(hù)環(huán)境，重視地質(zhì)選線，避讓大型不良地質(zhì)地段[2]。隧道路線選線方法主要有地形選線、地質(zhì)選線、減災(zāi)選線和環(huán)境選線等[3-5]。該文以高速公路特長隧道路線設(shè)計(jì)為例，分析選線難點(diǎn)，考慮眾多控制因素進(jìn)行比選，供類似項(xiàng)目借鑒。

1 工程概況

中梁山隧道位于重慶市北碚區(qū)，為渝武復(fù)線高速主線新建段控制性工程，雙向六車道高，設(shè)計(jì)速度100 km/h，施工圖設(shè)計(jì)左洞5 263 m，右洞5 310 m。隧道地層由新至老依次為：第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el）;新田溝組（J2x）、自流井組（J1-2z）、珍珠沖組（J1z）;三疊系上統(tǒng)須河組（T3xj）、中統(tǒng)雷口坡組（T2l）、下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）與飛仙關(guān)組（T1f）。

隧道洞身橫穿觀音峽背斜，隧址區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，嘉陵江組（T1j）和雷口坡組（T2l）巖溶發(fā)育，隧道洞身發(fā)育斷層，洞身穿越含煤地層及軟弱圍巖，附近分布老煤礦采空區(qū)，易發(fā)生老窯突水、采空區(qū)崩塌以及瓦斯突出和煤塵爆炸等工程、水文地質(zhì)危害。

2 路線控制因素

中梁山隧道環(huán)境控制性因素極多，隧道順接嘉陵江特大橋，橋位布設(shè)受通航、行洪、保護(hù)區(qū)等多因素影響。所處中梁山地質(zhì)條件十分復(fù)雜，穿越煤礦采空區(qū)、瓦斯突出區(qū)、多層巖溶，隧道段落上方臨近兩座水庫。既有蘭渝鐵路、遂渝鐵路、在建樞紐東環(huán)鐵路等隧道穿越中梁山，規(guī)劃渝西高鐵走廊也位于中梁山，此外還有既有襄渝鐵路、北碚油庫、鐵路專用線及磨心坡車站，交叉關(guān)系復(fù)雜。中梁山部分段落臨近自然風(fēng)景名勝區(qū)等，環(huán)保要求高。隧道進(jìn)口有水泥廠，生產(chǎn)規(guī)模大，須盡量避免對(duì)其干擾，隧道出口受鐵路磨心坡站、加油站、既有鐵路橋梁、北碚油庫、S204等因素控制。中梁山隧道里程長，工程風(fēng)險(xiǎn)高，工程規(guī)模大，須合理路線設(shè)計(jì)，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

綜合控制因素分析，為確保方案不遺漏，設(shè)計(jì)階段擬定了A-R等15個(gè)路線方案，分別針對(duì)上跨鐵路、下穿鐵路橋梁群、下穿鐵路路基、與鐵路隧道并行、靠近風(fēng)景區(qū)保護(hù)區(qū)、調(diào)整嘉陵江特大橋橋位、跨徑、調(diào)整隧道與巖溶空間關(guān)系、拆遷加油站、省道S204改造等多種方案進(jìn)行了深入分析。隧道各方案均穿越各不良地質(zhì)體，基本無法繞避，須在工程地質(zhì)工作基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析比較，從地質(zhì)角度優(yōu)選相對(duì)危害性較小的合理工程路線設(shè)計(jì)，該文選擇K線（定測方案）、H線、I線、J線、M線比選說明（見圖1）。

3 路線方案設(shè)計(jì)

3.1 K線方案

K線采用235 m剛構(gòu)橋垂直跨越嘉陵江，設(shè)置中梁山隧道進(jìn)口，緊貼風(fēng)景名勝區(qū)外緣，不侵入名勝區(qū)范圍，不侵?jǐn)_水泥廠主要生產(chǎn)廠房，后與在建樞紐東環(huán)鐵路隧道交叉沿西北方向前行，經(jīng)北碚油庫西側(cè)來龍村附近隧道結(jié)束，以橋梁形式下穿襄渝鐵路、襄渝二線、在建樞紐東環(huán)鐵路橋，跨越S204后，經(jīng)袁家灣避免對(duì)工業(yè)區(qū)拆遷，布設(shè)天頂南互通，至西山坪隧道進(jìn)口。

3.2 H線方案

H線以285 m斜拉橋跨越嘉陵江，后經(jīng)風(fēng)景名勝區(qū)，開挖中梁山山體，后與在建樞紐東環(huán)鐵路隧道交叉沿西北方向前行，經(jīng)北碚油庫西側(cè)來龍村附近隧道結(jié)束，以橋梁形式下穿襄渝鐵路、襄渝二線、在建樞紐東環(huán)鐵路橋，跨越S204后，經(jīng)袁家灣避免對(duì)工業(yè)區(qū)拆遷，布設(shè)天頂南互通，至西山坪隧道進(jìn)口。

3.3 I線方案

I線以285 m斜拉橋跨越嘉陵江，后經(jīng)風(fēng)景名勝區(qū)，開挖中梁山山體，后與樞紐東環(huán)鐵路同向靠近嘉陵江一側(cè)展線，經(jīng)蘭渝高鐵中梁山隧道、樞紐東環(huán)鐵路隧道上方，出洞后騎跨兩鐵路橋梁，后跨越襄渝鐵路、襄渝二線及各鐵路連接線，后布設(shè)天頂南互通，隧道規(guī)模雖短，但橋梁規(guī)模增加。經(jīng)調(diào)查樞紐東環(huán)與蘭渝鐵路隧道凈距較小，不具備從兩鐵路隧道間穿越條件，I線橋梁布設(shè)難度較大，同時(shí)與鐵路交叉風(fēng)險(xiǎn)大。

3.4 J線方案

J線以285 m斜拉橋跨越嘉陵江，后經(jīng)風(fēng)景名勝區(qū)，開挖中梁山山體，后與樞紐東環(huán)鐵路交叉，穿越縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)，從樞紐東環(huán)、襄渝鐵路、襄渝二等鐵路上方以橋梁形式跨越，經(jīng)袁家灣布設(shè)天頂南互通，至西山坪隧道進(jìn)口，中梁山隧道規(guī)模雖短，但橋梁規(guī)模增加。

3.5 M線方案

M線以285 m斜拉橋跨越嘉陵江，后經(jīng)風(fēng)景名勝區(qū)，開挖中梁山山體，上跨蘭渝高鐵隧道，跨越襄渝鐵路、襄渝二線、蘭渝高鐵等若干鐵路連接線，該項(xiàng)目西山坪隧道進(jìn)口受蘭渝高鐵明家溝隧道位置控制，天頂南互通、東陽停車區(qū)受小學(xué)、變電站等影響布設(shè)空間緊張。若采用上跨蘭渝高鐵方式，由于鐵路間高差大，受縱斷限制，上跨蘭渝鐵路以后下穿普速鐵路困難，則跨越鐵路段落均為橋梁，工程規(guī)模增加明顯。若采用下穿跨蘭渝高鐵方式，由于公鐵隧道安全距離及縱斷限制，下穿蘭渝高鐵后上跨遂渝鐵路，需要在700 m范圍內(nèi)，克服20 m以上的高差，隧道形成凹曲線，布置不合理。若采用全部下穿鐵路方式，隧道縱坡達(dá)3%以上，隧道安全性無法保證，方案不成立。

3.6 隧道進(jìn)口條件

中梁山隧道進(jìn)口段路線受既有繞城高中梁山隧道、既有繞城高速施家梁互通、施家梁互通布設(shè)條件、觀音峽嘉陵江大橋、縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、水泥廠、地質(zhì)條件等影響。嘉陵江北岸路線須設(shè)置施家梁互通與繞城高速既有施家梁互通形成交通轉(zhuǎn)換，同時(shí)兼顧落地功能連接G212，故而方案縱斷受限，從繞城高速中梁山隧道上方跨越繞城高速布設(shè)互通難以實(shí)現(xiàn)，因此須在既有繞城高速中梁山隧道進(jìn)口前設(shè)置橋梁跨越既有繞城高速。

以橋梁形式跨越既有繞城高速后，K線采用剛構(gòu)橋垂直跨越嘉陵江;H線、I線、J線由于施家梁互通西北側(cè)為順層，且由于互通布設(shè)平面半徑、縱斷坡度的限制，若要實(shí)現(xiàn)觀音峽嘉陵江大橋與嘉陵江、中梁山垂直正交，互通西北側(cè)邊坡將由3級(jí)增加至6級(jí)，處治難度大，風(fēng)險(xiǎn)大，為兼顧施家梁互通布設(shè)條件影響，觀音峽大橋跨徑加大，同時(shí)位于1 920 m平曲線，2.5%縱坡范圍內(nèi)，橋梁形式采用斜拉橋。

由于嘉陵江北側(cè)中梁山山勢高峻，為兼顧施家梁互通布設(shè)條件影響，除K線外，各方案均須在名勝區(qū)內(nèi)對(duì)中梁山山體開挖7級(jí)以上，對(duì)環(huán)境影響較大，風(fēng)景區(qū)建設(shè)須做重大工程選址報(bào)告，上報(bào)主管部門審批，綜合優(yōu)勢不明顯。因此進(jìn)口條件K線最為適宜。

3.7 隧道出口條件

隧道出口主要受到鐵路磨心坡站、加油站、既有鐵路橋梁群、北碚油庫、S204等因素控制，特別是鐵路橋梁群對(duì)路線影響最大，中梁山隧道出口和鐵路相交位置，僅兩處較為適宜，K線、H線處以橋梁方式下穿鐵路橋梁群;J線處以橋梁方式上跨鐵路橋梁群，這兩處位置相比，K線工程規(guī)模最優(yōu)，有效減少了公鐵交叉干擾，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)及鐵路運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免了加油站拆遷，隧道出口位置較為有利。

3.8 K線高低線對(duì)比

經(jīng)比選K線進(jìn)出口位置最優(yōu)，進(jìn)一步做高低線對(duì)比。K線低線方案，中梁山隧道跨越在建樞紐東環(huán)鐵路隧道后，從兩層暗河中間穿過，而后從襄渝、襄渝二線、在建樞紐東環(huán)鐵路、北碚油庫、鐵路專用線下穿過，設(shè)計(jì)標(biāo)高距鐵路最低標(biāo)高24.49 m以上設(shè)置隧道出口，經(jīng)袁家灣大橋后，設(shè)置天頂南互通。由于隧道影響，S204道路需要進(jìn)行改路，改路方案須設(shè)計(jì)一座6×40 m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋梁。K線高線方案，中梁山隧道跨越在建樞紐東環(huán)鐵路隧道后，從第一層暗河上方穿過，設(shè)計(jì)標(biāo)高距第一層暗河上緣21.90 m，而后在襄渝、襄渝二線、在建樞紐東環(huán)鐵路、北碚油庫鐵路專用線上方設(shè)置磨心坡特大橋跨越鐵路、S204等，之后設(shè)置天頂南互通，新增磨心坡特大橋需要設(shè)置大跨跨越鐵路，距離在建樞紐東環(huán)鐵路軌底標(biāo)高僅16.43 m，部分墩高高達(dá)50 m，橋梁規(guī)模明顯增加，同時(shí)需要在樞紐東環(huán)鐵路與襄渝鐵路兩鐵路線間設(shè)置橋墩，兩鐵路線均為運(yùn)營狀態(tài)，須采用轉(zhuǎn)體施工，建設(shè)難度、周期等均會(huì)增加，中梁山隧道提前出洞后，會(huì)影響北碚油庫輸油管道，協(xié)調(diào)施工困難均較大。因此K線采用低線方案更優(yōu)。

4 中梁山隧道段落路線方案對(duì)比

經(jīng)綜合比選推薦采用K線低線方案，詳見表1。

5 結(jié)語

通過對(duì)中梁山隧道路線設(shè)計(jì)比選研究，主要有以下結(jié)論：

（1）地下水主要沿背斜構(gòu)造線順地層流動(dòng)，流向主要沿槽谷自北向南，排至嘉陵江，出水口于江面以下，路線盡量向嘉陵江方向調(diào)整，暗河標(biāo)高降低，隧道從暗河上面穿過，減少施工運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

（2）統(tǒng)籌兼顧將方案影響范圍內(nèi)的互通立交、特大橋等一并納入比選。

（3）隧道路線可借鑒在建東環(huán)鐵路隧道地質(zhì)資料及巖溶暗河處治經(jīng)驗(yàn)，提前預(yù)判隧道水文地質(zhì)情況。

（4）K線采用正交235 m剛構(gòu)橋跨越嘉陵江，其他線路均須采用斜交285 m斜拉橋，施工周期、難度等優(yōu)勢明顯。

（5）H、I、J線均須穿越風(fēng)景名勝區(qū)，洞口邊坡開挖高，環(huán)境影響大，相關(guān)流程較長，且工程規(guī)模無優(yōu)勢。

（6）中梁山隧道出口有效減少了公鐵交叉干擾，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)及鐵路運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免了加油站拆遷，隧道出口位置較為有利。

（7）M線、I線與鐵路多次交叉，與鐵路的協(xié)調(diào)難度及與學(xué)校、變電站等干擾程度等均無優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1]許金良. 道路勘測設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民交通出版社， 2009： 128-132.

[2]霍明. 山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)指南[M]. 北京：人民交通出版社， 2003： 16-20.

[3]公路路線設(shè)計(jì)規(guī)： JTG D20—2017[S]. 北京：人民交通出版社， 2017.

[4]嚴(yán)峰. 山區(qū)高速公路工程地質(zhì)選線研究[D]. 西安：長安大學(xué)， 2014.

[5]唐正光， 徐則民， 吳金華， 等.基于氣候、植被及工程地質(zhì)的公路“環(huán)境選線”[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版）， 2009（5）：1016-1019.

收稿日期：2022-02-21

作者簡介：余鑫（1987—），男，本科，工程師，從事高速公路設(shè)計(jì)與技術(shù)管理工作。