探討某高速公路隧道基于環(huán)保理念的設(shè)計(jì)

楊 俊

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

高速公路隧道工程具有施工環(huán)境復(fù)雜、地形起伏較大、技術(shù)要求高、生態(tài)破壞嚴(yán)重等特點(diǎn)，對(duì)施工技術(shù)及環(huán)境保護(hù)提出了更加嚴(yán)苛的要求。深切高陡地形作為隧道施工中典型的地理構(gòu)造，山谷與兩側(cè)山體存在較大落差、地勢(shì)險(xiǎn)峻。此種地形狀況下，隧道洞口選擇、場(chǎng)地布置、材料運(yùn)輸、棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)等存在諸多困難，采用傳統(tǒng)施工方式正面開挖，需將施工便道及洞口部位巖體全部挖除，會(huì)造成周邊地勢(shì)及生態(tài)景觀的大面積破壞，使山體平衡狀態(tài)被打破，造成滑坡、坍塌等現(xiàn)象，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，并對(duì)施工安全造成嚴(yán)重威脅。為確保隧道建設(shè)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，隧道設(shè)計(jì)施工應(yīng)遵循“綠色、節(jié)能、環(huán)?！钡睦砟?，以生態(tài)環(huán)保和綠色公路為前提，最大限度降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞[1-3]。該文結(jié)合某高速公路隧道設(shè)計(jì)案例，基于綠色公路設(shè)計(jì)理念，探究在山區(qū)地形條件下隧道環(huán)保設(shè)計(jì)解決方案。

1 工程概述

1.1 隧道基本情況

某高速公路為雙向四車道布置，隧道工程采用分離式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)速度80 km/h。左、右幅隧道長(zhǎng)度分別為1 362 m 和1 365 m，最大埋置深度分別為170 m 和173 m，兩幅相距26～38 m。隧道入口處采用圓弧形設(shè)計(jì)，采用半徑R=1 900 m 圓曲線，內(nèi)部為直線，出口處為半徑R=970 m 圓曲線，兩幅隧道全線呈上坡狀態(tài)，坡度為0.85%。襯砌結(jié)構(gòu)形式為半徑5.55 m 圓弧結(jié)構(gòu)，高度距拱頂7.1 m，距拱底1.5 m。

1.2 地形地貌

隧道施工區(qū)域主要處于山坡地段，巖層風(fēng)化嚴(yán)重、穩(wěn)定性較差，海拔高度處于698～960 m 之間，整體高差達(dá)262 m，屬典型風(fēng)化型深切溝壑地形，如圖1 所示。左、右幅海拔分別為780.4～959.8 m 和781.2～965.3 m，高差分別為179.4 m 和184.2 m。

圖1 右幅隧道縱斷面結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

隧道進(jìn)口部位直接與大橋相連，谷底距橋面101 m，底部河流常年水流不斷，少雨期水流流量為100 L/s，多雨期流量顯著增大，降水來源為周邊及雨水匯集，為雨水及地下水主要匯集通道；河谷為V 字形，山勢(shì)陡峭、溝壑縱橫，兩岸地勢(shì)險(xiǎn)峻，最大坡度達(dá)60°～75°；洞口植被分布廣泛，生態(tài)完整。出口部位與橋梁相連，橋梁最高處約99 m；橋下河流常年水流不斷，少雨期流量為50 L/s，多雨期流量顯著增大，其最高水位達(dá)705 m，為周邊區(qū)域地表水匯聚通道，周邊區(qū)域地勢(shì)陡峭，坡度為50°～60°；洞口植被分布廣泛，以喬木、林木為主，多數(shù)喬木樹干直徑達(dá)1 m 以上，樹冠高度達(dá)20 m，周邊生態(tài)環(huán)境保護(hù)完整。

1.3 工程地質(zhì)條件

隧道施工范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上部覆蓋層為第四系殘坡積粉砂質(zhì)黏土，下伏二疊系下統(tǒng)茅口組中厚層～厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、二疊系下統(tǒng)梁山組煤系地層，各層系相互交叉、重疊，層次較明顯[4]。

隧道主洞范圍內(nèi)灰?guī)r分布廣泛，其下部地層主要為煤系及白云質(zhì)灰?guī)r，地表侵蝕發(fā)育。周邊分布大量小型溶洞，洞體灰?guī)r呈節(jié)理裂隙發(fā)育，下部煤系巖層部分位于采空區(qū)。隧道入口處仰坡存在一定厚度的黏土層，底層巖體呈裂隙發(fā)育，受地質(zhì)構(gòu)造影響，部分區(qū)域形成危巖。出口位置以灰?guī)r為主，巖體呈裂隙發(fā)育，圍巖破碎嚴(yán)重，穩(wěn)定性較差，受地質(zhì)構(gòu)造影響，極易產(chǎn)生滑坡、坍塌現(xiàn)象。

2 隧道環(huán)保設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 環(huán)保設(shè)計(jì)理念

按照住建部頒布的關(guān)于交通運(yùn)輸節(jié)能環(huán)保及積極實(shí)施綠色公路建設(shè)的基本方針，高速公路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮資源配置及環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面。隧道工程建設(shè)不同于其他建筑工程，其建設(shè)環(huán)境條件惡劣，地質(zhì)復(fù)雜多變，地形地勢(shì)起伏較大，科學(xué)合理的線形布局，能有效節(jié)約土地資源，最大限度減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞[5]。隧道工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境影響較大，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）隧道施工通道、現(xiàn)場(chǎng)布置、進(jìn)出洞口設(shè)置等對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

（2）隧道掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵、廢水、廢氣等污染物引起的環(huán)境污染。

（3）施工中產(chǎn)生的棄渣對(duì)環(huán)境造成的破壞。

（4）隧道建成后洞門及其附屬設(shè)施對(duì)附近生態(tài)環(huán)境造成的干擾。

（5）隧道使用過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水等對(duì)周邊水土造成的破壞。隧道進(jìn)出兩個(gè)洞口的設(shè)計(jì)與施工是環(huán)保設(shè)計(jì)理念的最重要因素。

從環(huán)保的視角開展隧道工程建設(shè)，以最大限度降低施工對(duì)周邊環(huán)境造成的破壞為基本出發(fā)點(diǎn)，嚴(yán)格遵循“綠色、節(jié)能、環(huán)?！钡脑O(shè)計(jì)理念，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)特征、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各方面要求，統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)確定洞口位置及進(jìn)洞方式，并在洞口仰坡位置設(shè)置安全有效的防護(hù)措施，確保施工安全。

2.2 隧道洞口位置選擇

隧道洞口是連接洞內(nèi)、洞外的重要區(qū)域，其位置選擇的合理性與否直接決定土方開挖規(guī)模，對(duì)洞口附近生態(tài)環(huán)境具有重要影響，并在一定程度上影響周邊巖體穩(wěn)定性。

（1）隧道線形布置應(yīng)根據(jù)道路整體走向合理確定，洞口盡量設(shè)置在地勢(shì)平坦、地質(zhì)狀況較好的部位，中軸線應(yīng)盡可能與等高線垂直布設(shè)，遠(yuǎn)離地質(zhì)不良地段，洞口盡可能遠(yuǎn)離巖體不穩(wěn)定區(qū)域。

（2）結(jié)合隧道洞口區(qū)域地勢(shì)特征及線形整體布局，將該隧道洞口設(shè)置于深切溝谷平臺(tái)區(qū)域，中軸線與等高線保持垂直，降低洞口偏壓。

（3）隧道設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格按照“早入晚出”的基本思路，科學(xué)布局洞口樁號(hào)及暗洞位置，最大限度減少土方開挖量，以“零開挖”“少開挖”方式進(jìn)洞。

（4）隧道進(jìn)出口位置通過橋梁連接，合理優(yōu)化洞口與橋梁連接位置，處理好橋臺(tái)與洞口部位的銜接，防止橋隧施工相互影響。

（5）隧道出口位置處于陡壁中間部位，周圍分布大量喬木，生態(tài)環(huán)境較為完整。為防止對(duì)洞口周邊土體及生態(tài)環(huán)境造成破壞，洞口采用貼壁入洞形式，不擾動(dòng)原始巖體。

2.3 隧道入洞方式

入洞作為隧道開挖的標(biāo)志，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及周圍生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有十分重要的作用。傳統(tǒng)進(jìn)洞采用由洞口正面拉槽對(duì)仰坡實(shí)施防護(hù)，并安裝洞口拱套，待支護(hù)完成后再進(jìn)一步開挖支護(hù)。此種進(jìn)洞方式對(duì)地形要求較高，需設(shè)置專用施工通道，將所需機(jī)械、原材等相關(guān)設(shè)施運(yùn)至施工區(qū)域[6]。但此隧道洞口位于深切溝谷高陡區(qū)域，周邊道路和隧道洞口存在一定落差，專用通道設(shè)置難度較大，且造價(jià)較高。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形特征，綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各方面因素，最終確定采用設(shè)置施工橫洞側(cè)向進(jìn)洞方式。

（1）隧道進(jìn)口位置經(jīng)底部鄉(xiāng)村公路由河流轉(zhuǎn)彎部位穿越河流搭設(shè)施工通道，經(jīng)右幅隧道設(shè)置輔助施工橫洞由側(cè)面進(jìn)洞，洞體長(zhǎng)度221 m，平軸線與隧道右洞呈74°夾角。為保證施工機(jī)械運(yùn)行空間，此施工橫洞縱向坡度設(shè)計(jì)為12%。

（2）隧道出口處依靠現(xiàn)狀鄉(xiāng)村道路為施工通道，在右幅隧道區(qū)域開挖輔助作業(yè)橫洞，從側(cè)方入洞，施工作業(yè)輔助通道長(zhǎng)度為106 m，與隧道右洞交角為60°，采用2.53%坡度上坡。

（3）輔助施工橫洞結(jié)構(gòu)形式為圓拱直墻式內(nèi)輪廓，其內(nèi)外半徑分別為：R1=4.5 m、R2=2.5 m，高度為6.8 m，寬度為7.4 m，可供大型施工機(jī)械及材料運(yùn)輸車自由通行。橫洞洞口及與主洞連接部位采用復(fù)合式襯砌，其余部位僅作初期支護(hù)即可，具體結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。

圖2 輔助施工橫洞斷面及襯砌結(jié)構(gòu)（單位：cm）

2.4 隧道洞口景觀設(shè)計(jì)

隧道結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的隱蔽性，其洞口部位作為隧道存在的標(biāo)志，通常在砌筑完成后實(shí)施裝飾處理，增強(qiáng)其視覺效果。洞口景觀設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容較多，除洞門自身裝飾外，還包括洞口邊仰坡綠化、洞口引線、照明等，是洞口區(qū)域內(nèi)綜合景觀布置。

隧道工程建設(shè)初期，其洞門設(shè)計(jì)主要注重安全防護(hù)能力，極少考慮生態(tài)環(huán)保等景觀設(shè)計(jì)。通常按照擋土墻結(jié)構(gòu)及功能形式實(shí)施設(shè)計(jì)，洞口部位采用路基拉槽方式開挖形成隧道臨空面，根據(jù)支擋方式采用端墻式、翼墻式等洞門結(jié)構(gòu)，用以抵擋山體土壓力，維護(hù)山體穩(wěn)定，防止巖石、雜物滾落，影響行車安全[7]。此種設(shè)計(jì)需對(duì)洞口部位大面積開挖，對(duì)周邊原始地形及生態(tài)環(huán)境造成大范圍破壞，打破原有坡體穩(wěn)定狀態(tài)，增大滑坡、坍塌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。此外，在洞口部位設(shè)置體積較大的擋土墻，嚴(yán)重影響與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一性。近年來，隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)保的重視，綠色公路等環(huán)保理念逐漸被應(yīng)用于道路交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，隧道設(shè)計(jì)除注重安全防護(hù)性能外，開始著眼于舒適、安全、美觀等景觀功能領(lǐng)域，使隧道洞口設(shè)計(jì)更加富有符號(hào)及象征意義。實(shí)際設(shè)計(jì)中將洞門防護(hù)、調(diào)光等性能與景觀功能有機(jī)融合在一起，實(shí)現(xiàn)洞門安全、可靠、生態(tài)、環(huán)保、舒適的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

隧道洞口景觀設(shè)計(jì)，應(yīng)充分結(jié)合駕駛?cè)藛T的生理、心理特征，以最大程度降低駕駛?cè)藛T安全風(fēng)險(xiǎn)為出發(fā)點(diǎn)，洞門設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，與周邊環(huán)境相契合，使洞口結(jié)構(gòu)含蓄內(nèi)斂，實(shí)現(xiàn)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，合理調(diào)節(jié)洞口周邊亮度，降低視覺差異性，更加高效地指引車輛安全駛?cè)胨淼?。結(jié)合此隧道入口處生態(tài)完整、巖體穩(wěn)定、地勢(shì)險(xiǎn)峻、周邊無積水等特點(diǎn)，入口處設(shè)計(jì)為直削式門洞，出口處則設(shè)計(jì)為喇叭口形門洞。此種洞門結(jié)構(gòu)在滿足安全防護(hù)性能的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)與周圍環(huán)境的有效融合，最大程度降低對(duì)洞口生態(tài)環(huán)境的破壞，并對(duì)駕駛?cè)藛T帶來強(qiáng)烈的視覺沖擊，指引其安全駛?cè)胨淼馈?/p>

2.5 隧道棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)

隧道施工會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣，尤其針對(duì)地質(zhì)狀況復(fù)雜多變的大型隧道工程施工，因施工方式、施工條件及施工機(jī)械等各方面因素的限制，導(dǎo)致隧道開挖產(chǎn)生的廢渣不能科學(xué)外運(yùn)使用，堆積在周邊，占用大面積土地資源，處置不當(dāng)勢(shì)必會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，甚至造成水土流失、水體污染等現(xiàn)象。

（1）此隧道進(jìn)出口端均與橋梁相連接，周邊區(qū)段皆為橋隧構(gòu)造，其開挖廢渣不能用作路基填料，需設(shè)置棄渣場(chǎng)進(jìn)行集中處理。隧道進(jìn)口位置地勢(shì)險(xiǎn)峻，溝壑縱橫，溝底河道豐水期流量較大，其現(xiàn)場(chǎng)僅有鄉(xiāng)村公路通至隧道洞口區(qū)域，將廢渣外運(yùn)，運(yùn)距較遠(yuǎn)，成本較高。因此在隧道口位置設(shè)置長(zhǎng)度為123 m 的過河隧道，將現(xiàn)狀河道轉(zhuǎn)彎區(qū)域調(diào)直，在河道彎道部位設(shè)置棄渣場(chǎng)，并對(duì)棄渣篩分處理，將質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配合適的石料選出，經(jīng)加工處理后，用于混凝土母材。

（2）充分利用隧道出口右側(cè)地勢(shì)相對(duì)較緩斜坡處，于斜坡底部位置布設(shè)重力式擋土墻，以阻擋棄渣外泄。同時(shí)，為避免降雨沖刷棄渣流失，應(yīng)在周圍設(shè)置排水溝，待隧道建設(shè)完成后，回填密實(shí)并進(jìn)行綠化處理[8]。

3 結(jié)論

綜上所述，該隧道工程建設(shè)區(qū)域?yàn)樯钋袦瞎雀叨傅匦?，地形狀況極為復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工中嚴(yán)格遵循“綠色、節(jié)能、環(huán)?！钡脑O(shè)計(jì)理念，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)特征、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各方面要求，統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了隧道建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。有效解決了以下難題：

（1）結(jié)合隧道洞口地形陡峭、橋隧相連現(xiàn)狀，按照“早進(jìn)洞、晚出洞”的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合“零開挖”進(jìn)出洞設(shè)計(jì)理念，必要時(shí)采用橋梁進(jìn)入隧道等方式，最大限度減少洞口土石方開挖數(shù)量，確保周邊生態(tài)環(huán)境免遭破壞，科學(xué)避免橋隧施工的相互影響。

（2）洞口施工區(qū)域狹小，傳統(tǒng)進(jìn)洞方式無法完成的條件下，采用在洞外水平向覆蓋層較薄處、左右幅之間增設(shè)施工橫洞等方式側(cè)向進(jìn)洞增加施工工作面，有效促進(jìn)進(jìn)洞施工的時(shí)效性及安全性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)。

（3）結(jié)合隧道洞口生態(tài)環(huán)境多樣、自然景觀優(yōu)美等特性，充分考慮駕駛?cè)藛T生理、心理特征，以最大程度降低駕駛?cè)藛T安全風(fēng)險(xiǎn)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)口部位設(shè)計(jì)為直削式洞門，出口部位則設(shè)計(jì)為喇叭口倒削竹洞門。使洞門結(jié)構(gòu)在滿足安全防護(hù)性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與周圍環(huán)境的有效融合，最大程度降低對(duì)洞口生態(tài)環(huán)境的破壞。

（4）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件及輔洞布設(shè)位置，采用改移河道、科學(xué)布設(shè)阻渣墻等方式，合理設(shè)置棄渣場(chǎng)，有效解決了棄渣堆放難題，降低了運(yùn)輸成本。