某高速公路隧道項(xiàng)目環(huán)保設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

摘要 高速公路隧道工程是公路交通建設(shè)的重要組成部分，需要適應(yīng)復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，盡量減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。文章以某高速公路隧道工程為實(shí)際案例，探討如何在復(fù)雜的地形地質(zhì)條件下，運(yùn)用環(huán)保理念進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)。通過分析隧道工程概況，探討隧道洞口位置和洞門形式選擇、洞口景觀設(shè)計(jì)，處理?xiàng)壴鼒?chǎng)等問題，旨在提高高速公路隧道項(xiàng)目的環(huán)保設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少工程建設(shè)帶來(lái)的環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞 隧道工程項(xiàng)目；復(fù)雜地形；環(huán)保設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào) U452.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）13-0120-03

0 引言

高速公路隧道是連接城市與城市、城市與鄉(xiāng)村的重要交通設(shè)施，對(duì)于促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人民生活水平、保障國(guó)家安全來(lái)說至關(guān)重要[1]。然而高速公路隧道的建設(shè)也會(huì)對(duì)周圍的自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成一定影響，如破壞地表植被、改變地下水位、產(chǎn)生噪聲和尾氣污染等。因此，如何在保證高速公路隧道工程質(zhì)量和安全的前提下，充分考慮環(huán)境保護(hù)的要求，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，是高速公路隧道設(shè)計(jì)施工中面臨的重要課題[2]。該文以某高速公路隧道項(xiàng)目為例，探討了基于環(huán)保理念的隧道設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該隧道位于復(fù)雜地形區(qū)域，穿越了山體、河流、濕地等多種地貌類型，對(duì)于保護(hù)當(dāng)?shù)氐淖匀痪坝^和生物多樣性具有重要意義。

1 工程概況

該隧道為雙向四車道布置，采用分離式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)速120 km/h。隧道的入口和出口都采用圓弧形設(shè)計(jì)，與不同半徑的圓曲線重合，內(nèi)部為直線形。隧道全線呈上坡狀態(tài)，坡度為0.85%。左幅隧道的長(zhǎng)度、埋置深度分別為1 373 m、171 m。右幅隧道的長(zhǎng)度、埋置深度分別為1 376 m、174 m。隧道的襯砌結(jié)構(gòu)為半徑5.55 m的圓弧結(jié)構(gòu)，高度距拱頂7.2 m，距拱底1.5 m。隧道位于山坡地段，巖層風(fēng)化嚴(yán)重、穩(wěn)定性較差，屬典型風(fēng)化型深切溝壑地形。隧道進(jìn)口部位直接與大橋相連，橋下河流常年水流不斷，多雨期流量顯著增大。隧道出口部位也與橋梁相連，橋下河流也常年水流不斷，最高水位達(dá)7.16 m。兩個(gè)洞口植被分布廣泛，以喬木和林木為主，周邊生態(tài)環(huán)境保護(hù)完整。

2 工程地質(zhì)條件

隧道工程區(qū)域的主要地層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）、侏羅系中下統(tǒng)自流井組（J2-3z）、下統(tǒng)珍珠沖組（J1z）和三疊系上統(tǒng)大同組（T3d）。隧道區(qū)域位于華北克拉通西緣的晉西北盆地內(nèi)，受到南北向或近南北向的斷裂帶和褶皺帶的影響。隧道兩端分別位于鹿頭山和小河溝兩個(gè)山谷之間的山脊上，地勢(shì)高峻陡峭，海拔在800～1 200 m之間。隧道沿線的山體主要由自流井組、珍珠沖組和大同組構(gòu)成，表面覆蓋有殘坡積層，表面風(fēng)化較強(qiáng)，風(fēng)化深度在10～30 m之間，內(nèi)部存在多條節(jié)理、裂隙和夾層水等不良地質(zhì)現(xiàn)象。隧道工程區(qū)域的地下水主要分為孔隙水和裂隙水兩種類型?？紫端饕嬖谟跉埰路e層中。裂隙水主要存在于自流井組、珍珠沖組和大同組中，可能遇到的裂隙水主要有夾層水、滲透水和滲漏水3種來(lái)源。隧道工程區(qū)域的地表水主要有徑流和河流2種來(lái)源[3]。徑流主要由降雨形成，在雨季時(shí)可能對(duì)隧道洞口造成沖刷和淤積；河流主要由山體內(nèi)部的泉水形成，在干旱時(shí)可能對(duì)隧道洞口造成干涸和缺氧。

3 高速公路隧道環(huán)保設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 環(huán)保設(shè)計(jì)理念

高速公路隧道的環(huán)保設(shè)計(jì)理念是在隧道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)全過程中節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，提高服務(wù)品質(zhì)，與自然和諧共生的隧道，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）隧道施工通道。避讓敏感區(qū)域，減少土地占用和開挖量，合理利用原有通道資源。加強(qiáng)污水垃圾收集處理，控制揚(yáng)塵與噪聲，處理機(jī)械尾氣[4]。

（2）隧道掘進(jìn)。采用先進(jìn)的掘進(jìn)方法和設(shè)備，減少爆破引起的振動(dòng)和噪聲；實(shí)現(xiàn)土石方平衡或就地利用，減少運(yùn)輸距離和能耗；優(yōu)化隧道超前預(yù)加固方案，實(shí)現(xiàn)淺埋偏壓段的環(huán)保型設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（3）施工時(shí)形成的棄渣。充分考慮棄渣的力學(xué)性質(zhì)和環(huán)境影響，在路基填筑、路面各結(jié)構(gòu)層、防護(hù)結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等部位合理利用棄渣。如果隧道棄渣無(wú)法利用，做好棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)，避免水土流失及林地、耕地的占用。

（4）隧道建成后洞口。遵循“早進(jìn)晚出”的原則，減少洞口處的大開大挖，保護(hù)洞口環(huán)境。綠化設(shè)計(jì)時(shí)，考慮洞口之間及洞口兩側(cè)周邊綠地采用自然式的組團(tuán)種植，高大的落葉喬木及常綠喬木會(huì)弱化黑洞效應(yīng)；洞口上部及下部底端種植攀援植物進(jìn)行立體綠化，柔化端墻等構(gòu)筑物的硬性景觀[5]。

（5）隧道運(yùn)營(yíng)時(shí)形成的廢氣。采用智能通風(fēng)控制系統(tǒng)，根據(jù)交通量、車速、一氧化碳濃度等參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。該系統(tǒng)能降低通風(fēng)能耗，改善通風(fēng)效果，增加行車舒適度，提高行車安全性。

3.2 隧道洞口位置選擇

隧道洞口位置的選擇是隧道工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，直接影響到隧道的施工安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)。選擇隧道洞口位置時(shí)需遵循以下原則：

（1）隧道線形設(shè)置需盡量簡(jiǎn)單、平穩(wěn)、合理，避免過多的曲線和坡度變化，以減少隧道的開挖量、襯砌厚度和運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，隧道線形要考慮地質(zhì)條件、水文條件、地形地貌、交通條件等因素，盡量選擇穩(wěn)定的地層和便于施工的位置[6]。

（2）洞口區(qū)域的地勢(shì)對(duì)隧道洞口位置的選擇有很大影響，需遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，即盡量提前進(jìn)入山體內(nèi)部，延長(zhǎng)隧道長(zhǎng)度，減少洞口邊坡和仰坡的高度和開挖量，避免在洞口形成高邊坡和高仰坡。同時(shí)，需避免在滑坡、崩塌、巖堆、危巖落石、泥石流等不良地質(zhì)及排水困難的溝谷低洼處或不穩(wěn)定的懸崖陡壁下設(shè)置洞口。

（3）設(shè)計(jì)隧道時(shí)需根據(jù)不同的地質(zhì)條件和施工方法，確定合理的開挖斷面形式、襯砌結(jié)構(gòu)形式和厚度、支護(hù)方式及強(qiáng)度等參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)確定洞口位置。同時(shí)，還要考慮隧道內(nèi)部的通風(fēng)、排水、照明、消防等設(shè)施的布置和安裝，以及隧道外部的交通組織、施工場(chǎng)地、材料堆放等因素。

（4）隧道進(jìn)出口位置與路線平面和縱斷面相協(xié)調(diào)，保證車輛安全順暢地進(jìn)出隧道。同時(shí)考慮與其他交通設(shè)施如橋梁、立交橋等的銜接關(guān)系，以及與周圍環(huán)境如風(fēng)景名勝區(qū)、城市建筑等的協(xié)調(diào)關(guān)系。在有條件的情況下可采用一些美化措施如植草、栽樹、噴涂等，提高隧道進(jìn)出口的景觀效果。

（5）隧道出口盡量選擇在視野開闊、光線充足、風(fēng)速小的區(qū)域，可減少車輛由暗到明的視覺適應(yīng)時(shí)間和空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對(duì)車輛穩(wěn)定性的影響，同時(shí)需設(shè)置足夠長(zhǎng)度的過渡段和緩沖段，以便車輛逐漸調(diào)整速度和方向。

3.3 隧道入洞方式

隧道入洞方式是指隧道與洞外路線的連接方式，對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和環(huán)境保護(hù)有重要影響。傳統(tǒng)的入洞方式是從洞口正面開挖，需要設(shè)置專用的施工通道，但這種方式對(duì)地形要求高，造價(jià)也高。因此，有時(shí)可以采用側(cè)向進(jìn)洞的方式，即從山體側(cè)面開挖施工橫洞，與主洞相連，用于運(yùn)輸土石方、人員和物資，以及通風(fēng)、排水等[7]。該隧道分為進(jìn)口和出口兩部分，分別采用了不同的側(cè)向進(jìn)洞方式。

（1）隧道進(jìn)口處基于底部鄉(xiāng)道、河流轉(zhuǎn)彎處設(shè)置施工通道及輔助施工橫洞，從右幅隧道側(cè)面進(jìn)入主洞。該輔助施工橫洞長(zhǎng)度為221 m，與右幅隧道平面軸線呈74°夾角，縱向坡度為12%。

（2）隧道出口處將當(dāng)前鄉(xiāng)道作為施工通道，在右幅隧道區(qū)域設(shè)置了輔助作業(yè)橫洞，從側(cè)方進(jìn)入主洞。該輔助作業(yè)橫洞長(zhǎng)度為133 m，與右幅隧道平面軸線呈65°夾角，縱向坡度為1.26%上坡。

（3）兩個(gè)橫洞的結(jié)構(gòu)形式都為圓拱直墻式內(nèi)輪廓，即上部為圓拱形，下部為直墻形。這種結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)不同圍巖條件，具有良好的受力性能和經(jīng)濟(jì)性。橫洞的內(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。橫洞的洞口和與主洞連接處采用復(fù)合式襯砌，其余部位只做初期支護(hù)。

3.4 隧道洞口景觀設(shè)計(jì)

隧道洞口景觀設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全、舒適、美觀的原則，充分考慮駕駛員的生理和心理特征，以降低駕駛風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)。隧道洞口景觀設(shè)計(jì)應(yīng)與地形地質(zhì)條件、生態(tài)環(huán)境、文化背景等因素相結(jié)合，選擇合適的洞口結(jié)構(gòu)形式和裝飾手法，實(shí)現(xiàn)洞口防護(hù)、調(diào)光等功能與景觀效果的有機(jī)統(tǒng)一[8]。該隧道進(jìn)出口處分別采用直削式門洞、喇叭口形門洞兩種結(jié)構(gòu)形式。

（1）直削式門洞是指從山體側(cè)面直接開挖出的門洞，無(wú)需設(shè)置額外的擋土墻或拱套，可以減少對(duì)山體的破壞，保持山體的原貌，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。喇叭口形門洞是指在山體側(cè)面開挖出一個(gè)喇叭狀的擴(kuò)大段，然后與主洞相連，可以增加出洞時(shí)的視野范圍，減少黑洞效應(yīng)，提高行車安全性。兩種門洞結(jié)構(gòu)在滿足安全防護(hù)性能的同時(shí)，也具有一定的象征意義和視覺沖擊力，可以引導(dǎo)駕駛員順利進(jìn)出隧道。

（2）除了門洞結(jié)構(gòu)外，該隧道還對(duì)邊仰坡進(jìn)行了綠化處理，采用了自然式的組團(tuán)種植方式，種植了高大的落葉喬木和常綠喬木，以弱化門洞由于光線變化而造成的黑洞效應(yīng)，增加門洞周圍的美感。同時(shí)，該隧道還設(shè)置了合理的引線和照明設(shè)施，以保證駕駛員有足夠的行車視距和視線指引。

3.5 隧道棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)

（1）隧道進(jìn)出口梁端均與橋梁相連接，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，溝底泡木河豐水期流量較大，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)，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)碎化處理后，用于混凝土拌制，可有效利用廢渣資源，減少對(duì)河流水環(huán)境的影響。

（2）隧道出口左側(cè)區(qū)域地勢(shì)陡峭，右側(cè)輔助施工橫向洞口部位地勢(shì)相對(duì)較緩，呈溝谷斜坡結(jié)構(gòu)，在該處設(shè)置另一個(gè)棄渣場(chǎng)。由于該處距離公路較近，可以方便地將廢渣外運(yùn)至其他地點(diǎn)進(jìn)行利用或處置。為了防止棄渣外泄和沖刷流失，在斜坡底部位置布設(shè)重力式擋土墻，在周圍設(shè)置排水溝[9]。待隧道建設(shè)完成后，回填密實(shí)，做綠化處理。

（3）在溝谷斜坡處設(shè)置的棄渣場(chǎng)屬于坡地型棄渣場(chǎng)，在堆渣坡腳設(shè)置擋土墻或護(hù)腳護(hù)坡措施；在周邊有匯水的地方布設(shè)截水溝和排水溝；在頂部采取復(fù)耕或植物措施；在坡面首先采取植物措施；在坡比大于1∶1.5的地方采取綜合護(hù)坡措施[10]。

4 結(jié)論

綜上所述，該隧道工程位于山區(qū)，穿越深切溝谷高陡地形，采用雙洞布局模式，洞口部位為直削式洞門，出口部位為喇叭口倒削竹洞門。隧道設(shè)計(jì)速度為120 km/h，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為高速公路。在設(shè)計(jì)施工中，該隧道工程遵循了“綠色、節(jié)能、環(huán)保”的理念，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）合理選擇隧道洞口位置，實(shí)現(xiàn)與橋梁結(jié)構(gòu)的科學(xué)連接。按照“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，盡量減少洞口仰坡開挖量，降低對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的破壞。同時(shí)，在橋梁與隧道之間設(shè)置暗洞，以緩沖橋梁與隧道之間的溫差變化和風(fēng)壓變化，提高行車舒適性和安全性。

（2）采用輔助施工橫洞由側(cè)向進(jìn)洞的方式。由于洞口施工區(qū)域狹小，傳統(tǒng)進(jìn)洞方式無(wú)法完成。因此，在其進(jìn)出口部位分別設(shè)置輔助施工橫洞，利用小型盾構(gòu)機(jī)或鉆爆法導(dǎo)洞擴(kuò)挖法，在不影響正線施工的情況下，從側(cè)面進(jìn)入主洞進(jìn)行施工，保證進(jìn)洞施工的安全性，減少周邊環(huán)境破壞。

（3）充分考慮駕駛?cè)藛T生理和心理特征，設(shè)計(jì)合理的洞門結(jié)構(gòu)。為了降低駕駛?cè)藛T在進(jìn)出隧道時(shí)的視覺適應(yīng)性和心理壓力，進(jìn)口部位設(shè)計(jì)為直削式洞門，使駕駛?cè)藛T能夠清晰地看到隧道內(nèi)部情況；出口部位則設(shè)計(jì)為喇叭口倒削竹洞門，使駕駛?cè)藛T能夠逐漸適應(yīng)外界光線和風(fēng)景。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也使得洞門與周圍環(huán)境有效融合，最大程度地降低對(duì)洞口生態(tài)環(huán)境的破壞。

（4）合理設(shè)置棄渣場(chǎng)，采用改移河道、科學(xué)布設(shè)阻渣墻等方式進(jìn)行棄渣處理。由于該隧道工程產(chǎn)生的棄渣量較大，而且周邊地形復(fù)雜，不易找到合適的棄渣場(chǎng)。因此，在施工前進(jìn)行了詳細(xì)的勘察和規(guī)劃，在距離隧道約2 km處找到了一個(gè)相對(duì)平坦的區(qū)域作為棄渣場(chǎng)，對(duì)其進(jìn)行了加固處理。同時(shí)，在棄渣場(chǎng)下游設(shè)置了阻渣墻，對(duì)河道進(jìn)行了改移和治理，以防止棄渣對(duì)水源和水質(zhì)造成污染。

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