高速公路隧道群環(huán)保設計技術(shù)應用研究

苑俊杰

摘要：本文以洛陽至欒川高速公路嵩縣至欒川段設計項目以依托，對復雜山區(qū)高速公路隧道群及傍山偏壓隧道的安全環(huán)保等設計理念與技術(shù)方案進行總結(jié)分析，為國內(nèi)同類型山區(qū)高速公路建設提供一些參考經(jīng)驗。

關鍵詞：隧道群；毗鄰隧道；傍山棚洞；環(huán)保設計

中圖分類號：U45 文獻標識碼： A

正文：

高速公路是現(xiàn)代經(jīng)濟社會重要的基礎設施，是經(jīng)濟發(fā)展對交通需求的客觀反映，也是構(gòu)筑交通現(xiàn)代化的重要基礎，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有積極的推動作用。

山區(qū)高速公路的設計與修建，所面臨的最大問題是山區(qū)獨特的地形、地質(zhì)、水文、生態(tài)等自然環(huán)境。如何使得高速公路的建設與山區(qū)自然環(huán)境相適應、相協(xié)調(diào)，同時又使得獲得最佳的經(jīng)濟指標、社會效益，是每個即將修建的山區(qū)高速公路必須面對的現(xiàn)實問題。比較突出的例子，諸如因地形復雜、地質(zhì)條件差，設計中經(jīng)常出現(xiàn)不利于環(huán)保、存在安全隱患、造價比較高的高大邊坡、高填方及大挖方的路基型式,這些并不契合現(xiàn)代公路設計生態(tài)、景觀理念。

洛陽至欒川高速公路是河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中的重要干線，洛陽至欒川高速公路嵩縣至欒川段，是河南省重點高速公路項目。本高速公路項目位于豫西山區(qū)，路線所經(jīng)過的區(qū)域地形、地質(zhì)條件復雜，其間山嶺縱橫、溝壑遍布、河谷交織、層巒疊嶂，經(jīng)過詳細的野外地形地質(zhì)調(diào)查以及主要工點方案對比，設計提出“采用中、長隧道或短隧道群方式越嶺,縮短路線長度,減少高填深挖路基，減少高大邊坡，以合理的構(gòu)筑物組合型式保護環(huán)境、降低工程造價、提高行車安全性和舒適性”的理念。

1、隧道群的布置

項目起自嵩縣紙房鄉(xiāng)后地村東側(cè)，接同期規(guī)劃并正在實施的洛陽至嵩縣高速公路，路線向西南依次經(jīng)過嵩縣紙房鄉(xiāng)、何村鄉(xiāng)、德亭鎮(zhèn)、大章鎮(zhèn)、舊縣鎮(zhèn)，欒川縣潭頭鎮(zhèn)、廟子鄉(xiāng)，止于欒川縣廟子鄉(xiāng)河南村北側(cè)，接擬建的武西高速堯山至西峽段。路線全長約66.587905km。項目所在地區(qū)屬于山嶺區(qū)，地形地貌類型復雜，地形起伏變化大，地質(zhì)條件復雜。

本項目結(jié)合地形地勢條件，在山嶺重丘區(qū)采用隧道群的構(gòu)筑物組合型式，以長、中、短隧道、抗滑樁護坡的大跨異型棚洞、偏壓地形“零開挖”半明半暗隧道等相結(jié)合的毗鄰隧道群形式, 順應地勢、減少開挖，達到與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一的理念。全線設置24座隧道，在山嶺重丘區(qū)為了減少高邊坡的開挖及環(huán)境保護，在K101+328~K108+308段布置毗鄰隧道群7座隧道，總長4832.25米，隧道占該段路線比例近70%。順地勢而走的隧道群既縮短了路線長度,又保護了環(huán)境。

2、傍山棚洞的環(huán)保設計

沿線傍山臨河，為了保護自然環(huán)境，設置諸多傍山隧道，利用抗滑樁護坡的大跨異型棚洞，實現(xiàn)了對邊坡的少開挖及“零開挖”，真正實現(xiàn)了與自然環(huán)境和諧融合。五道廟2號隧道左線出口L1K80+217~L1K80+300段由于山體陡峭，淺埋偏壓嚴重，由于棚洞緊接五道廟2號隧道左線欒川端，為了便于施工和結(jié)構(gòu)的流暢，棚洞內(nèi)輪廓擬定與五道廟2號隧道完全一致，靠山側(cè)采用曲邊墻結(jié)構(gòu)型式。為了便于荷載的回填和結(jié)構(gòu)的美觀，棚洞結(jié)構(gòu)左半幅采用拱形結(jié)構(gòu)，右半幅內(nèi)部采用圓弧形，外部采用平頂式。右側(cè)斜柱內(nèi)壁采用圓弧形，外壁采用平面形，內(nèi)傾角75°，整個棚洞共設置11根斜柱。

五道廟棚洞作為一種異型結(jié)構(gòu)，施工順序較為復雜，要求承包人精心組織、精心施工、保證質(zhì)量。其施工順序如下：① 邊坡外排水溝施作；② 邊坡開挖及支護。邊坡開挖自上而下，邊開挖邊支護；③ 棚洞擴大基礎、地基梁及樁基礎施工；④斜柱施作，斜柱中鋼筋較密，要求振搗密實，可采用附著式振搗器；⑤ 托梁施作；⑥ 曲墻平板襯砌施作；⑦ 棚洞防水層施工；⑧ 棚洞外回填層施作；⑨ 洞內(nèi)路面、邊溝及電纜溝施作。

3、“零開挖”半明半暗進洞

從環(huán)保的角度考慮，高速公路的修建應盡量避免高大邊坡，既破壞環(huán)境，同時也留有安全隱患。“零開挖”進洞是為減少植被破壞，防止水土流失，盡可能不去開挖原始邊坡而保持原生態(tài)平衡的一種方法。該項目毗鄰隧道群設計中上秋花印隧道采用左右線分別順地勢交錯進洞，同時應用暗洞回填半護拱結(jié)合混凝土拱套支擋及注漿鋼花管防護的方案實現(xiàn)“零開挖”半明半暗進洞。

在K107+480~K107+490范圍內(nèi)采用隧道護拱加支擋結(jié)構(gòu)的施工方案，施工前應清除表面覆蓋層。護拱段施工應以機械開挖為主，保證護拱端部巖體完整，拱角采用注漿鋼花管錨固。開挖坡面采用掛網(wǎng)噴及注漿鋼花管防護，防護范圍向坡口外側(cè)山體原地表適當擴大，防護的主要部位是隧道洞周外的邊坡部分，洞內(nèi)范圍內(nèi)視其穩(wěn)定性做適當防護。進洞應首先施做管棚，護拱施工完成后對該段沖溝溝心進行回填，在回填前對地表進行適當?shù)那灞砑芭_階型開挖處理，回填高度保證拱頂以上4米及不低于90%的壓實度，回填完畢后方可進行開挖進洞。該處進洞宜采用CD法開挖，開挖以機械開挖為主，模板臺車完成后方可進洞;在進洞加強段，加強初期支護，進口采用X-V-AT襯砌類型，采用20a鋼拱架，間距50cm；施工中應嚴格控制開挖進尺，初期支護及時封閉，二襯緊跟并及時封閉仰拱。小里程方向從溝心進洞，進口端匯水面積較大，設計中加大了截水溝尺寸。應根據(jù)現(xiàn)場地形地質(zhì)條件，在雨季前及時做好洞口截水溝及施工期的臨時排水工程，防止洞口的水毀與沖刷。

該項目復雜偏壓地形條件下采用半明半暗“零開挖”進洞形式，從而減少了對自然環(huán)境的開挖破壞，此設計思路中的環(huán)保理念為國內(nèi)外高速公路環(huán)保建設方面提供了一定的參考依據(jù)。

4、毗鄰隧道連接段隧橋沖突時的“零接點”設計

山區(qū)高速公路的橋梁與隧道緊密相連,形成了“橋-隧-橋”和“隧-橋-隧”的獨特線路。通常情況下，橋隧相連是指橋梁和隧道以短路基相連或橋梁和隧道起終點樁號重合。但在地形地質(zhì)條件復雜、選線影響因素較多的項目中，則可能以橋梁進洞的方案解決洞口高邊坡、橋臺設置困難的問題。對于橋隧相接路段設計處理方案的成敗對工程施工安全、運營安全及高速公路與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一意義重大。本項目中山高坡陡，“V”型沖溝河谷發(fā)育，縱橫交錯，地形地勢復雜，使密集的隧道群經(jīng)常需要用橋梁來連接，常常用到“隧道+橋梁+隧道”的形式。一般橋隧相連地段地形狹窄，施工場地緊張，且線位較高，橋臺緊貼隧道洞口，布置十分困難。為了克服施工場地不夠等困難，我們提出了毗鄰隧道連接段隧橋沖突時，采用輕型鋼筋混凝土洞門實現(xiàn)與橋梁的“零接點”設計，這樣既能在高邊坡段防止落石等地質(zhì)災害，又能很好解決隧道與橋梁的沖突問題。這為國內(nèi)外復雜地質(zhì)情況下毗鄰隧道連接段隧橋沖突時提供了一種參考。

5、毗鄰隧道連接采用明洞方案

在K81+909~K81+946段，為右線鏤空段，我們進行了設置路基段和明洞段方案比選。結(jié)合行車安全、排水體系、環(huán)保、經(jīng)濟性、通風照明聯(lián)動影響以及施工等方面，最終左右線位采用毗鄰隧道與“暗洞+明洞+暗洞”相結(jié)合的方式通過，提出了隧道群中毗鄰隧道連接段采用明洞的方案，這樣對溝內(nèi)的排水等方面比路基方案都有突出的優(yōu)勢，同時這也為毗鄰隧道之間連接方案提出了新思路，新方案。明挖施工前應做好洞頂截排水措施，防止洞口被水毀。明洞洞頂采用漿砌片石鋪砌，橫向設置排水溝排水。

結(jié)語：

山區(qū)高速公路沿線傍山臨河，為了保護自然環(huán)境，貫徹“安全、經(jīng)濟、環(huán)保、舒適”的建設理念，本文結(jié)合實際項目總結(jié)了多種有效的設計方案：

1、設計提出“采用中、長隧道或短隧道群方式越嶺,縮短路線長度,減少高填深挖路基，減少高大邊坡，以合理的構(gòu)筑物組合型式保護環(huán)境、降低工程造價、提高行車安全性和舒適性”的理念。

2、對于傍山隧道的設計，利用抗滑樁護坡的大跨異型棚洞、隧道進洞段采用反壓回填的半明半暗隧道形式等領先的組合設計形式，實現(xiàn)了對邊坡的少開挖及“零開挖”，真正實現(xiàn)了與自然環(huán)境和諧融合。

3、提出了毗鄰隧道連接段隧橋沖突時，采用輕型鋼筋混凝土洞門實現(xiàn)與橋梁的“零接點”設計，這樣既能在高邊坡段防止落石等地質(zhì)災害，又能很好解決隧道與橋梁的沖突問題。

4、對于隧道鏤空段提出了隧道群中毗鄰隧道連接段采用明洞的方案，這樣對溝內(nèi)的排水及行車安全等方面比路基方案都有突出的優(yōu)勢。

參考文獻

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