公路隧道洞口位置選擇

魏平寬

(山西省公路局，山西太原 030006)

近年來，交通事業發展迅速，越來越多的公路已經通向大山深處，隧道由于能縮短線路、改善線形，避免對山體的大開大挖，保護環境，在山嶺公路建設中出現的越來越多。洞口是洞身和洞外銜接的最主要的部分，作為進出隧道的咽喉和施工的主要通道，范圍較小，移動面窄，有關工程集中，且常在路線轉換方向的附近，因此在隧道定線時，若不充分注意，僅照顧了洞身的位置條件，而忽視了洞口位置的選擇和對洞外有關工作的處理，將對隧道的施工工期、質量和安全有著重大的影響，所以在隧道線路設計中，洞口位置的選擇是一項很重要的工作。本文就隧道設計中如何選擇洞口位置進行了探討。

1)洞口位置盡可能設在山體穩定、地質條件良好的地方，并堅持“早進洞，晚出洞”的原則。洞口是洞身和外界銜接的重要通道，位置極其特殊，這就決定了洞口位置選擇的難度，同時也增加了洞口施工的難度。洞口位置選擇的好，不但能夠降低洞口進洞的難度，更為重要的是可以保證隧道進洞的安全。一般來講，洞口段地質條件復雜，圍巖破碎，巖體完整程度較差，節理、裂隙、層面較多，結構松散、碎裂，巖石堅硬程度也隨之降低，多以風化巖為主，這些因素往往會誘發崩塌，甚至會導致滑坡。因此洞口的最佳位置是設在山體穩定、地質條件良好的地段，避開滑坡、崩塌等不良地段。但往往在實際設計過程中，洞口位置選擇不但要考慮洞外邊、仰坡的穩定性，而且還要結合洞外相關工程和施工難易程度，通過技術經濟比較而定，避免為了遷就選擇地質條件好的洞口位置，而不考慮整個洞身的圍巖狀況，造成整個洞身穿越的地層，地質情況復雜多變，圍巖級別較差，施工困難，危及施工和運營安全，需要通過提高支護參數等級，加強支護，增加投資來保證施工和運營的安全。而“早進洞，晚出洞”是隧道施工中經常提到的一個原則，既隧道宜長不宜短。適當延長洞口隧道明洞的長度，可以避免大開大挖造成的棄方增加和植被破壞，保護原有的地表形態，保證洞口山體不受擾動，這樣，最大限度地保護了洞口段圍巖的穩定性，減少了對邊、仰坡防護和加固，符合對圍巖“少擾動”的原則，也符合環保的理念，保證了隧道進洞的安全。

2)洞口的中線宜與地形等高線正交或接近正交。隧道進洞是正交方式、斜交方式還是以平行方式與坡面交叉，也是在洞口設計中需要考慮的一個重要因素。進洞時，隧道洞口的中線與等高線交叉角度過小，開挖后增加了不同層理巖體的臨空面，使過多的不同巖性、不同巖石強度的圍巖暴露在外，這對判定圍巖的級別造成了一定的困難。各類不同圍巖的變形和松弛程度不一樣，自穩性能差異也比較大，有的變形小，松弛范圍小，有的變形大，松弛范圍大，增加了準確劃分圍巖級別的難度。與此同時，設計人員也不容易在設計中選擇合理的設計參數，要么偏保守，設計過于豪華，不能充分發揮圍巖自身的強度和自穩性能，造成不必要的浪費;要么考慮不足，對圍巖的強度和自穩性能過于樂觀，支護參數選擇偏弱，支護強度不夠，為安全施工帶來了困難，施工中圍巖分級變化也在所難免，對工程投資產生了重大的影響。不同巖性、不同巖石強度的圍巖裸露在外，對圍巖擾動大，與少擾動圍巖的思想背道而馳，并且不同層理巖體因覆蓋層薄厚和臨空面大小不同，巖石強度的不同和巖石自穩性能的差異，容易造成洞口偏壓，原有的山體平衡遭到破壞，需要清理洞口上方及側方有可能滑塌的表土、植被和山坡危石，按照設計的邊坡坡率刷坡，刷坡高度將可能達到十來米、幾十米，甚至更高，增加了棄方和棄方運輸成本，也為洞頂上的仰坡增加了防護工程量和防護難度。洞口上部巖層如果是順層走向，不同巖性接觸面的摩擦狀況不同，摩擦系數也不同，洞口上部土體由于開挖產生臨空面，缺少了支撐，很容易在摩擦系數小的層面出現問題，誘發山體滑坡，或滑動趨勢有加大的傾向，需要先對山體滑坡進行加固處治，保證山體的穩定，才能進洞?；略诠こ探ㄔO中的處治本來就很麻煩、復雜，既費錢又費事，處治不徹底，山體隨時有可能沿著滑動面滑動，進洞安全難以保證，難度可想而知。進洞施工時，難免要開挖、放炮產生振動，即便洞頂的滑坡處治很徹底，振動給滑坡帶來的影響也很大，貿然進洞也存在很大的風險。洞口段圍巖沒有得到有效的保護，受到外界的干擾和擾動，圍巖的松動范圍因為偏壓而將不斷擴大，自穩性能也隨之下降，嚴重影響施工安全。而如果隧道中線與地形等高線平行時，隧道穿越較長區段內較薄的單邊覆蓋層，更容易造成偏壓，這種情況應盡量避免。

3)洞口不宜設在埡口溝谷的中心或溝底低洼處，且洞口高程應在洪水位以上。一般來講，埡口溝谷在地質構造上是最薄弱的一環，節理發育，常會遇到斷層、褶皺、沖擊土等松散地質，地質構造大多較為軟弱、破碎，地質條件復雜多變，常常是問題最多、病害最多、施工最困難的地方。洞口段路塹一旦開挖，山體原有的平衡體系被打破，洞口段邊坡、仰坡因開挖暴露在外的臨空面失去支撐，難以維持原有平衡，山體有垮塌、滑塌的趨勢，嚴重影響著進洞安全，也給施工帶來了很大的風險，需要對邊坡、仰坡進行加固處理，才能進洞，增加了施工處治費用，提高了工程造價。而洞口段圍巖較差，巖體破碎、松散，節理、構造發育，圍巖自穩性能差，需要通過采用管棚、超前錨桿等手段，并進行注漿，通過外界加固手段，來提高圍巖的整體強度，這樣一來，洞口處治費用就太高，不太經濟、合理，加大了進洞的難度和施工風險。

溝谷和山凹，地勢較低、地層松軟，植被茂密，存在大量無序排列的孔隙與裂隙，地表水會沿著孔隙、裂隙滲入到巖體中，水的存在對巖體的變形失穩有很強的破壞作用，巖體軟化，尤其使軟弱結構面產生軟化、泥化，降低其原有的強度，圍巖自穩性也隨著強度的降低而降低，開挖后施工困難，需要及時對圍巖進行加固，否則難以進洞，增加了施工難度和工程投資，延長了施工工期，既不安全，也不經濟、合理。洞口開挖，山體穩定平衡被打破，孔隙水、裂隙水在不同巖體接觸面上起到了潤滑作用，更容易引起塌方，甚至不能進洞，容易引發安全事故。

對于雨水充沛的地方來說，溝谷和山凹常常是聚水、匯水之處。水的出現，為施工帶來極大的不便，必須對水患進行“截水、排水、堵水和防水”處理，從而增加了隧道的整體造價。水給隧道帶來的另外一個致命影響是洞口段襯砌混凝土開裂、鋼筋銹蝕等問題，這不但大大降低了隧道的使用壽命，而且危害公路的運營安全，情況嚴重的，甚至會使隧道失去使用價值，給國民經濟帶來巨大損失。

洞口高程應在計算洪水位以上至少0.5 m，一方面是避免洪水倒灌，淹沒隧道中行使的車輛，造成重大傷亡和事故;另外一方面，隧道中的消防、監控、照明系統都在襯砌中預埋著各種管線，洪水進洞后造成上述系統短路，且不說維修困難，行車安全都難以保證;第三，洪水進洞后，隧道的拱腳長時間浸泡在水中，很容易造成失穩，嚴重影響著隧道的結構安全。

4)洞口位置應結合洞外邊坡、仰坡開挖高度、棄渣、施工場地及地物等因素綜合考慮。公路隧道一般修建在大山深處，地勢陡峭、狹窄，隧道邊坡、仰坡的開挖過高，山體開挖面將暴露過多，對山體的擾動也將增大，容易出現塌方，增加了進洞施工的難度，需要對邊坡、仰坡和洞口段圍巖進行必要的加固處治，才能安全進洞。隧道施工由不同工種、多個工序銜接而成，是一個循序漸進的過程，好多工序需要在洞外進行，需要一定的場地，用來堆放施工材料、材料加工、停放施工機械、安排施工人員生產生活。隧道開挖帶來的震動，將會影響洞口附近的地上和地下建筑物的結構安全，需要采取必要的防范措施。而隧道施工不可避免的要有棄渣，尤其是長大隧道的棄渣數量巨大，洞口位置的選擇不但影響著棄渣運距長短，而且影響著工程造價和施工效益。

洞口雖然在隧道施工建設中占的比重很小，但其特殊性對隧道建設的影響很大。洞口位置的選擇需要考慮地質、地形、地物、施工、環境等多個因素綜合分析確定，因此要求我們隧道工程技術人員從項目實際出發，充分考慮經濟、工程施工難易程度，合理選擇確定洞口位置。

［1］JTG/T D70-2010，公路隧道設計細則［S］.

［2］JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.