巴朗山隧道隧址與軸線方案研究

韋遠飛 林國進

(四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院，四川成都 610041)

巴朗山位于四川省阿壩州南部小金、汶川、寶興三縣交界處，山體呈南北走向展布，主峰海拔5 040 m，藏語稱巴朗拉，意為圣柳山，地勢高，坡度陡，山巒疊嶂，氣勢雄偉，是四姑娘山風景區“一坪、二山、三溝”中的二山之一，有“熊貓王國之巔”的美譽。巴朗山為大渡河水系和岷江水系的分水嶺，兩岸溪溝呈樹枝狀發育，蜿蜒其間的公路——省道303線是阿壩州東行最險一條路。省道303線巴朗山路段為九環線映秀至日隆旅游公路的瓶頸路段，是四川九寨黃龍、大草原、臥龍中華大熊貓生態旅游區、四姑娘山構成的“黃金旅游環線”的重要路段。原有道路翻山里程達60余千米，埡口標高4 523 m，由于道路等級低、海拔高、地勢陡峭，滑坡、雪災、冰凍、降霧、水毀等自然災害嚴重，致使該路段交通條件極差。巴朗山隧道建成后，成都出發自駕游四姑娘山僅需要3個多小時。本文通過對巴朗山隧道兩個走廊、11個軸線方案的論證比選，探討了地形、地質、氣象、環保及改善原路程度等因素對高海拔超特長越嶺隧道選址的影響。本項目的建設標準為二級公路，設計時速40 km/h。

1 方案簡介

根據巴朗山區域(1/50 000)地形圖紙上定線結果，提出了兩個隧道越嶺走廊共11個隧道軸線方案，即老公路走廊和大魏家溝新建走廊，其中老公路走廊(Ⅰ走廊)共7個方案、大魏家溝新建走廊(Ⅱ走廊)共4個方案。

Ⅰ走廊各路線方案見表1，圖1。

巴朗山隧道Ⅱ走廊為大魏家溝走廊，路線起點位于巴朗山南坡S303線K84+000下貝母坪，海拔高程為3 043 m，逆大魏家溝右岸而上，至海拔高程3400 m～3 800 m設置隧道，出口位于巴朗山北坡九倒拐至高店子附近(海拔高程3 500 m～3 800 m)，按海拔高程研究了4個隧道軸線方案。Ⅱ走廊各路線方案見表2及圖2。

表1 Ⅰ走廊巴朗山隧道方案

圖1 Ⅰ走廊巴郎山隧道方案

表2 Ⅱ走廊巴朗山隧道方案

圖2 Ⅱ走廊巴郎山隧道方案

2 方案論證與比選

2.1 走廊的選定

2.1.1 地形、地質選線

隧道工程線位的確定與地形、地質情況密不可分，所選線位應盡量避開或者以合理的方式、最短的距離通過不良地質帶。

項目區內構造形態以褶皺為主，屬小金弧形構造的東半部分，均由一系列彼此協調緊密排列，弧形朝南的線狀褶皺組成近東西或北西向展布的構造帶，斷裂構造少，規模小。區內主要發育下列褶皺:新格背斜、夾金山倒轉向斜、美興鎮倒轉背斜、唐家山倒轉向斜。圍巖為砂巖、板巖不等厚互層，軟硬相間，褶曲及節理裂隙發育。

Ⅰ走廊除E方案外引道均較短，基本沿原路走向，位于高原草甸區，地形相對較好，路基段不良地質不發育;Ⅱ走廊連接線引道工程長約11 km，其中以大魏家溝段為主，屬深切割高山峽谷地貌，邊坡陡，遍布懸崖絕壁，地形條件差，同時，因發育5條大的褶皺，道路的修建將易引發崩塌、滑坡等不良地質。

另外，Ⅰ走廊隧道軸線與褶皺軸大角度相交，Ⅱ走廊隧道軸線與褶皺軸小角度斜交，這樣一來，無論從微觀的開挖掌子面的穩定性，還是從宏觀的褶皺核部影響帶的長度來看，Ⅰ走廊都是最優的走向方案。故Ⅱ走廊總體地形、地質條件差。

巴郎山隧道地質平面圖見圖3。

圖3 巴郎山隧道地質平面圖

2.1.2 氣象選線

隧址區位于川西高原東部，屬高原型季風氣候，為了摸清該區域不同海拔高程的氣象條件及其對隧道工程的影響，我們采用固定氣象站結合流動觀測點的方法，開展了一個年度的氣象觀測工作。結果顯示，在3 200 m～4 200 m高度范圍內，各氣象要素沒有質的區別，只有量的差異，故氣象條件只是本項目隧道軸線方案的參考因素。不過，根據現有道路冬天的運營情況發現，同等海拔高度，陰山段冰雪害明顯比陽山段嚴重，路線應盡量避免從陰山段經過。

由于海拔差異不大，所以各氣象要素值相似;而Ⅰ走廊方案南坡多位陽山段，Ⅱ走廊南坡段線路長，且多位于陰山段，冬季冰雪害較為突出，故Ⅰ走廊氣象條件較優。

2.1.3 環保選線

本項目位于世界自然遺產地——臥龍國家級自然保護區內，國家保護的珍稀動植物資源豐富。同時，由于沿線地形、地質條件差，海拔高，自然環境相當脆弱，一旦破壞，恢復的難度極大，所以，隧道的選線應遵循對自然環境破環最小的原則，盡量利用原路作為隧道的引道，選擇地形、地質條件較好的洞口。

Ⅰ走廊連接線及隧道進口位于老路附近，屬于臥龍國家級自然保護區的緩沖區，除ⅠE方案外，各方案引道均較短;Ⅱ走廊連接線及隧道進口位于大魏家溝右岸，屬于保護區的核心區，引道長度約11 km，該段線路92%路段穿越原始森林，引道施工和隧道棄碴都將對核心區造成極大的破壞，且營運期間也會對當地保護動物的生存造成極大影響。故Ⅰ走廊環保風險較小，Ⅱ走廊的可實施性極差。

2.1.4 經濟選線

隧道方案的選擇應綜合考慮建設費用、運營維護費用、建設效益等因素。隧道長度越長，解決的問題相對越多，但項目所在的S303線交通量有限，地方財政力量也有限，巨大的工程規模將會使建設、運營存在巨大的困難;反之，為了減小工程規模，降低運營費用，將隧道選擇在很高的海拔，則項目建設的社會效益也會大打折扣。故隧道方案的選擇應將性價比作為論證的重點。

類似海拔高程的隧道方案，Ⅱ走廊隧道長度明顯較Ⅰ走廊要短，雖說Ⅱ走廊的引道較長，但是其總體工程規模仍小于Ⅰ走廊，運營成本也更低。

2.1.5 走廊選定

綜合以上各方面對比結果，雖說類似海拔高程條件下，Ⅰ走廊工程規模略大于Ⅱ走廊，但是其地形、地質、氣象、環保條件均明顯優于Ⅱ走廊，故推薦采用Ⅰ走廊。

2.2 洞口高程的選定

巴朗山隧道Ⅰ走廊各隧道方案均呈南東—北西向，地形、地貌基本一致，工程地質、水文地質條件隨隧道的長度、埋深的不同而有所差異。除ⅠG方案隧道長2 190 m，其余各隧道方案均為特長隧道，都要穿越較多的區域構造，地層巖性基本一致。因此本隧道方案比選的重點在于隧道規模、繞避老路病害發育及線型不良路段長度等因素，而所有的這些因素集中在洞口海拔高程的選擇上，因此，選擇一個合適的洞口海拔高程即為巴朗山隧道比選的重中之重。

2.2.1 洞口高程與隧道長度的變化關系

巴朗山隧道Ⅰ走廊方案地形特點是南坡陡峭，北坡相對平緩(見圖4)，故隧道方案要降低海拔高程，隧道規模就會有較大增加。

圖4 Ⅰ走廊巴郎山隧道地形示意圖

Ⅰ走廊7個隧道方案長度在2 910 m～13 980 m之間，對應的高程位于4 200 m～3 500 m之間，二者的關系如圖5所示。

為了得到經濟的隧道高程與長度的組合方案，定義某一區間隧道長度的變化值為ΔL，海拔高度的下降值為ΔH，則ΔH/ΔL為圖5中折線的斜率，其值越大，說明降低相同海拔高度導致隧道長度增加越少。由圖5可知，ΔH/ΔL在海拔3 700 m～3 900 m區間最大，在海拔3 500 m～3 700 m區間最小，即在海拔3 700 m～3 900 m區間，隧道的性價比最高。

圖5 Ⅰ走廊巴郎山隧道長度與高程關系圖

2.2.2 洞口高程與不利氣象影響的關系

巴朗山隧道位于高海拔地區，氣候惡劣，氣象要素對隧道方案具有很大的影響。根據氣象觀測報告，巴朗山隧道進口端(南坡)各海拔高程年均氣象要素推算值見表3。

表3 巴朗山各海拔高度層(m)年均氣象要素推算值(南坡)

由表3可見，對隧道影響最大的凍土、冰雪害、大霧等氣象要素雖然隨海拔高度的增加愈趨于不利，但是變化值并不大，因此氣象要素的影響不是確定隧道海拔高度的控制因素。

2.2.3 洞口高程與原路改善程度的關系

原路翻越巴朗山路段，上山段長約37 km，平均縱坡約4.8%，設有12處回頭曲線，下山段長約26 km，設有31處回頭曲線。

ⅠG方案隧道長2 910 m，雖說規模最小，但是洞口海拔達4 200 m以上，僅解決了約300 m的翻山高程，相對于近1 800 m的翻山高差而言意義不大。

剩余6個隧道方案與原路改善程度(縮短道路里程、繞避冰雪路段及低技術指標路段)關系詳見表4。

綜合巴朗山氣象資料，既有道路的平縱面狀況、病害路段的分布，以及營運事故多發路段的分布等因素，巴朗山南坡海拔標高在3 350 m附近、北坡海拔標高3 650 m附近是較為理想的隧道標高，對應為ⅠD方案，但該方案隧道長達13 980 m，隧道埋深達1 540 m，對于一個二級公路隧道來說，其工程規模過于艱巨，營運費用極高，經濟上不可行。

表4 Ⅰ走廊巴朗山隧道方案對原路改善對比表

ⅠE方案對原路改善程度最高，但是無論引道規模還是隧道規模，均比其他方案大，特別是需要新建8 km多引道，可能會引發新的地質病害，對保護區的環境破壞也較大，所以該方案不具優勢。

ⅠB與ⅠC方案洞口位置距離不遠，地質情況相當，對原路的改善程度相當，但是ⅠC方案隧道較ⅠB方案長約800 m，經濟性上不如ⅠB方案。

ⅠB與ⅠF方案地質情況相當，對原路的改善程度相當，雖然ⅠC方案隧道較ⅠB方案短約600 m，但是其引道要長3.5 km左右，經濟性與ⅠB方案相當，但是對環境破壞較大，故ⅠB方案更優。

ⅠB與ⅠA方案相比，隧道長約2.2 km，引道短約1 km，從工程規模而言ⅠA方案占優。不過ⅠB方案洞口海拔比ⅠA方案低約200 m，處于隧道長度高度組合的最有利區間，對原路改善程度具有明顯優勢，且引道短約1 km，很大程度規避了新發地質災害和環境破壞的風險。

綜合比較后，推薦ⅠB方案。

3 結語

1)高海拔隧道所處自然條件一般都比較惡劣，隧道方案的選定除了考慮地質情況及工程規模外，還應充分收集當地氣象資料，為方案的確定提供數據支持。

2)高原生態環境脆弱，工程建設對自然的環境影響是長期的，甚至是不可逆的，在高原上修建隧道應首先遵循環保選線的原則，盡量減少引道的規模，同時選擇條件優越的洞口，最大程度降低對自然環境的破壞。

3)高海拔超特長隧道往往是位于越嶺線上，隧道標高的選擇是控制工程規模的主要因素，應制定不同高程與長度的方案組合，綜合比較地形、地質、氣象、環境與工程效益等條件，確定合理的越嶺方案。

［1］四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院.省道303線巴朗山隧道工程預可行性研究報告［R］.2008.

［2］阿壩州氣象局.省道303線巴朗山隧道氣象觀測分析報告［R］.2011.