廣樂高速公路隧道設計探討

彭文波 盧楊路 王立宏

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

廣樂高速公路隧道設計探討

彭文波 盧楊路 王立宏

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

結合廣樂高速公路隧道多、里程長、地質地形復雜、環保要求高的特點，對大型高速公路項目隧道設計進行了相關總結，主要包括隧道總體設計以及設計中的主要技術措施，并提到了隧道設計方面的不足之處，以期為以后公路隧道設計提供寶貴經驗。

高速公路，隧道，設計

1 概述

廣樂高速公路全線共設28座隧道，總長35.7 km，分為100 km/h 和120 km/h雙向六車道高速公路標準，隧道開挖斷面面積大，扁平率小，施工風險極大。隧道圍巖巖性主要為灰巖、板巖、頁巖、砂巖、花崗巖等，隧道洞口段普遍存在淺埋偏壓、地質條件均較差的特點，大部分隧道洞身段地質條件復雜，存在溶洞、斷層破碎帶、高地應力、涌水、軟弱煤層等不良地質現象，且不良地質段分布廣、數量多。

2 隧道總體設計

廣樂高速公路由于投資大、里程長及設計周期緊的特點，在勘察設計階段采用隧道總體設計，有利于工程規模、技術標準、設計形式、文件組成的統一，將相對分散且獨立的設計形成系統、完善的設計成果，方便后期審查批復與建設過程中的管理。

2.1 隧道布置原則

隧道設置形式根據地形地質以及隧道兩端接線條件，在如下幾種形式中綜合選定：

1)上下行分離式隧道。

兩洞室凈距根據地質情況參照《隧道設計規范》確定，長、特長隧道一般采用該種形式。

2)小凈距隧道。

兩隧道凈距一般控制在10 m～20 m左右。中短隧道一般可采用該種形式，具有節約用地，減少接線工程規模的優點。

3)復合式連拱隧道。

中隔墻厚度一般采用2.0 m～2.7 m，中央分隔帶寬度約4.5 m～6.0 m。

4)雙向六車道隧道原則上不采用連拱隧道形式。連拱隧道長度一般應控制在200 m以內，特殊情況下不宜超過300 m，小凈距隧道長度一般應控制在400 m以內，特殊情況下不應超過600 m。長、特長隧道洞口段部分可采用小凈距隧道形式，以降低洞外分線段工程規模及減少占地。

2.2 平面設計

平面總體設計包括以下幾方面內容：

1)平面設計堅持地質選線、地形選線、環保選線的理念。

2)綜合考慮全線隧道的平面線形，盡可能采用較高的平面線形指標，并注重平、縱組合設計，同時綜合考慮超高和視距設計，按小車的運行速度控制視距，按貨車控制超高。

3)采用不設超高的大半徑曲線或直線隧道，直線隧道的長度應符合路線上設置直線段的規定。

4)對于長大隧道應由隧道控制路線走向，中短隧道的線形原則上服從路線走向。

5)在設計中應結合隧道的地形、地質條件、防災救援、運營安全、兩端接線、司機行車過程中的心理狀態等因素綜合考慮。

2.3 縱斷面設計

隧道縱坡的選擇應以隧道的使用功能(通行汽車)為依據，從行車速度、地質條件、地形條件、營運通風、交通事故頻率、防災救援、兩端接線、排水、施工、工程投資等因素綜合考慮。

2.4 橫斷面設計

結合隧道技術標準、線形指標、超高設置、運營設施、隧道規模、交通量組成等擬定嚴格統一的建筑限界與凈空斷面形式。

對于技術標準較高的高速公路，高速超車時存在汽車與左側檢修道相撞的安全隱患。從行車安全的角度出發，本項目采用左側余寬置于檢修道下方的設置形式。

對于檢修道的高度，規范值為25 cm。但對于長大隧道，由于洞內各類電纜數量比較多，往往需要增高電纜槽高度，因此對于中長隧道的檢修道高度可適當增高，其高度既要讓檢修以及救援與疏散人員容易上下，還要讓汽車的車門最好能打開，而且汽車也不易沖上檢修道，本項目檢修道高度值為40 cm。

2.5 橫洞與緊急停車帶布置

廣樂高速公路隧道緊急停車帶及行車橫洞布置方案確定中主要基于如下幾方面的考慮：

1)采用垂直行車橫洞布置方案，可充分發揮其在隧道運營階段的輔助救援功能及有效避免斜交橫洞布置帶來的空間受力復雜等弊端。

2)緊急停車帶與行車橫洞采用組合布置方案，便于車輛疏散能力的提高及緊急停車帶布置在圍巖較好地段以降低工程造價。

由于隧道群均為三車道隧道，單洞凈寬達到16 m，橫洞與主洞采用90°交角并布置在緊急停車帶處，不僅能滿足車輛轉彎的要求，縮短了行車橫洞的長度，而且有利于救援車輛出橫洞后靈活選擇左右轉向，極大提高了救援效率。所以本項目采用緊急停車帶與行車橫洞組合、行車橫洞垂直布置的方式。車輛轉向示意圖見圖1。

2.6 隧道洞口及洞門設計

根據地形、地貌、地質、結合地面(地下)水文情況，本著“早進洞，晚出洞”的工程設計原則，確定洞口位置。考慮本項目為大型隧道群，隧道洞口處于深切V形山谷邊坡上，洞口地質差，地形復雜，設計時結合地質、地形情況及橋梁布置特點，對每個隧道針對性的采取了隧包橋設計、橋接隧設計、半明半暗護拱進洞設計、樁基擋墻抗偏壓進洞方案設計等措施。

2.7 防排水設計

隧道防排水設計遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則，形成完整的防排水體系，使隧道建成后達到洞內基本干燥的要求，保證結構和設備的正常使用及行車安全。

1)隧道內按地下清水和營運清洗污水、消防污水分離排放；設置縱、橫向排水系應保證排水暢通，避免洞內積水；排水溝的斷面尺寸應根據洞內污水量及地下清水流量決定。

2)洞內排水方式優先采用側溝排水，側排水溝不侵占車道，排水量大，便于檢修維護。

3)對于隧道采用常規排水方案可能會對周邊地下水及地表水環境產生不良影響的隧道，隧道防排水原則應是“以堵為主，限量排放”，例如采用注漿堵水、全封閉襯砌方案等措施，減少地下水的流失。

3 廣樂高速隧道設計中的主要技術問題

3.1 長大復雜隧道群設計

1)大瑤山隧道群路線設計綜合考慮了隧道群的平縱線形，盡可能采用較高的平縱指標，在抗冰雪災害能力較為薄弱的粵北段采用不超過400 m的設計高程，不僅有效解決了該段縱坡大、冬季易結冰的問題，而且避開了大型地下暗河的影響。

2)為了加強運營安全保障，隧道洞口不設置緩和曲線并確保洞口內外滿足3S線形一致的相關要求；路面采用抗滑能力較強的水泥混凝土路面，并采取刻槽處理；針對洞口“黑洞”“白洞”效應，運用照明控制技術使隧道出入口、內部和外部的亮度相匹配。

3)為了深入貫徹“以人為本”的原則，從有利于提高救援效率、減小橫洞的影響范圍、降低結構受力復雜程度的角度出發，本項目創造性地采用了行車橫洞垂直于緊急停車帶并與緊急停車帶組合的布置方式。

4)本項目利用隧道出口的施工便道作為救援通道，有效解決了突發情況下隧道群緊急救援問題，為我國大型隧道群的緊急救援提供了參考。

5)將大瑤山自然保護區(水文敏感地區)的地下水保護提高到新的高度，在地下水較豐富的Ⅴ，Ⅳ級圍巖地段采取周邊預注漿措施，采用限量排放復合襯砌，盡量避免對環境保護區生態環境的影響。

3.2 大瑤山核心保護區隧道防排水設計

隧道長期排水，將形成以隧道為中心的橢圓形裂隙水滲補漏斗，在一定程度上改變天然滲流狀態，如流向、流量等；隧道的長期排水，必將會襲奪下游同源補給水的水量及降低隧道區域地下水位，由此可能導致對當地生態環境的嚴重破壞。大瑤山一號隧道穿越大遙山自然保護區(水文敏感地區)，隧道的建設應將對環境的保護特別是對地下水的保護提高到新的高度，使隧道的建設在滿足國民經濟發展的同時，對區域自然生態環境的影響降低到最低限度。

隧道的防排水在遵循“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”的大原則前提下，在地下水相對不發育的Ⅲ級圍巖地段采用一般排水襯砌，而在地下水較豐富的Ⅴ，Ⅳ級圍巖地段采取周邊預注漿措施，有針對性地實施注漿堵水及全封閉襯砌結構形式來實現限量排放的目的，在施工過程中將根據實際涌水量情況進行動態調整。通過以上措施，使隧道建成后達到如下兩個目標：

1)隧道區域地下水位及排泄途徑與原始狀態基本一致，避免了隧道施工對生態環境的影響。

2)洞內不滲不漏，保證了隧道結構物和運營設備的正常使用及行車安全。

3.3 穿越水庫隧道設計

大瑤山一號隧道ZK36+940～ZK37+020，YK37+000～YK37+025段位于沖溝內，隧道拱頂到沖溝的最小距離約17 m；沖溝下游有一處電站水庫，距離左線隧道外側約30 m～50 m，隧道拱頂距離水庫水面約10 m。WF9斷層將水庫與隧道連通。

針對隧道施工對福源電站水庫的影響及WF9斷層與水庫和隧道連通性進行了水文地質專項研究，依據研究成果，對隧道在洞內與洞外分別采取了預加固處理措施。確保了隧道在施工與運營期間洞內基本做到了不滲不漏，且電站水庫蓄水也沒有受到任何影響。

3.4 復雜地質地形條件下淺埋偏壓小間距隧道設計

廣樂高速公路大源一號隧道是一座淺埋偏壓嚴重、地質條件復雜的小間距超短隧道。該隧道在后期完善設計中，將復雜的問題逐步分解，有針對性的解決好每一個問題。

1)采取錨索樁板墻結合反壓回填技術克服了淺埋偏壓問題；

2)采用洞內外預注漿加固處理技術，改良了隧道周圍圍巖的物理力學性質，增強圍巖的穩定性，提高圍巖的自身承載能力，解決了地質條件差的問題；

3)小間距隧道中間巖柱采用了低預應力錨桿加固技術結合預注漿加固技術，解決了中間巖柱穩定性問題；

4)采用先施工偏壓較嚴重一側隧道的施工工序以及結合洞內的雙側壁導坑開挖法，更好的控制了地表以及洞內沉降變形;

5)采用抗偏壓樁基護拱技術進洞方案，有效控制了洞口邊仰坡的開挖高度，合理的解決了左右洞施工相互擾動的問題，以及克服了進洞難的問題。

4 隧道設計中存在的不足

4.1 總體設計方面

由于大瑤山隧道群段主要是長大隧道控制路線走向，一些小隧道服從總體路線走向，導致產生個別長度短、凈距小、偏壓嚴重、地質差的小隧道給設計及施工帶來了難度，施工過程中產生的一些問題。

4.2 主要工點設計

1)大源一號隧道。

大源一號隧道屬于淺埋偏壓小間距超短隧道，受先行工程大瑤山一號特長隧道的控制，該隧道選線設計主要服從總體線位走向。由于隧道短、凈距小、偏壓嚴重、地質差，同時受橋隧相接墩臺施工、大氣降雨、不合理的施工工序等外部環境的影響，導致隧道上方山體及隧道結構多次出現變形、開裂等病害。

2)龍歸隧道。

龍歸隧道屬于短隧道，該隧道路線走向受接線的控制，隧道大部分穿越炭質灰巖、炭質頁巖、煤層及砂巖的互層等不良地質體。施工中隧道發生了初支大變形、二襯開裂以及塌方冒頂等幾次大的病害，增加了較多的變更費用。

3)大瑤山隧道群路面設計。

原設計采用28 cm厚混凝土板下設20 cm厚C20素水泥混凝土底基層，并在路面底基層下設置橫向及縱向塑料盲溝以排除隧道路面下部滲水的路面結構形式。從后期施工效果看，該路面結構形式針對大瑤山特定的地理位置及地質條件，仍然有一定的優化空間。

a.因大瑤山隧道群地下水較豐富，在路面結構設計上，對無仰拱段沒有在底基層下面增設調平層。其基底爆破施工的平整度，從現場施工情況來看，目前的施工管理水平很難達到規范要求值，甚至在超挖較大的段落直接采用虛渣進行回填的情況時有發生，且不規范的爆破作業使基底巖石松動層厚度加大，進一步提高了基底巖石裂隙的導水性。

b.路面防排水設計中，采取橫向以及縱向塑料盲溝的排水形式(如圖2所示)。從現場施工情況看，該排水形式真正起到作用的很少，大部分在基層施工時就已經堵塞，有些塑料盲溝由于沒有在基層下面刻槽安裝，在澆筑基層混凝土時就已經挪動而失效。建議在今后的設計中將路面排水塑料盲溝按照圖2進行優化處理。

5 設計體會

針對廣樂高速公路隧道多、里程長、地質地形復雜、環保要求高的特點，在隧道總體布置、平面與縱面設計、橫斷面設計、橫洞與緊急停車帶布置、隧道洞口及洞門設計、防排水等方面取得了較為成功的設計經驗，為類似大型高速公路項目隧道設計提供了參考。

當然，廣樂高速公路隧道設計并非是十全十美的，根據該項目的特點，要想在現有的設計周期內通過現有的勘察技術手段很難把隧道區域的地質條件做到準確無誤。但是我們一定要在設計思想上加以重視，結合多年山嶺隧道設計經驗以及結構理論計算，采用動態設計的理念，盡可能地彌補基礎資料不足的問題。同時，中短隧道線位是否服從總體線位走向，還有待于商榷。在設計中應該充分考慮到短隧道的復雜性，多進行各種可能方案的比選。

[1] 中交第二公路勘察設計研究院有限公司.廣州至樂昌高速公路A1設計合同段兩階段施工圖設計[Z].

[2] JTG D70—2004，公路隧道設計規范[S].

On exploration for tunnel design for Guangzhou-Lechang Tunnel

Peng Wenbo Lu Yanglu Wang Lihong

(CCCCNo.2RoadandSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Wuhan430056,China)

Combining with the features along Guangzhou-Lechang Tunnel including complicated tunnels, long miles, complex geological and topographic circumstances, and higher demands for environment protection, the paper undertakes the related summary for the tunnel design of the large expressway programs, indicates the tunnel wholesome design and the main technical measures, and points out some shortages in the tunnel design, so as to provide experience for road tunnel design.

expressway, tunnel, design

2015-02-27

彭文波(1981- )，男，工程師； 盧楊路(1989- )，女，助理工程師； 王立宏(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0184-03

U452.2

A