歐帕拉高海拔寒區特長公路隧道設計技術探討

李 秋，李 榮，張立云

(四川省林業調查規劃院)

1 項目概況

歐帕拉隧道位于四川省甘孜藏族自治州巴塘縣和白玉縣境內，是巴白路蓋玉至歐帕拉山段改擴建項目的控制性工程，隧道為三級公路特長隧道，全長3 527 m，進口設計高程3 877.00 m，出口設計高程3 862.96 m，隧址區最冷月平均氣溫為－1.6 ℃，屬高海拔寒區特長公路隧道。

2 隧道工程地質概況

隧址區地貌屬高山深切割構造侵蝕剝蝕地貌，海拔高，地形起伏大，總體地勢為東北低西南高。微地貌為一馬鞍形雙峰山脊，地形較陡。海拔高程3 850 ～4 380 m，相對高差530 m。隧址區屬青藏高原氣候，氣壓差和氣溫差明顯，具有風多、風大的特點，雪線在3 850 m 附近。隧址區位于金沙江流域，屬降曲河水系。地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。區內出露地層為:第四系全新統坡殘積層、二疊系上統下段地層。地震基本烈度為Ⅶ度，動加速度峰值為0.10 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s。隧址區不良地質主要有凍土、巖爆、大變形。

3 歐帕拉隧道設計重點與設計對策分析

3.1 抗防凍設計

隧址區位于雪線之上，為季節性凍土區，經查閱大地凍深標準值同時綜合考慮該隧道處海拔高度、地面溫度、積雪、植被和土壤含水量等因素后確定隧道最大凍深為80 cm，因此隧道抗防凍設計是本隧道設計重點，主要采取了以下幾個措施:

(1)強化寒冷設防段的排水措施:寒冷設防段襯砌背后φ50HDPE 排水盲溝和φ100HDPE 橫向排水支管間距加密為5 m，中心排水溝置于凍結線0.20 m 以下，保證溝內水面低于最大凍深線，溝內水通過洞外保溫出水口排至地表。

(2)對洞口地下水豐富的段落采用周邊注漿處治，加固圍巖的同時封堵地下水向隧道周圍滲透的路徑。

(3)確定隧道進出口防寒保溫段設置長度是寒區隧道抗防凍設計必須考慮的因素之一。在擬定隧道寒冷設防段長度時，設計者根據黑川希范公式，并結合本隧道的特點，參照鷓鴣山隧道、大坂山隧道、昆侖山隧道等高寒隧道設置保溫層的經驗，確定了距隧道進出口各600 m 范圍為寒冷設防段，在設防段襯砌內表面設置面層6 mm 厚的纖維增強板+里層40 mm 厚的防火性能好聚酚醛熱固性保溫材料。

3.2 高地應力設計

歐帕拉隧道埋深20 ～500 m，圍巖主要為灰巖和碳質頁巖互層，地勘資料揭示本隧道兩段圍巖共計1240m 的段落為高地應力場。如何安全通過高地應力段是本隧道設計重點。高地應力段支護應遵循“加固圍巖、預留變形、先柔后剛、先放后抗、剛柔并舉、分次支護、及早封閉、底部加強、信息化施工”的原則。針對隧道穿越高地應力段采取的設計措施如下:

(1)對襯砌進行加強，主要措施為:采用超前支護措施對掌子面前方圍巖進行注漿加固;打設徑向藥包長錨桿形成深孔高效系統錨固，利用圍巖及支護的共同變形釋放應力;工字鋼架加密;二襯采用鋼筋混凝土結構。

(2)優化開挖方式:在可能發生巖爆的硬巖地段，考慮采用分步開挖、超前松動爆破和超前應力釋放孔等方式進行;在可能發生大變形的軟巖地段，考慮采用雙側壁導坑法開挖，預裂爆破或光面爆破，預留松動層，變深孔爆破為淺孔爆破，短進尺、多循環。

(3)重視高地應力段的動態施工:在隧道開挖后施作初期支護的同時，需按照設計要求安設各種測點，對洞室收斂變形、圍巖內部變形、噴層接觸壓力及錨桿軸力等進行量測。通過對量測資料的反饋分析確定圍巖變化趨勢和支護結構的工作狀態，及時調整支護參數。

3.3 防災救援設計

歐帕拉隧道為單洞對向交通特長隧道，防災救援設計也是本隧道設計重點。在設計過程中，筆者考慮了如下三種防災救援方案:

(1)設置平行導洞

平行導洞可以在主洞發生火災時采取定向排煙，使部分人員和車輛安全離開隧道;施工期間可以做地質超前預報，加快施工進度、改善施工環境;在主洞需要檢修時，臨時開啟平導，通過交通管制實行單向行車。本方案需要增設平導加橫向通道總長約為3 540 m，增加費用約需3 540 萬元。

(2)設置U 形回車場

沿隧道兩側對稱設置長100 m，間距750 m 左右的U 型回車場。當發生火災時火災前方車輛可安全出洞，逆行車輛則通過U 形回車場調頭?；馂狞c后方前行車車輛也使用U形回車場調頭安全出洞。本方案需修建U 型回車道總長約600 m，采用此種方案約增加費用900 萬元，施工難度較高。

圖1

(3)加密緊急停車帶

兩側交替布置緊急停車帶，縱向間距約為400 m。當發生火災時火災前方車輛可安全出洞，逆行車輛則通過緊急停車帶調頭?；馂狞c后方前行車車輛也使用緊急停車帶調頭安全出洞。

結合本隧道等級低，交通量小，車輛及疏散難度相對較低的特點，權衡經濟效益，筆者采用了加密緊急停車帶的方式作為本隧道的防災救援方案。

4 結 語

我國有不少的低等級公路在越嶺時都選擇繞行，或是在埡口附近采用短隧道通過，以節省投資。但在高寒地區，埡口附近通常都海拔高、氣溫低，冬季積雪結冰，嚴重影響行車安全。為保證行車安全，高寒地區的低等級公路采用長隧道甚至特長隧道穿越也是很有必要的。

(1)高寒地區特長隧道在選線時，應結合隧址區的地質條件、氣候條件、洞口接線、施工條件等綜合考慮。

(2)高寒地區隧道通常都存在凍土，為防止隧道出現凍害，必須對隧道進行系統的抗防凍設計。

(3)特長隧道通常埋深大，地應力相應也大。設計時應結合隧址區的地質條件分析在高地應力條件下隧道可能出現的病害并采取相應的設計對策。

(4)在以人為本的前提下，單洞對向交通的特長公路隧道防災救援要結合實際情況，選取能最大限度保障洞內行人的人身、財產安全同時投資最省、施工最簡便的方案。