山區高速公路隧道設計關鍵技術

羅　劍（湖南省交通科學研究院，湖南　長沙　410000）

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山區高速公路隧道設計關鍵技術

羅劍（湖南省交通科學研究院，湖南長沙410000）

山區高速公路其地質、地形復雜，因此需要適當建設隧道，但其建設難度進一步加大，因而必須重視前期的規劃設計。隧道設計應當在重視技術指標的同時，確保安全、功能、環保和經濟，實現“安全與效益”的統一，提高我國山區的高速公路隧道建設技術水平，本文即對此結合實例進行了探討，以供參考。

山區；高速公路；隧道；設計

1　引言

山區高速公路受地形限制，其高速公路隧道的建設難度較高，為了實現工程設計的安全、環保、舒適與和諧，必須通過提升山區高速公路隧道設計的科學性、可行性和安全性，從而為我國的山區高速公路發展提供助力，使其能夠更好地為經濟發展服務。

2　高速公路隧道設計

我國的山區地形通常較為狹窄，地質條件復雜，生態環境脆弱，其工程的建設必須通過統籌規劃，對于隧道的設計，更需要在設計中服從路線需要，綜合考慮實際地形地質，注重與隧道“功能”和周邊“環境”的和諧統一，進行合理的地形選線、地質選線、環保選線和安全選線，結合相應的技術標準和指標，保證路線可以與實際環境條件相適應，滿足通行質量和行車安全。

在設計高速公路隧道時，應當從隧道選址開始，提出可行方案，明確其自然建設條件、建設規模和運營管理技術的難度與費用等問題，進行系統的論證和比選，最終在基本符合路線總體要求的前提下，確定設計方案。例如對于低線方案路線，通常其地形、地質條件較好，路線的平縱指標高，但由于隧道較長，通風照明方面的運營費用相對較高；而高線方案因為路線需要提前展線提坡，但隧道較短，路線線形標準偏低，地質條件則相應較差。

3　山區高速公路隧道設計要點

3.1洞口段線形設計

就多次事故來看，許多與隧道相關的交通事故通常發生在隧道引道，或距離隧道前200m的范圍內。主要是因為在突遇隧道時，駕駛員視野會出現暫時性中斷，在進出隧道時，由于光線變化而影響了駕駛人員的反映速度，導致一時間難以適應明暗交替，導致非正常操作，因而發生交通事故。因此，可以設計隧道洞口段線形的連續性，在隧道進出口的位置進行平縱線形施工處理，以改善司機的適應光過度，從而提升行車安全性。

3.2路線總設計

由于在山區進行高速公路建設，必然會對當地的生態造成一定的破壞，同時為了減少資源的浪費，隧道設計應當兼顧多種因素，路線總體設計應當注重實際需求和環境協調，綜合考慮地形、地質、環保和安全方面的原則進行設計。例如，如果是一級公路，可以使用分離式方案，分析施工過程中存在的經濟效益與施工技術，全面了解長、中、短隧道方案各自的優劣，以確保經濟效益為前提，采取多種隧道長度相結合的辦法，提高隧道路線設計靈活性。

3.3隧道襯砌結構設計

進行隧道橫截面設計時，要求能夠保證其具有一定耐久性，同時綜合考慮行車的安全、后期養護便捷、災害防治以及生態影響等。為確保行車的安全，隧道結構形式除了可以在路口段設置明洞，還可以運用復合式襯砌結構的方式。如果出現斜交進洞情況，則可適當采用斜交襯砌結構，注意斜交角度在原則上應當大于45°。設計中，還應當重視圍巖變形監測、信息反饋，作為重要的設計參考。

3.4隧道通風方式的選擇

對于一些特長隧道的設計，由于隧道需要深入山體，其中會出現氧氣量少的狀況，甚至混雜有害氣體，影響了隧道空氣質量，嚴重威脅施工人員身體健康。當前，使用壓入式通風獨頭通風的最大長度為3400m，而使用巷道式通風，則可以極大延長通風長度。隧道通風主要是為了使洞內的作業環境得以改善。由于不同的施工工序對洞內環境造成的污染不同，并且隨著隧道挖掘深度的增加，通風量也會變大。因此，要分階段設計通風方案，在制定通風方案之前，應對通風系統需要的風壓和風量進行計算。

3.5防排水設計

山區隧道必須重視防排水結構的設計，以“防、排、堵、截”為原則，在洞內設計形成一套完整、通暢、容易維護的防排水系統。考慮到氣候可能對防排水系統產生的影響，在設計其結構時，可以考慮在隧道初期支護、二次襯砌之間，設置保溫層，以保證防排水系統即便在嚴寒環境下，也可以正常使用。

4　山區高速公路隧道設計關鍵技術實例分析

4.1工程概況

某公路隧道地勢西北高東南低，由于地質構造特征，該工程隧道地質特征也比較復雜。該公路隧道進口段主要被花崗巖覆蓋，分布不均，其他為砂土填充，砂層厚度超過2m，屬于V級圍巖。隧道出口鄰近U字形溝槽，溝槽內常年積水。對該工程造成影響的地質因素主要是隧道進口多塊石堆積層，經雨水沖刷容易在洞門外淤積。

4.2該公路隧道設計原則

①遵循《公路隧道設計規范》（JTGD70-2004）中的相關規定；②洞口要設置洞門，洞門結構可以是柱式、端墻式、臺階式等，洞門結構應根據洞口的具體地質情況和施工特點進行設計；③當隧道中線和隧道洞口地形的等高線斜交時，洞門結構宜采用斜交式，線路中線和端墻的交角應大于45°；④隧道內部輪廓的設計除了要符合隧道建設規定，同時要保證洞內設備齊全，比如洞內的排水設施、通風、檢修道、照明以及運營管理等設施；⑤公路隧道施工圖的設計遵照 《公路隧道設計規范》（JTGD70-2004）中推薦的隧道內輪廓建設；⑥位于風景區、城鎮、車站附近的隧道洞門設計要符合建筑美觀要求，與城市建設和環境保護相協調；⑦注重隧道“監控量測”和“地質超前預報”。

4.3高速公路隧道設計

4.3.1洞門設計

隧道洞口位置的確定應遵循“早進洞、晚出洞”的原則，注意邊坡及仰坡的穩定。應與周圍自然環境相協調，隧道洞口應避開居民點，當不能避開時，應考慮施工爆破對人身及房屋等設施的影響和采取環境保護措施。隧道洞口位置的選擇應與隧道前后構造物協調。在橋隧緊接的情況下，應綜合考慮洞口與橋跨布局、結構處理的整體性，避免橋隧工程施工相互干擾。隧道洞口的選擇主要受地形和地質條件控制：

①隧道洞口中線，應當設計與地形的等高線為垂直狀態。如果施工條件有限，可以大角度斜交的方式進洞，從而避免與等高線平行進洞；②隧道洞口應選擇在山坡穩定、地質條件較好處，不應設置在偏壓很大及嚴重不良地質地段。溝谷和山凹往往是地表水和地下水的匯集之處，地質構造也多較為軟弱破碎，洞口位置應避開溝谷和山凹的中心，盡量在凸出的山坡附近進洞。當溝底高程較高或上跨其他構造物時，應對地表徑流作妥善處置，并加強洞口段的防水和排水措施；③對于不穩定巖層，在開挖之后非常容易導致順層滑動或坍塌，應當宜提早進洞。當隧道避開堆積層進洞有困難時，不宜采用清方的辦法縮短洞口。應維護山體的穩定和洞口施工的安全，采取接長明洞或采用洞口大管棚及洞口地表注漿加固等工程措施。隧道洞口基本與等高線垂直情況如圖1所示。

在本隧道工程中，為了確保不會對周圍環境造成嚴重破壞，在隧道的洞口結合當地地貌地形特征實施了整體設計，并且在洞口周圍種植與地形特征相符的綠色植物。

圖1　基本與等高線垂直進洞的隧道

4.3.2隧道襯砌設計

本路段隧道襯砌結構主要根據圍巖的地質條件及施工條件分為淺埋和深埋段復合式襯砌、明洞襯砌。除Ⅴ級圍巖土質的隧道可以使用礦山法原理進行設計以外，其他襯砌均使用新奧法原理進行設計施工；通過工程類比等計算方法確定襯砌設計支護參數；在圍巖比較差的地段，其襯砌應向圍巖較好的地段延長10m左右，并且在主洞與車行橫通道交叉地段設置加強段襯砌，襯砌材料均使用鋼筋凝土；明洞襯砌的拱墻、仰拱鋼筋混凝土強度為C25。

4.3.3通風與照明設計

①根據相關的設計規范，結合當地實際自然環境，本隧道通風設計為射流風機誘導式通風；②本隧道考慮到其長度應設置電纜槽。隧道內供電采用380/220V的三相四線系統以及380V動力設備。

4.3.4防排水設計

①洞內的防排水。為及時排出襯砌背后的積水，在該隧道內沿著巖面環向設置透水管，透水管和墻底部縱向排水管（φ100mm）相連，并且每30m布設一處橫向引水管，把縱向排水管里的水引入到側溝內，再由側溝從引水道排向隧道外；②洞外防排水。在隧道進口端洞外的側溝布設5%的反坡排水，并且在距洞口外1～2m處地面設一處深3m、寬4m的橫向盲溝來攔截路面水；③明洞防排水。明洞采用黏土隔水層及外貼式防水層；④隧道防排水。隧道防排水采用“防、截、排、堵”相結合的防滲方案。在施工前根據掌握的資料結合地形對地下出水情況進行分析和水量計算，制定最佳的排水措施。除此之外要對該公路隧道內部的出水位置、水量大小、變化規律以及水質成分等做好相關的勘測與記錄，達到邊墻和拱部不滲水、道床不冒水不積水的效果。

5　結語

山區高速公路由于地質地形非常復雜，建設的難度大，設計工作需要考慮到大量的干擾因素，對隧道整體的安全性、實用性、經濟性以及環保性綜合分析，設計之前一定要大量研究當地類似工程的設計過程，吸取類似公路隧道建設和施工的經驗和技術，確保隧道的施工安全和施工質量。

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羅 劍（1978-），男，工程師，碩士，主要從事公路工程質量檢測等工作。

U452.2

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2095-2066（2016）11-0176-02

2016-3-25