高速公路穿黃隧道規劃選址關鍵影響因素分析

(河南省交通規劃設計研究院股份有限公司， 河南 鄭州 450000)

1 引言

根據河南省某高速公路規劃，穿越黃河位置大致位于1855年黃河銅瓦廂決口改道處，該處黃河主流不穩定，河勢變化大。并且規劃線路穿越黃河段是“河南新鄉黃河濕地鳥類國家級自然保護區”的核心區。

考慮到修建橋梁要求橋梁跨度大，總橋長較長，且對濕地保護區影響較大，故在項目前期研究階段提出穿黃隧道方案，穿黃隧道與橋梁相比具有不影響黃河行洪、抵抗戰爭破壞和自然災害的能力強、不侵占航道凈空、隧道能全天候運行、對黃河濕地生態環境影響小等優勢，但同時也存在勘察設計難度較高、投資較大、施工環境較為復雜和風險較高等困難。

穿越黃河民用公路隧道建設尚無建設先例，本文以河南省某高速公路穿越黃河隧道項目穿越黃河公路隧道為例，開展高速公路穿黃隧道規劃選址關鍵影響因素方面的研究討論，以期為類似工程提供參考。

2 技術因素

目前，我國隧道建設工程已經跨入世界先進水平，已建成多條水下隧道，主要分布在上海、南京、武漢及廈門等地。水下隧道建設長度居世界第一，已積累了較為豐富的水下隧道建設、施工和運營經驗。隨著中國經濟高速發展以及人們環保意識不斷增強，水下隧道修建技術正日臻完善。

由此可見，我國已經有在江河湖海修建隧道的成功經驗，但在穿黃公路隧道尤其是大斷面隧道尚屬罕見。由于黃河尤其特殊性，歷史上一直是一個老大難，技術問題仍然是穿黃隧道選址需要考慮的大問題。

3 區域水文地質因素

3.1 地質概況

穿黃工程區位于華北斷塊南部的二級構造豫皖斷塊的北部邊緣。斷裂規模均較小，第四紀尤其晚更新世以來活動性較弱。 穿黃工程區地震峰值加速度為 0.1g，相應地震設計基本烈度為 7 度。據國家地震局分析預報中心鑒定，場地 50 年超越概率 10%和 5%對應的地表基巖面峰值加速度分別為 0.119g 和 0.158g。本區廣泛分布第四系地層，其中下更新統缺失。下伏基巖為上第三系，再者呈不整合接觸。第四系全新統主要為砂層，分布于黃河河床、漫灘和沖積平原；上更新統砂層埋藏于北岸高、低漫灘及北岸沖積平原、黃土崗地之下，黃土、黃土狀粉質黏土，在河床、北岸低漫灘埋藏于全新統及上更新統之下。下伏基巖為上第三系粘土巖、粉砂巖、砂巖、砂礫巖。第四系砂層含水層、黃土狀壤土孔隙弱含水層和上第三系砂巖、砂礫巖孔隙、裂隙含水層中地下水和黃河水對混凝土均不具腐蝕性。

根據標準貫入法、靜力觸探法、動三軸試驗法、相對密度法和剪切波速法等綜合判斷，在 7 度地震條件下河床段液化最大深度為 16.0m，北岸灘地段為12.0m。穿黃隧洞埋深 25.0m～30.0m，位于液化土層之下 10 余米深度之下，因而不受砂土液化的影響。

3.2 水文概況

該區地下水按其賦存條件及性質可分為孔隙水及孔隙裂隙水兩種類型。

1）孔隙水：分布于河槽、漫灘及沖積平原的第四系巖層中，主要為潛水。

2）孔隙裂隙水：可分為黃土孔隙裂隙水和基巖孔隙裂隙水。前者分布于黃土類土孔隙裂隙中，為潛水。

工程區內地下水及河水多為微硬水—硬水，從總體上看，工程區黃河水及地下水水質較好，適于飲用與灌溉。

4 環境因素

公路建設項目前期工作主要為路線走廊帶的選線過程和公路技術標準、工程建設規模等設計過程。路線的選擇所產生的環境影響較大，選線過程決定了項目是否會涉及自然保護區、飲用水源保護區、風景名勝區等各類生態敏感區，決定了工程拆遷量、占用耕地和基本農田的數量、阻隔影響、安置補償等。

隧址區附近是河南新鄉黃河濕地鳥類國家級自然保護區，選擇時應給與充分考慮。保護區位于河南省新鄉市的東南部，在濕地類型上屬黃河下游濕地區，豫北平原濕地亞區。保護區由封丘縣沿黃荊隆宮、陳橋、曹崗、李莊、尹崗等五個鄉鎮和長垣縣境內的黃河灘涂、背河洼地組成，長70km，平均寬度3.5km，總面積22780 hm2；其中核心區面積為7973hm2，緩沖區面積為7290 hm2，實驗區面積為7517hm2。

河南新鄉黃河濕地鳥類國家級自然保護區始建于1988年，1996年11月經國務院批準晉升為國家級自然保護區。2008年2月國務院對保護區調整及更名給予批復，將黃河故道區（北片區）調減，同時新增了長垣縣部分黃河灘涂，總面積調整為22780 hm2，并更名為“河南新鄉黃河濕地鳥類國家級自然保護區”。

河南新鄉黃河濕地鳥類國家級自然保護區主要保護對象為：珍稀候鳥及其棲息地，黃河下游特有的濕地生態系統。保護區區內水域、灘涂廣闊，野生動、植物資源豐富，鳥類眾多，是黃河下游平原人口稠密區交通發達地帶遺存下來的較大濕地，動、植物的北方物種、南方物種和廣布種十分豐富，具有重要的生物多樣性保護意義和潛在的科研開發、生態旅游價值。根據最新研究成果，在自然保護區內共有鳥類156種，野生獸類計12種，兩棲、爬行動物9種，魚類32種，植物745種。在保護區內分布的鳥類中，屬國家Ⅰ級重點保護的鳥類10種，屬國家Ⅱ級重點保護的鳥類29種。保護區內優良的自然環境非常適宜鳥類的棲息、生長、繁衍，從而形成良好的候鳥遷徙通道，同時保護了濕地其它生物種群的生存、繁衍和發展。保護區內自然資源豐富，生態系統完整，為生物多樣性與持續利用研究提供了良好基礎，在維護和改善地區生態環境與平衡等方面具有極其重要的作用。

5 河道基本情況

隧址區位于黃河河道改道處，河道歷史經過了復雜的演變，其目前概況如圖1所示。

圖1 隧址區河道概況

5.1 氣象特征

隧址區屬溫帶季風氣候區，夏季受西太平洋副熱帶高壓控制，水汽充沛，冷熱氣團交替，多鋒面雨和祁軒宇，雨量多且集中；冬季和春季受西伯利亞高壓控制，雨雪稀少，風多干冷，空氣干燥，蒸發量大。年均氣溫為14.52oC，年均無霜期為221d，年均降水量為627.5mm，降水多集中在夏季7、8月份。

5.2 洪水特征

黃河下游洪水主要由暴雨形成，分別來自河龍間、龍三間和三花間等三個地區。河龍間屬于干旱和半干旱地區，暴雨強度大，歷時較短，洪水具有峰高量小的特性。龍三間的暴雨特征與河龍間相似，但由于受到秦嶺的影響，暴雨發生的頻次較多，歷史較長，洪水位矮胖型。

三花間屬于濕潤和半濕潤地區，暴雨強度大，一次暴雨的歷時一般為2d～3d，最長歷時達5d。以三花間來水為主的洪水，具有洪水漲勢猛、洪峰高、洪亮集中、含沙量不大、洪水預見期短等特點，對黃河下游防洪威脅最為嚴重。

隧址區處于黃河下游段，黃河下游設防標準為防御花園口洪峰流量22000m3/s的洪水，隧址區相應的設防流量為22000m3/s。

5.3 河道演變

隧址區位于黃河游蕩性河段，因缺乏有效的河道工程控制，該河段河勢散亂，屬于有名的黃河改道區。自十九世紀四十年代以來，河段先后經歷了自然演變、三門峽水庫下泄清水、河道整治工程逐步修建及完善三個階段。受上游水來沙和河道邊界影響，各階段河勢也表現出不同的特點。

6 現狀交通、水利工程狀況

6.1 交通工程

目前，黃河河南段已建公路和鐵路橋梁23座，待建3座，橋梁密度已使黃河不堪重負。且為減少橋梁建設對河道防洪防凌的影響，橋梁建設需采用全橋渡跨越方式，河道主槽采用較大跨徑。其中在游蕩性河段，橋梁孔跨布置應充分考慮主河槽的擺動范圍。橋梁跨徑的增加大大增加了橋梁的工程建設費用，這也使得穿黃隧道與穿黃橋梁在工程造價上具有可比性。

6.2 堤防工程

黃河下游大堤歷史悠久，為歷代不斷修建而成。為了保障防洪安全，近年來黃河下游相繼開展了大規模的標準化堤防工程建設，提防的抗洪能力增強。

6.3 河道整治工程

隧址區河道整治工程包括險工、控導和防滾河工程。

5.4 其他設施

附近有黑崗口、于店2座引黃涵閘。水文站2座，分別建于1938年和1947年。

7 結語

通過本文研究可知，影響穿黃隧道規劃選址的關鍵因素主要可歸結為六大因素：技術因素、水文地質因素、周邊環境因素、洪水特征、河道演變以及區域交通水利等工程設施。與普通公路隧道相比，洪水、河道情況等是其特殊因素，技術在某種程度上也是其重點要考慮的因素。目前穿黃公路隧道案例較少，應進一步加強相關方面的研究，確保擬建工程均滿足安全、經濟、環保等方面的要求。

[1]楊成剛，等. 中衛黃河隧道選址[J]. 天然氣與石油，2009（03）。

[2]陳俊生，等. 港珠澳大橋沉管隧道管節預制廠選址研究[J]. 現代隧道技術，2012（06）

[3] 王昕，等. 天然氣長輸管線規劃選址問題研究[J]. 低碳世界，2017（09）