廖山隧道選線研究

彭勇

摘要：廖山隧道為山區(qū)高速公路復(fù)雜巖溶隧道，瀕臨水庫且為單下坡，施工與運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)極高，在選線研究時(shí)須正確認(rèn)知隧址區(qū)的水文地質(zhì)環(huán)境。文章介紹了該隧道的初設(shè)選線設(shè)計(jì)方案與施工圖路線方案，以期為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：巖溶;高速公路;廖山隧道;選線

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路建設(shè)逐漸向山區(qū)縱深推進(jìn)，受地形、地質(zhì)條件等制約，山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)難度越來越大。山區(qū)巖溶地區(qū)高速公路選線還常伴有采空區(qū)、壓礦、瓦斯隧道、瀕臨水庫等特殊狀況，要在地形地質(zhì)條件復(fù)雜，受控因素眾多的條件下，高質(zhì)量地完成施工圖選線工作，難度很大。筆者在某巖溶復(fù)雜地區(qū)高速公路設(shè)計(jì)過程中，充分貫徹了地質(zhì)、環(huán)保、安全選線的思路，通過對(duì)沿線地質(zhì)、環(huán)境等資料進(jìn)行收集分析，對(duì)廖山隧道選線進(jìn)行了深入研究。

1 工程概況

某高速公路沿臨江河爬升穿越廟子坪隧道進(jìn)入龍池鎮(zhèn)境內(nèi)，結(jié)合前期研究，需要在龍池鎮(zhèn)設(shè)龍池互通和龍池服務(wù)區(qū)，該段高程約為820m。根據(jù)路線總體走向，路線需要下降到高程約為720m的大為鎮(zhèn)并設(shè)大為互通，廖山隧道地處兩個(gè)互通中間。該段總體路線方案見圖1。

廖山隧道環(huán)境極其復(fù)雜，隧址區(qū)出露易溶的白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖、砂質(zhì)白云巖及砂泥巖夾層等，其溶蝕性存在較大差異。巖溶洼地、巖溶漏斗弱發(fā)育，落水洞、溶溝、溶槽較發(fā)育。隧道附近有一座龍池湖水庫，湖面長約1550m，寬約350m，海拔800m。龍池湖東邊存在深厚層軟基，最深達(dá)43.5m，該軟基具有高壓縮性、低透水性、不均勻性特點(diǎn)，且承載力低、強(qiáng)度低。龍池湖周邊礦產(chǎn)資源豐富，主要有羅山煤礦、桃源煤礦、八一煤礦、蓮花光銀石膏礦和大溝石膏礦等，存在大量的采空區(qū)，壓覆礦產(chǎn)與采空區(qū)疊加給選線帶來很大的挑戰(zhàn)。

2 初設(shè)路線方案

2.1 初設(shè)路線情況

初步設(shè)計(jì)針對(duì)該段整體情況復(fù)雜的特點(diǎn)，擬采用廖山隧道避開龍池場鎮(zhèn)和八一煤礦、石膏礦的K線和沿龍池湖布設(shè)并從龍池場鎮(zhèn)南側(cè)邊緣通過的E線進(jìn)行研究，如圖2所示。[KH-*1]

E線采用以橋梁換隧道的方案，對(duì)龍池鎮(zhèn)的影響大。同時(shí)，根據(jù)采空區(qū)專項(xiàng)調(diào)查，八一煤礦采空標(biāo)高為416～1020m，線路從采空區(qū)上通過，主要采用橋梁方式，影響長度達(dá)1.2km，存在安全隱患。最后將K線作為初設(shè)推薦方案，縱斷面圖見圖3，并布設(shè)了龍池半互通（兼服務(wù)區(qū)）。

2.2 初設(shè)路線特點(diǎn)

筆者開展廖山隧道選線研究時(shí)，認(rèn)真分析了初設(shè)推薦路線，主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：

（1）路線里程較短。

（2）廖山隧道長度相對(duì)較短，左右洞平均長2985m。

但初設(shè)方案七大缺點(diǎn)更值得重視：

（1）廖山隧道為單下坡隧道，進(jìn)洞口的水庫，猶如一顆“定時(shí)炸彈”。該巖溶區(qū)隧道在施工時(shí)，是否會(huì)將龍池湖疏干難以判定，施工、運(yùn)營、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)極高。

（2）初設(shè)隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高受地下水影響很大。根據(jù)圖4所示初設(shè)物探成果，隧道進(jìn)口至K30+900（初設(shè)樁號(hào)）位于垂直滲流帶上，隧道K30+900～K31+780（初設(shè)樁號(hào)）段位于水平徑流帶附近，其余段位于垂直滲流與水平徑流交替變化帶附近。

（3）隧道路線從蓮花光銀石膏礦和大溝石膏礦邊上通過，鉆探結(jié)果提示，石膏礦區(qū)的地下水有較強(qiáng)的腐蝕性，隧道需要進(jìn)行特殊處理。

（4）隧道路線下穿大溝石膏礦的主井巷道，兩者高差僅10m，施工期間難以確保安全。

（5）隧道在K31+000（初設(shè)樁號(hào)）白巖溝附近可能存在巖溶管道（廖山內(nèi)的地下水流入龍池湖中），隧洞施工中若揭露巖溶管道，線路高程已位于龍池湖水面以下，存在湖水倒灌和截?cái)鄮r溶通道的可能性。

（6）隧道出口段存在約100m的覆蓋層，又位于淺埋段，地質(zhì)條件差，造價(jià)高。

（7）由于隧道軸線的確定，導(dǎo)致龍池互通兼服務(wù)區(qū)設(shè)置在深厚層軟基上，軟基處理面積大，服務(wù)區(qū)和收費(fèi)站房屋基礎(chǔ)條件差，工程費(fèi)用高。

3 施工圖設(shè)計(jì)路線方案

3.1 施工圖路線平面情況

面對(duì)廖山隧道極其復(fù)雜的地質(zhì)情況，無論是從地質(zhì)選線（深厚層軟基、巖溶隧道）、環(huán)保選線（若疏干龍池湖），還是安全選線（地下水、地表水倒灌）的角度考慮，都必須另辟蹊徑，選擇更優(yōu)的路線方案。

施工圖選線具體思路是：首先從大體走向上往西北方向，即初設(shè)論述過的E線方案，但受龍池湖、龍池鎮(zhèn)和采空區(qū)影響，實(shí)施可能性小。最終選線的大體走向只能往東南方向。其次，在場地有限的情況下，把龍池互通和龍池服務(wù)區(qū)合建給施工圖線位選擇增加了難度，將兩者分開建設(shè)可使線位選擇更加從容。最后，選線感觀上應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離龍池湖并依山布設(shè)，以避開龍池湖對(duì)隧道的影響和減少軟基處理工程量。

筆者對(duì)整個(gè)龍池湖段（尤其是廖山隧道）進(jìn)行了大范圍的踏勘和走訪調(diào)查，基本確定施工圖設(shè)計(jì)擬定的選線思路是合理可行的。由于大溝石膏礦還在生產(chǎn)，下穿其巷道，施工風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)較高，因此，路線應(yīng)選擇在沖溝的對(duì)岸（不在石膏礦側(cè)），且出口位置基巖出露，施工場地開闊。筆者結(jié)合收集的相關(guān)資料，擬定了施工圖路線方案，如圖5所示。

3.2 相關(guān)專題的支撐性

施工圖路線雖然擬定出來了，但鑒于廖山隧道處于巖溶區(qū)，受龍池湖的影響極大，仍需要相關(guān)專題來支撐施工圖線位的合理性，并確定縱斷面。根據(jù)相關(guān)單位做的廖山隧道專項(xiàng)水文地質(zhì)勘察成果報(bào)告[1]判斷如下：

（1）初設(shè)隧道正處于水平徑流帶，若廖山隧道開挖時(shí)將會(huì)直接受到巖溶突水的威脅。施工圖隧道處于巖溶深部滯流帶，需加強(qiáng)超前預(yù)測和探水措施。

（2）K30+060（施工圖樁號(hào)）左右的白巖溝可能存在溶蝕通道。該段落巖溶發(fā)育程度強(qiáng)烈，巖溶水發(fā)育，須注意控制隧道標(biāo)高與龍池湖標(biāo)高關(guān)系。施工圖路線較初設(shè)路線更遠(yuǎn)離龍池湖，導(dǎo)通龍池湖的可能性較初設(shè)線路小。

筆者研讀廖山隧道專項(xiàng)水文地質(zhì)勘察成果報(bào)告后，認(rèn)為施工圖線位是成立的，可以開展進(jìn)一步的相關(guān)工作。隨即，委托相關(guān)單位對(duì)施工圖的隧道軸線進(jìn)行了物探工作。根據(jù)圖6所示廖山隧道音頻大地電磁測深綜合成果[2]，進(jìn)一步佐證了筆者的最初設(shè)想。

在施工路線平面圖確定的前提下，從大為互通落地來考慮，隧道縱斷面采用單下坡最合理?？紤]到廖山隧道的復(fù)雜性，隧道縱斷面采用單下坡還是小“人”

[JZ][XCLL34.EPS;%90%90;P][TS（][HT9.H][JZ]圖6 施工圖廖山隧道物探成果示意圖[TS）]

字坡，還需要進(jìn)一步論證。根據(jù)《峨漢高速公路廖山隧道巖溶水文及隧道涌突水危險(xiǎn)性專項(xiàng)評(píng)估》[3]判斷如下：

（1）白巖溝段巖溶僅在表層70m以內(nèi)發(fā)育，深部巖溶弱發(fā)育，初設(shè)線路緊鄰龍池湖，且比龍池湖正常蓄水位低，初設(shè)方案存在龍池湖水倒灌的風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)調(diào)整后，則不存在湖水倒灌的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）蓮花村學(xué)堂灣一線存在“地下水分水嶺”（如圖7所示），主要含水層為須家河組的砂泥巖。該地下分水嶺的存在阻止了龍池湖水流入廖山隧道出口方向。

3.3 施工圖縱斷面確定

筆者結(jié)合上述專題，在縱斷面拉坡時(shí)將對(duì)應(yīng)地下巖溶管道附近設(shè)置豎曲線變坡點(diǎn)，按照“地下水分水嶺”以前的設(shè)計(jì)高程，在高于龍池湖面高程的位置確定施工圖的縱斷面（如圖8所示），并要求隧道進(jìn)口方向掘進(jìn)只能至豎曲線位置，其余改由出口方向掘進(jìn)。

3.4 工程規(guī)模對(duì)比

筆者將廖山隧道段選線前后的主要工程規(guī)模進(jìn)行了對(duì)比（見表1），除路線里程有所增加外，工程規(guī)模整體有所降低，施工圖設(shè)計(jì)更加環(huán)保、安全。

3.5 施工圖線路特點(diǎn)

筆者認(rèn)為，施工圖選線過程中，通過專題成果支撐，進(jìn)一步完善了路線方案。具有以下特點(diǎn)：

（1）適當(dāng)延長路線，盡可能遠(yuǎn)離龍池湖，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化縱斷面，減小龍池湖的潛在影響。

（2）施工圖上跨巖溶管道，較初設(shè)下穿的施工風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)要低。

（3）避免了與石膏礦巷道的干擾，減輕了地下水對(duì)隧道的影響。

（4）隧道出口地質(zhì)條件更好，有利于快速進(jìn)洞。

（5）減少了深厚層軟基的處理。

（6）龍池互通由半互通調(diào)整為全互通，服務(wù)功能更加全面。將互通收費(fèi)站及管理用房置于龍池湖東面的“孤包”上，地質(zhì)條件更好。

3.6 廖山隧道施工進(jìn)展情況

廖山隧道于2017年11月開工建設(shè)，目前進(jìn)口端已掘進(jìn)到指定位置，成功邁過了巖溶管道;出口端掘進(jìn)僅余500m，預(yù)計(jì)2020年隧道貫通。通過現(xiàn)場反饋來看，施工過程中未發(fā)生大的突水突泥情況，進(jìn)展順利，相鄰的龍池湖水位沒有變化，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)語

筆者認(rèn)為對(duì)于巖溶復(fù)雜地區(qū)的公路隧道軸線選擇，必須多方案多層次去研究，把區(qū)域環(huán)境因素納入統(tǒng)籌考慮，分清主次以利于針對(duì)性地開展工作。要充分認(rèn)識(shí)到工程施工和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)以及環(huán)保問題。設(shè)計(jì)要始終對(duì)不良地質(zhì)存敬畏之心，應(yīng)通過大量的專題成果逐漸夯實(shí)選線工作，這也是一個(gè)“抽絲剝繭”層層深入的過程。

參考文獻(xiàn)：

[1]四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院.峨眉至漢源高速公路施工圖階段廖山隧道（K29+290～K32+450）專項(xiàng)水文地質(zhì)勘察成果報(bào)告[R].2017.

[2]四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局應(yīng)用地球物理研究所.峨眉至漢源高速公路工程廖山隧道工程物探勘察報(bào)告[R].2016.

[3]四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇九水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì).峨漢高速公路廖山隧道巖溶水文及隧道涌突水危險(xiǎn)性專項(xiàng)評(píng)估[R].2017.