公路隧道生態(tài)型洞門設(shè)計(jì)

杜岳DU Yue

（中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京100088）

0 引言

近年來，國家在公路工程方面的投入日漸增多，尤其是為滿足山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，在這些地方的公路工程建設(shè)項(xiàng)目日漸增多。山區(qū)公路工程建設(shè)時，由于地質(zhì)地形條件非常復(fù)雜，隧道建設(shè)是必然的，與普通路段相比，隧道設(shè)計(jì)、建設(shè)的難度系數(shù)較高，不僅需要考慮隧道結(jié)構(gòu)的合理性，還需要適當(dāng)提升隧道的美感和藝術(shù)價值。現(xiàn)階段的公路事業(yè)發(fā)展中，人們對隧道的生態(tài)性也提出了更高的要求，尤其是在隧道洞門設(shè)計(jì)方面，更是要積極因素生態(tài)設(shè)計(jì)的理念，形成生態(tài)型洞門。

1 隧道洞門設(shè)計(jì)構(gòu)思原則

1.1 環(huán)境和意境相結(jié)合的原則

在公路隧道中，洞門是其中的關(guān)鍵構(gòu)成要素，多處于叢林或者巖石壁中，有些隧道洞門具有依山傍水的特性，因此，隧道洞門所處的環(huán)境條件是非常獨(dú)特的，這就要求在設(shè)計(jì)的過程中，要始終堅(jiān)持環(huán)境與意境相結(jié)合的原則，使得隧道洞門不僅能夠滿足結(jié)構(gòu)性要求，還能夠與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。比如，以某鐵路隧道洞門為例，在該隧道洞口處有各種的樹木和花草，洞前有河流，在設(shè)計(jì)的過程中，為了避免山上落石對行車安全所造成的影響，綜合對比以后，將洞門設(shè)計(jì)為輕型懸臂支撐棚洞，在整個鐵路隧道中形成了獨(dú)特的景觀。因此，環(huán)境與意境的結(jié)合能夠在滿足隧道基本功能的基礎(chǔ)上，提升隧道的美學(xué)和藝術(shù)價值。

1.2 協(xié)調(diào)與主從有別的原則

公路隧道的建設(shè)中，隧道周邊環(huán)境是客觀存在的，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的過程中，只能在已有環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在隧道洞門設(shè)計(jì)中，要始終堅(jiān)持協(xié)調(diào)和主從有別的原則，實(shí)現(xiàn)對隧道洞門周邊環(huán)境的有效利用，形成洞門建筑與環(huán)境相協(xié)調(diào)的景觀效果。如果要滿足這一原則下的設(shè)計(jì)要求，必須要有效選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)，使得最終的隧道洞門兼顧結(jié)構(gòu)性、生態(tài)性因素。比如，如果隧道洞門處于山體橫坡較陡的位置，在設(shè)計(jì)時如果選用的是對稱的柱墻式結(jié)構(gòu)，將難以與周邊的環(huán)境保持協(xié)調(diào)性，或者選定的洞門位置不佳，都會導(dǎo)致隧道洞門缺乏美感[1]。

1.3 平衡與穩(wěn)定原則

隧道洞口設(shè)計(jì)方面，平衡與穩(wěn)定原則是從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)人員需遵照平衡性與穩(wěn)定性的要求下，進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化。從平衡的角度，主要是絕對對稱法可以保障平衡，使得洞門的形態(tài)是協(xié)調(diào)的，具有美感的，當(dāng)然，也可以通過人為的手段，將各種要素組合在一起來保持整體平衡。從我國公路隧道來看，多分布在山體、樹木、道路和擋墻中，再加上隧道洞門結(jié)構(gòu)的特殊性，使得隧道的平衡在很大程度上是由自然因素所決定的，因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，不僅需要從自然協(xié)調(diào)的角度出發(fā)，更是要考慮整體的平衡性。

2 洞口型式設(shè)計(jì)

2.1 洞口型式的選擇

現(xiàn)階段的很多公路隧道洞口設(shè)計(jì)的過程中，人們非常關(guān)注對力學(xué)性因素的考慮，以需求結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在景觀、美學(xué)方面的考慮相對較少。在我國的很多公路工程隧道中，洞口多采用的是端墻式或者翼墻式，而使用最多的就是混凝土或者砌石，結(jié)構(gòu)和材料組合下，所形成的隧道洞門毫無美感，給司機(jī)和乘客造成了一定的視覺壓迫，甚至在隧道洞門建設(shè)施工時，可能會破壞原有的地理?xiàng)l件。因此，正是由于人們已經(jīng)意識到了這一問題，生態(tài)型洞口設(shè)計(jì)成為了當(dāng)前及未來的主要方向。

隧道洞口的功能主要包含以下方面：①基本的結(jié)構(gòu)支撐作用，隧道洞口下可以有效對背后的壓力起到一定的支撐作用，保持圍巖的穩(wěn)定性，最大程度上減小道路受到落石等的危害；②安全作用，在隧洞洞口存在明、暗差異，通過洞口建設(shè)，可以緩和這種差異性，使得人們不至于在通過隧道時存在明顯的眩暈感，提高視覺舒適度，保障行車安全；③景觀作用，與周邊環(huán)境相配合，形成良好的隧道景觀[2]。

在隧道洞口的設(shè)計(jì)方面，如果從景觀作用的角度出發(fā)，要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中，要著重考慮道路使用者的心理因素，使得最終的設(shè)計(jì)能夠?yàn)榈缆肥褂谜咛峁┝己玫捏w驗(yàn)。隧道洞口施工的過程中，往往涉及了隧道開挖作業(yè)，開挖作業(yè)的實(shí)施勢必破壞了周邊的環(huán)境，洞門在隧道中是比較特殊的結(jié)構(gòu)，為坡面擋墻或者突出構(gòu)筑物，對于區(qū)域內(nèi)的環(huán)境有著至關(guān)重要的影響。如果從景觀設(shè)計(jì)的角度來進(jìn)行隧道洞口設(shè)計(jì)，就需要充分考慮隧道洞口與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

2.2 生態(tài)型洞口設(shè)計(jì)方案

以碓窩梁隧道巴中端洞口設(shè)計(jì)為例，在設(shè)計(jì)工作中，“早進(jìn)洞、晚出洞”是指導(dǎo)思想，在整個的設(shè)計(jì)過程中，邊坡和仰坡開挖高度有所降低，使用的是漿砌片石或者混凝土，無法實(shí)現(xiàn)對周邊的綠化，處于生態(tài)性因素的考慮，在該隧道洞門設(shè)計(jì)方面，采用了以下的優(yōu)化方式：將端墻沿著隧道的縱向設(shè)置成臺階形狀，這一設(shè)計(jì)方式下，墻面的平均坡度變緩，也就使得端墻抗傾覆穩(wěn)定性有所增強(qiáng)，對于提升洞門的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有重要的意義；在每級端墻臺階位置，都應(yīng)該設(shè)置一組用腐殖土回填的種植槽，在該種植槽內(nèi)種植灌木、攀援類植物，通過這一方式來使得洞門端墻外墻具有良好的理化效果，使得洞門可以與周邊的整體環(huán)境相協(xié)調(diào)[3]。

3 生態(tài)型墻式洞門施工要點(diǎn)

3.1 公路隧道洞口施工的不利條件

3.1.1 隧道洞口位于偏壓、淺埋段

隧道洞口設(shè)計(jì)時，地形地貌是最大的限制性因素，在很多的隧道路段，偏壓與淺埋的情況較為普遍，而隧道的馬蹄形結(jié)構(gòu)下，可能是由于在整個隧道的設(shè)計(jì)過程中，受到地質(zhì)巖層、地形不對稱等因素的影響，使得在隧道的結(jié)構(gòu)兩邊，呈現(xiàn)出負(fù)載不對稱的情況，此時，偏壓和淺埋將是無法避免的，而這一現(xiàn)象對隧道施工的干擾性是非常大的，如果在隧道施工時的方法應(yīng)用不當(dāng)，開挖支護(hù)不及時，都可能會誘發(fā)嚴(yán)重的工程事故。

3.1.2 地下水、地表水的影響

隧道洞口多建立在山凹、溝谷等比較特殊的地方，這些區(qū)域內(nèi)存在地下水與地表水的匯集，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。后續(xù)的施工作業(yè)開展時，地質(zhì)條件極易影響正常的施工作業(yè)，因此，這就要求在隧道洞口的設(shè)計(jì)過程中，要注意對洞口位置的選擇，盡量避開山凹和山谷處，以減小地下水、地表水對施工的干擾，必要情況下還需要進(jìn)行排水設(shè)施的建設(shè)。

3.2 主要施工工序

生態(tài)型墻式洞口的施工流程非常復(fù)雜，包含了以下環(huán)節(jié)：前期的施工準(zhǔn)備、危石的清理和地表的處理、洞口截排水、邊仰坡開挖與支護(hù)、套拱和超前管棚設(shè)計(jì)、暗挖進(jìn)洞、明洞施工、洞門模板安裝、洞門混凝土澆筑、模板拆除、拱墻背后回填、洞口排水設(shè)施、坡面和種植槽的綠化施工。

3.3 施工要點(diǎn)

在實(shí)際的施工作業(yè)開展過程中，需要注意以下的施工要點(diǎn)：①根據(jù)具體的施工要求，來進(jìn)行洞口施工時間的科學(xué)安排，在雨季和嚴(yán)寒季節(jié)，嚴(yán)禁施工；②及時清除邊仰坡以上可能存在危險的表土和危石；③在邊、仰坡坡頂開挖線5m 以上的位置，要進(jìn)行洞外截水溝的設(shè)計(jì)，保持排水的通暢性；④洞口邊仰坡的開挖施工時，要始終遵循自上而下的逐級原則，并在邊仰坡加固施工作業(yè)完成以后，做好相應(yīng)的防護(hù)處理；⑤仰坡施工的過程中，應(yīng)盡量達(dá)到“零開挖”的施工目的，以通過這一施工方式來避免對洞口周邊環(huán)境所造成的影響，因?yàn)槿绻嬖陂_挖施工作業(yè)，可能會影響邊仰坡的穩(wěn)定性，引起嚴(yán)重的工程事故；⑥分離式隧道或者小凈距隧道左右洞之間存在仰坡坡腳，在施工時要盡量保留，這一方式下，滿足了安全性的要求，可以使得正面山體始終保持穩(wěn)定性，且不會對周邊的環(huán)境產(chǎn)生任何的破壞，使得左右洞相鄰洞口之間不存在污染空氣的竄流[4]。

3.4 監(jiān)控測量和地質(zhì)預(yù)報(bào)

隧道施工地段的地質(zhì)地形條件非常復(fù)雜，施工時伴隨著很大的安全風(fēng)險，如果要保障公路隧道洞口施工的安全性，在施工時，同樣需要做好監(jiān)控量測和地質(zhì)預(yù)報(bào)，只有在測量的基礎(chǔ)上，才能夠制定切實(shí)可行的施工組織計(jì)劃，最大程度上保障施工方案的可行性。監(jiān)控量測是由第三方來完成的，在施工建設(shè)的過程中，除了要嚴(yán)格根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)來履行施工職責(zé)，還需要充分做好施工監(jiān)理工作。如果在實(shí)際的施工建設(shè)過程中出現(xiàn)了工程變更的情況，必須要由監(jiān)理工程師審核通過。監(jiān)控、測量和操作都應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)施工設(shè)計(jì)、技術(shù)規(guī)范來進(jìn)行。地質(zhì)預(yù)報(bào)是由專業(yè)人員來完成的，地質(zhì)工作人員在施工過程中要密切關(guān)注圍巖開挖等情況，通過先進(jìn)的檢測技術(shù)，來掌握施工前方的地質(zhì)條件，最大程度上保障施工作業(yè)的高效開展。

3.5 注意環(huán)境方面的問題

生態(tài)型洞口施工建設(shè)時，對于生態(tài)效益的關(guān)注度非常高，在實(shí)際的施工建設(shè)過程中，需盡量減少都周邊自然生態(tài)環(huán)境的破壞，還可以采取相應(yīng)的生物措施，來保障施工的效果，比如，可以采用邊坡植被保護(hù)、排水設(shè)計(jì)等方式。隧道鉆洞施工作業(yè)開展的過程中，可以選用濕法、通風(fēng)和除塵相結(jié)合的方式，通過這些方式來有效減少洞口的環(huán)境污染。

4 結(jié)語

公路隧道洞門作為隧道工程的重點(diǎn)施工路段，其在整個的設(shè)計(jì)過程中，需重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)受力、環(huán)境等綜合性的因素，保障洞口設(shè)計(jì)的科學(xué)性。生態(tài)型洞口施工建設(shè)時，要求無論是在設(shè)計(jì)和施工過程中，都需要注重生態(tài)性因素的考察，以最大程度上避免施工對周邊環(huán)境造成的不利影響，使得隧道洞口可以與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。