粵東山區復雜地質條件下特長公路隧道路段線路方案研究

王宏權

(廣東省南粵交通大豐華高速公路管理中心, 廣東 梅州 514300)

近年來，伴隨著高速公路的建設熱潮和隧道施工技術的不斷發展，山區高速公路的建設里程和規模也不斷提高。山區地形具有高海拔、高陡坡、深溝谷等特點，區域斷裂、古滑坡、巖溶等不良地質不同程度地發育，地質情況復雜、多變，同時由于環保、水保及施工精細化水平要求的提高，山區高速公路的建設形勢和困難也日益突出。在山區高速公路建設中，如何貫徹新時代綠色公路建設理念，最大程度地減少對沿線自然保護區、生態嚴控區的影響，做好山區高速公路不良地質處理、降低工程造價和區域環境保護等，均對高速公路線路設計和比選論證工作提出了更高的要求和挑戰。

該文以大(埔)豐(順)(五)華高速公路豐順至五華段關鍵控制性工程——鴻圖嶂特長隧道為依托，通過選取項目勘察設計過程中的不同線路方案，并對不同線路方案進行比較和分析，在此基礎上對特長隧道路線方案進行研究和討論。

1 項目背景及工程概況

大(埔)豐(順)(五)華高速公路是廣東省規劃高速公路網中的加密聯絡線，是梅州市南部區縣相互連接的交通主干線，與大潮高速、汕梅高速、興華高速等一起構成粵東北快捷的出省通道交通網絡。項目路線長40.149 km，橋隧比例為39.41%，采用雙向高速公路標準，設計速度100 km/h。

鴻圖嶂隧道地處豐順縣湯西鎮和五華縣郭田鎮，位于中低山地貌區，山體起伏較大，穿越蓮花山山脈八鄉山，全長6 336.5 m，隧道最大埋深740 m，最大縱坡為2%，是大(埔)豐(順)(五)華高速公路項目關鍵控制性工程。

2 山區特長深埋公路隧道選線原則

隨著山區高速公路建設的不斷發展，公路隧道特長隧道修建長度也不斷刷新紀錄。山區采用越嶺隧道雖具有減少爬山高度，縮短路線長度，改善行車條件等優點，但隧道位置和線路的選擇及線形的設計直接關系著隧道的安全運營。

根據前期選線方案調研及勘察設計過程評審優化，鴻圖嶂特長深埋公路隧道的選線主要堅持以下原則：

(1) 堅持地形選線、地質選線，重視生態選線。

(2) 山區公路建設，不良地質在所難免，強化地質選線，應優先繞避大型不良地質。路線總體設計要“對自然心存敬畏”，要“趨利避害”，改變“先有路線、再做地勘”和“過于依賴鉆探”的做法，要前置性開展地質工作。地質勘察深度極為重要，勘察時必須從宏觀到微觀。

(3) 路線設計要解決好線形舒展和地形地質的矛盾。對于中間地勢高前后地勢低的傳統越嶺線，連續長大坡的平面指標要有意識地控制，可在縱坡允許條件下盡量爬坡以獲取最短隧道長度；對于大高差梯階爬坡路段，可克服高差，可綜合回頭曲線、螺旋曲線等方案充分展線以爭取高程。

(4) 特長隧道設置要正確處理好運營安全、工程安全、工程造價、養護成本的關系，路線指標的均衡對行車安全極為重要。

3 工程地質與水文地質概況

初步設計過程中，綜合采用遙感解譯、工程地質調繪、鉆探、大地電磁法、高密度電法、鉆孔聲波測試、水文地質試驗、巖土及放射性試驗、水文地質專項研究等多種手段詳細查明隧址區工程地質和水文地質條件。主要完成勘探工作量見表1。

表1 主要勘探工作量統計

3.1 地形地貌

隧道穿過中低山地貌區，地面標高為245～1 060 m，相對高差約為715 m，山體植被發育，分布多條溝谷，其中K90+000～K91+000、K91+000～K93+500為山頂段、山體抬升段，地形為陡崖，坡腳堆積滾石。設計隧道底標高為239～344 m，隧道最大埋深約為739 m。

3.2 地質構造

隧址區主要受區域構造蓮花山斷裂帶、蓮花山斷裂伴生北西向斷裂、桐子洋復向斜褶皺影響。根據工程地質調繪資料、遙感及物探資料，隧址區揭露豐良-橫崗斷裂帶配套斷裂、雞心山斷裂帶配套斷裂、榕江斷裂帶配套斷層、佛岡-豐良斷裂帶配套斷層共16條斷層破碎帶。

3.3 地層巖性

3.4 斷裂分布與水文地質

鴻圖嶂隧道隧址區分布有18條各期次斷裂構造，其中F0-3、F0-6、F1-7、F2-6、F2-7、F2-8、F2-9、F4-3、F4-4、F4-5、F5-2等分別與擬建隧道相交。隧址區主要分布有飛泉水庫和黃棉湖水庫，路線范圍內地表水系發育，分布眾多溪流，隧址區地表水體為位于狹窄溝谷內的溪流，多屬季節性溪流。根據區域水文地質特征，隧址區地下水受構造影響較大，其中張扭性北東向斷層裂隙帶(F1-7、F2-6、F4-4、F0-2、F0-3、F5-2、F14、F2-7 等)為地下水的主要分布區，水量豐富。隧址區地下水類型主要為基巖裂隙水，以潛水為主，含水層主要為中～微風化巖，預測隧道正常涌水量為26 484.36 m3/d。

4 特長隧道路段路線方案研究

4.1 隧道線路方案及描述

根據工可特長隧道方案及隧道前后地形、地質條件，對穿越蓮花山山脈的路段提出了K線、A1線、A2線、A3線4個方案(圖1)，其中K線為推薦線。

圖1 路線方案比選圖

K線：鴻圖嶂特長隧道長6 175 m，入口高程約為240 m，出口高程約為358 m，為單坡隧道，平均縱坡為2.83%，穿越蓮花山脈路段線路總長為6 509 m。路線方案縱斷面圖詳見圖2。

圖2 K線縱斷面圖(右線)

A1線：為北線高線，相對K線往北約250 m，為特長隧道最短的路線方案，入口高程約為289 m，出口高程約為384 m，單坡隧道，平均縱坡為3.16%，穿越蓮花山脈路段線路總長為6 111 m。路線方案縱斷面圖詳見圖3。

圖3 A1線縱斷面圖(右線)

A2線：為北線低線，特長隧道較短路線方案，特長隧道長5 866 m，出洞后以約330 m的橋梁跨越三渡水水庫，再進入豬麻崠隧道(長910 m)，平均縱坡為2.7%，穿越蓮花山脈路段線路總長為6 786 m。路線方案縱斷面圖見圖4。

圖4 A2線縱斷面圖(右線)

A3線：為南線低線，隧道總長度較短的方案，在穿越蓮花山路段只設置一個特長隧道，長6 245 m，平均縱坡為2.34%。路線方案縱斷面圖詳見圖5。

圖5 A3線縱斷面圖(右線)

4.2 線路定性分析

根據初測評審意見，K線為推薦線，A1線為同深度比較線，A2線、A3線為定性比較線。

K線進入南磜隧道(短隧道)后，進入南磜森林公園，隨后經過約40 m的路基段露頭，進入鴻圖嶂特長隧道，后在三渡水水庫東南側出洞，隨后路線在三渡水水庫以南的山腰布線。該路線方案主要的問題在于特長隧道較長，且隧道有部分路段從黃棉湖水庫下經過(覆蓋層厚度約為690 m)，該水庫面積較大，水深約為15 m，旱季蓄水量較少，雨季蓄水量較多，主要承擔湯西鎮南磜電站、八鄉山鎮夜半溪電站的發電作用、灌溉作用，并兼做南磜森林公園揭嶺飛泉瀑布水源之一。

A1線為相對K線更往北靠、走高線的路線方案，該路線方案的平均高程比K線高40～50 m，使得特長隧道入口標高約為289 m，比K線高約55 m。該方案的主要問題為路線高程高、縱坡陡、平縱面指標較低；特長隧道之后，再設置一座1 km左右的中(長)隧道，該隧道的平面線形較差、平曲線為S形曲線；另外，隧道進口端的湯西互通立交設置較困難，匝道長、橋梁規模大、路線指標較低。

A2線從K線分出后繞著倒斗壩村北部邊緣布線，取消了特長隧道之前的短隧道(南磜隧道)，隧道在三渡水水庫上游東岸出洞跨越水庫之后，再進入豬麻崠隧道(隧道長約912 m)，出隧道跨越S228與K線匯合，但隧道總長度較K線、A1線長。

A3線為隧道總長度較短的南線方案，只設1座隧道長6 243 m，線形指標較好，行車安全性較好，路線繞避了飛泉水庫、黃棉湖水庫。

4.3 主要技術指標對比

各路線的主要技術指標比較見表2。

(1) 路線縱斷面指標

結合圖1～5及表2，各線路縱斷面指標如下：

K線：K85+450～K88+660段存在平均縱坡為2.834%的陡坡，長度為3.21 km，基本消解了長大縱坡問題。

A1線：K86+090～K89+110段存在平均縱坡為3.16%的陡坡，長度為3.02 km，K94+440～K97+960段存在平均縱坡為-3.12%的陡坡，長度為3.52 km，長大縱坡問題明顯。

A2線：K85+450～K89+020段存在平均縱坡為2.70%的陡坡，長度為3.57 km，基本消解了長大縱坡問題。

A3線：K85+450～K89+380段存在平均縱坡為2.34%的陡坡，長度為3.93 km，消解了長大縱坡問題。

通過分析，A1線長大縱坡問題較明顯，K線、A2的長陡坡問題基本相當，但是均已基本消除，A3線消除了長大縱坡問題。同時，最小圓曲線半徑K線R=1 250 m，A1線R=1 300 m，最大縱坡K線、A1線路線指標相當，但平均縱坡K線優，且K線平縱指標較高，安全性較好。

(2) 線路安全性評價

K線：特長隧道工程地質條件和施工條件較A1線～A3線略好，施工過程安全風險較A1線～A3線略低。同時，因基本消除了長大縱坡問題，行車安全及舒適性較好，但特長隧道較長，為提高后期隧道運營期的安全性，需設置豎井或斜井輔助通風。

A1線：特長隧道線路長度小于5 km，較K線、A2線、A3線短，不需設置豎井或斜井輔助通風。但特長隧道工程地質條件和施工條件較差，且A1線在隧道起點前湯西鎮路段存在長大縱坡問題，需設置避險車道，并需布置較多高墩橋梁，行車安全和舒適性較差。

A2線：平縱面指標較好，且基本消除了長大縱坡影響，但特長隧道工程地質條件和施工條件較差，隧道總長度和總數量較K線、A1線、A3線長，施工過程中安全風險較高。同時，特長隧道長度仍超過5 km，需設置豎井或斜井輔助通風，因此僅對A2線做定性比較。

A3線：平縱面指標較好，且路線繞避了飛泉水庫和黃棉湖水庫，施工過程安全風險較其他線路均較低。但因隧道起點路段約有1 km長路線進入了南磜森林公園，并采用隧道形式穿越八鄉山自然保護區，安全環保風險較高，且地方強烈反對。

(3) 工期指標

特長隧道為控制項目工期的關鍵工程，總體來看，各線路特長隧道長度雖有差別，但總體工期差別不大。其中，K線總體工期約為39個月，較A1線、A2線多2～3個月，較A3線少1個月。工期僅作為隧道選線的參考指標，非控制指標。

(4) 工程規模及造價對比

因A3線地方強烈反對，A2線隧道總長度較K線、A1線長，綜合縱斷面指標分析，另對K線、A1線特長隧道路段工程規模及造價進行對比，詳見表3。

表3 特長隧道路段K線與A1線主要工程數量比較

與K線相比，A1線橋梁增長1 712.9 m，隧道減少310.5 m；不需設置斜井/豎井，但要設置爬坡車道及避險車道，填方增加7.3萬m3，挖方增加50.2萬m3，棄方增加16.1萬m3，隧道路段工程造價增加5 229.3萬元。

(5) 建設條件及環境影響對比

結合工程地質條件和區域地質概況，與K線相比，A1線地形條件均較為復雜，地質條件略差，且較遠離地方S228省道，施工便道規模大；同時，A1線隧道出口臨近三渡水水庫，施工條件略差，施工措施環保要求高，對環境影響方面較K線差。

綜合分析，K線特長隧道雖長度較長，但隧道總長度適中，線形指標較好，施工組織較便利、工期適中，且施工及運營安全較好、對環境的影響較小，因此擬定K線為推薦方案。

4.4 豎井或斜井設計

為保證隧道內行車舒適性和安全性，結合已建或在建公路隧道通風設計經驗，根據隧址區工程地質條件和特長隧道近似全單坡的縱斷面方案，并基于隧道需風量計算結果和隧道運營全壽命費用周期考慮，經多次設計比選，鴻圖嶂隧道最終采用了豎井通風送排式通風方案，豎井設置在出口段，設計樁號為K94+200位置附近。

4.5 設計過程遇到的問題

因隧道建設條件復雜，環保、水保要求高，勘察設計過程中主要遇到以下問題：

(1) 特長隧道單坡較長問題。初測、初設及定測階段，鴻圖嶂特長隧道均采用單坡，不利于施工組織。方案評審優化階段，結合路線整體向北移動，在大樁號側設置約1 km長反坡，并結合縱斷面調整，進一步加大了反坡長度，降低了施工難度。

(2) 隧道排水問題。因路線往北移，出隧道口路段設置長約350 m路基段及約210 m長的三渡水大橋，隧道內排水及路面排水不能排入水庫。后經設計優化，在填方路基段土路肩外側增設一道邊溝，收集路面水和隧道內排水，通過改溝排至水庫范圍以外。

4.6 設計體會和啟發

通過對鴻圖嶂特長隧道的勘察設計，總結以下幾點體會和啟發：

(1) 長大縱坡線形設計及運營安全需全盤考慮。路線走廊帶地形中間高，兩端低，線路方案中間最高點設特長隧道，兩端需設長大縱坡逐步降坡，路線平面展線、縱面要充分進行核驗，并結合運營期安全性綜合評價，進行必要的安全設施、爬坡車道、避險車道設計。

(2) 注重生態環保選線，加強與環境的協調性。設計過程需結合區域特點，重視環保及景觀設計工作，最大程度地保護沿線自然生態，切實貫徹“綠色公路”建設新理念，實現工程與環境的和諧統一。

(3) 加強地質選線，深化特長隧道的選址比選。特長隧道洞口選址要在環保選線的基礎上，深入貫徹地質選線的原則，加強對洞口路段地質條件及可能發生災害的調查，盡量避免在地形凹陷位置或沖溝匯集位置進出洞，力爭實現“零開挖”進洞。特長隧道線位要進行多線路方案比選，綜合考慮巖爆、地熱及突泥涌水等不良地質災害問題。

(4) 注意保護耕地和節約用地。對山嶺重丘區和低山丘陵區，線路部分路段將不可避免地占用河谷盆地，但河谷盆地多為耕地和規劃用地，山地多為經濟林，耕地資源稀少，土地開發利用價值較高。路線方案的選擇既要有利于土地的有效利用，同時也要注意工程規模與道路功能之間的平衡。

5 結語

基于線路定性分析、工程技術指標對比、工期、造價及規模、環境影響及建設條件對比總結等方法，針對鴻圖嶂特長隧道路段線路方案開展研究分析，總結了勘察設計過程遇到的主要問題，闡述了設計體會和啟發，為粵東山區特長隧道選線設計提供了思路和理念，對未來粵東高速公路建設具有一定的借簽和參考。