探討某高速公路隧道基于環保理念的設計

楊 俊

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

高速公路隧道工程具有施工環境復雜、地形起伏較大、技術要求高、生態破壞嚴重等特點，對施工技術及環境保護提出了更加嚴苛的要求。深切高陡地形作為隧道施工中典型的地理構造，山谷與兩側山體存在較大落差、地勢險峻。此種地形狀況下，隧道洞口選擇、場地布置、材料運輸、棄渣場設計等存在諸多困難，采用傳統施工方式正面開挖，需將施工便道及洞口部位巖體全部挖除，會造成周邊地勢及生態景觀的大面積破壞，使山體平衡狀態被打破，造成滑坡、坍塌等現象，對生態環境造成嚴重破壞，并對施工安全造成嚴重威脅。為確保隧道建設與周圍環境的協調發展，隧道設計施工應遵循“綠色、節能、環?！钡睦砟睿陨鷳B環保和綠色公路為前提，最大限度降低對生態環境的破壞[1-3]。該文結合某高速公路隧道設計案例，基于綠色公路設計理念，探究在山區地形條件下隧道環保設計解決方案。

1 工程概述

1.1 隧道基本情況

某高速公路為雙向四車道布置，隧道工程采用分離式結構，設計速度80 km/h。左、右幅隧道長度分別為1 362 m 和1 365 m，最大埋置深度分別為170 m 和173 m，兩幅相距26～38 m。隧道入口處采用圓弧形設計，采用半徑R=1 900 m 圓曲線，內部為直線，出口處為半徑R=970 m 圓曲線，兩幅隧道全線呈上坡狀態，坡度為0.85%。襯砌結構形式為半徑5.55 m 圓弧結構，高度距拱頂7.1 m，距拱底1.5 m。

1.2 地形地貌

隧道施工區域主要處于山坡地段，巖層風化嚴重、穩定性較差，海拔高度處于698～960 m 之間，整體高差達262 m，屬典型風化型深切溝壑地形，如圖1 所示。左、右幅海拔分別為780.4～959.8 m 和781.2～965.3 m，高差分別為179.4 m 和184.2 m。

圖1 右幅隧道縱斷面結構圖（單位：m）

隧道進口部位直接與大橋相連，谷底距橋面101 m，底部河流常年水流不斷，少雨期水流流量為100 L/s，多雨期流量顯著增大，降水來源為周邊及雨水匯集，為雨水及地下水主要匯集通道；河谷為V 字形，山勢陡峭、溝壑縱橫，兩岸地勢險峻，最大坡度達60°～75°；洞口植被分布廣泛，生態完整。出口部位與橋梁相連，橋梁最高處約99 m；橋下河流常年水流不斷，少雨期流量為50 L/s，多雨期流量顯著增大，其最高水位達705 m，為周邊區域地表水匯聚通道，周邊區域地勢陡峭，坡度為50°～60°；洞口植被分布廣泛，以喬木、林木為主，多數喬木樹干直徑達1 m 以上，樹冠高度達20 m，周邊生態環境保護完整。

1.3 工程地質條件

隧道施工范圍內地層結構復雜，上部覆蓋層為第四系殘坡積粉砂質黏土，下伏二疊系下統茅口組中厚層～厚層狀白云質灰巖、二疊系下統梁山組煤系地層，各層系相互交叉、重疊，層次較明顯[4]。

隧道主洞范圍內灰巖分布廣泛，其下部地層主要為煤系及白云質灰巖，地表侵蝕發育。周邊分布大量小型溶洞，洞體灰巖呈節理裂隙發育，下部煤系巖層部分位于采空區。隧道入口處仰坡存在一定厚度的黏土層，底層巖體呈裂隙發育，受地質構造影響，部分區域形成危巖。出口位置以灰巖為主，巖體呈裂隙發育，圍巖破碎嚴重，穩定性較差，受地質構造影響，極易產生滑坡、坍塌現象。

2 隧道環保設計要點

2.1 環保設計理念

按照住建部頒布的關于交通運輸節能環保及積極實施綠色公路建設的基本方針，高速公路設計時應充分考慮資源配置及環境保護等各個方面。隧道工程建設不同于其他建筑工程，其建設環境條件惡劣，地質復雜多變，地形地勢起伏較大，科學合理的線形布局，能有效節約土地資源，最大限度減少對生態環境的破壞[5]。隧道工程建設對周邊環境影響較大，具體表現在以下幾個方面：

（1）隧道施工通道、現場布置、進出洞口設置等對生態環境的破壞。

（2）隧道掘進過程中產生的揚塵、廢水、廢氣等污染物引起的環境污染。

（3）施工中產生的棄渣對環境造成的破壞。

（4）隧道建成后洞門及其附屬設施對附近生態環境造成的干擾。

（5）隧道使用過程中產生的廢氣、廢水等對周邊水土造成的破壞。隧道進出兩個洞口的設計與施工是環保設計理念的最重要因素。

從環保的視角開展隧道工程建設，以最大限度降低施工對周邊環境造成的破壞為基本出發點，嚴格遵循“綠色、節能、環?！钡脑O計理念，結合現場地勢特征、經濟、技術等各方面要求，統籌規劃，科學確定洞口位置及進洞方式，并在洞口仰坡位置設置安全有效的防護措施，確保施工安全。

2.2 隧道洞口位置選擇

隧道洞口是連接洞內、洞外的重要區域，其位置選擇的合理性與否直接決定土方開挖規模，對洞口附近生態環境具有重要影響，并在一定程度上影響周邊巖體穩定性。

（1）隧道線形布置應根據道路整體走向合理確定，洞口盡量設置在地勢平坦、地質狀況較好的部位，中軸線應盡可能與等高線垂直布設，遠離地質不良地段，洞口盡可能遠離巖體不穩定區域。

（2）結合隧道洞口區域地勢特征及線形整體布局，將該隧道洞口設置于深切溝谷平臺區域，中軸線與等高線保持垂直，降低洞口偏壓。

（3）隧道設計時，嚴格按照“早入晚出”的基本思路，科學布局洞口樁號及暗洞位置，最大限度減少土方開挖量，以“零開挖”“少開挖”方式進洞。

（4）隧道進出口位置通過橋梁連接，合理優化洞口與橋梁連接位置，處理好橋臺與洞口部位的銜接，防止橋隧施工相互影響。

（5）隧道出口位置處于陡壁中間部位，周圍分布大量喬木，生態環境較為完整。為防止對洞口周邊土體及生態環境造成破壞，洞口采用貼壁入洞形式，不擾動原始巖體。

2.3 隧道入洞方式

入洞作為隧道開挖的標志，對隧道結構穩定性及周圍生態環境保護具有十分重要的作用。傳統進洞采用由洞口正面拉槽對仰坡實施防護，并安裝洞口拱套，待支護完成后再進一步開挖支護。此種進洞方式對地形要求較高，需設置專用施工通道，將所需機械、原材等相關設施運至施工區域[6]。但此隧道洞口位于深切溝谷高陡區域，周邊道路和隧道洞口存在一定落差，專用通道設置難度較大，且造價較高。結合現場實際地形特征，綜合經濟、技術等各方面因素，最終確定采用設置施工橫洞側向進洞方式。

（1）隧道進口位置經底部鄉村公路由河流轉彎部位穿越河流搭設施工通道，經右幅隧道設置輔助施工橫洞由側面進洞，洞體長度221 m，平軸線與隧道右洞呈74°夾角。為保證施工機械運行空間，此施工橫洞縱向坡度設計為12%。

（2）隧道出口處依靠現狀鄉村道路為施工通道，在右幅隧道區域開挖輔助作業橫洞，從側方入洞，施工作業輔助通道長度為106 m，與隧道右洞交角為60°，采用2.53%坡度上坡。

（3）輔助施工橫洞結構形式為圓拱直墻式內輪廓，其內外半徑分別為：R1=4.5 m、R2=2.5 m，高度為6.8 m，寬度為7.4 m，可供大型施工機械及材料運輸車自由通行。橫洞洞口及與主洞連接部位采用復合式襯砌，其余部位僅作初期支護即可，具體結構形式如圖2 所示。

圖2 輔助施工橫洞斷面及襯砌結構（單位：cm）

2.4 隧道洞口景觀設計

隧道結構具有較強的隱蔽性，其洞口部位作為隧道存在的標志，通常在砌筑完成后實施裝飾處理，增強其視覺效果。洞口景觀設計涉及內容較多，除洞門自身裝飾外，還包括洞口邊仰坡綠化、洞口引線、照明等，是洞口區域內綜合景觀布置。

隧道工程建設初期，其洞門設計主要注重安全防護能力，極少考慮生態環保等景觀設計。通常按照擋土墻結構及功能形式實施設計，洞口部位采用路基拉槽方式開挖形成隧道臨空面，根據支擋方式采用端墻式、翼墻式等洞門結構，用以抵擋山體土壓力，維護山體穩定，防止巖石、雜物滾落，影響行車安全[7]。此種設計需對洞口部位大面積開挖，對周邊原始地形及生態環境造成大范圍破壞，打破原有坡體穩定狀態，增大滑坡、坍塌發生風險。此外，在洞口部位設置體積較大的擋土墻，嚴重影響與周邊環境的協調統一性。近年來，隨著國家對生態環保的重視，綠色公路等環保理念逐漸被應用于道路交通等基礎設施建設領域，隧道設計除注重安全防護性能外，開始著眼于舒適、安全、美觀等景觀功能領域，使隧道洞口設計更加富有符號及象征意義。實際設計中將洞門防護、調光等性能與景觀功能有機融合在一起，實現洞門安全、可靠、生態、環保、舒適的統一協調。

隧道洞口景觀設計，應充分結合駕駛人員的生理、心理特征，以最大程度降低駕駛人員安全風險為出發點，洞門設計應盡可能簡單，與周邊環境相契合，使洞口結構含蓄內斂，實現與周圍環境的協調統一，合理調節洞口周邊亮度，降低視覺差異性，更加高效地指引車輛安全駛入隧道。結合此隧道入口處生態完整、巖體穩定、地勢險峻、周邊無積水等特點，入口處設計為直削式門洞，出口處則設計為喇叭口形門洞。此種洞門結構在滿足安全防護性能的同時，可實現與周圍環境的有效融合，最大程度降低對洞口生態環境的破壞，并對駕駛人員帶來強烈的視覺沖擊，指引其安全駛入隧道。

2.5 隧道棄渣場設計

隧道施工會產生大量的廢渣，尤其針對地質狀況復雜多變的大型隧道工程施工，因施工方式、施工條件及施工機械等各方面因素的限制，導致隧道開挖產生的廢渣不能科學外運使用，堆積在周邊，占用大面積土地資源，處置不當勢必會對周邊環境造成嚴重破壞，甚至造成水土流失、水體污染等現象。

（1）此隧道進出口端均與橋梁相連接，周邊區段皆為橋隧構造，其開挖廢渣不能用作路基填料，需設置棄渣場進行集中處理。隧道進口位置地勢險峻，溝壑縱橫，溝底河道豐水期流量較大，其現場僅有鄉村公路通至隧道洞口區域，將廢渣外運，運距較遠，成本較高。因此在隧道口位置設置長度為123 m 的過河隧道，將現狀河道轉彎區域調直，在河道彎道部位設置棄渣場，并對棄渣篩分處理，將質地堅硬、級配合適的石料選出，經加工處理后，用于混凝土母材。

（2）充分利用隧道出口右側地勢相對較緩斜坡處，于斜坡底部位置布設重力式擋土墻，以阻擋棄渣外泄。同時，為避免降雨沖刷棄渣流失，應在周圍設置排水溝，待隧道建設完成后，回填密實并進行綠化處理[8]。

3 結論

綜上所述，該隧道工程建設區域為深切溝谷高陡地形，地形狀況極為復雜，設計施工中嚴格遵循“綠色、節能、環?！钡脑O計理念，結合現場地勢特征、經濟、技術等各方面要求，統籌規劃，實現了隧道建設與生態環境的和諧發展。有效解決了以下難題：

（1）結合隧道洞口地形陡峭、橋隧相連現狀，按照“早進洞、晚出洞”的設計原則，結合“零開挖”進出洞設計理念，必要時采用橋梁進入隧道等方式，最大限度減少洞口土石方開挖數量，確保周邊生態環境免遭破壞，科學避免橋隧施工的相互影響。

（2）洞口施工區域狹小，傳統進洞方式無法完成的條件下，采用在洞外水平向覆蓋層較薄處、左右幅之間增設施工橫洞等方式側向進洞增加施工工作面，有效促進進洞施工的時效性及安全性，實現了對周邊環境的保護。

（3）結合隧道洞口生態環境多樣、自然景觀優美等特性，充分考慮駕駛人員生理、心理特征，以最大程度降低駕駛人員安全風險為出發點，進口部位設計為直削式洞門，出口部位則設計為喇叭口倒削竹洞門。使洞門結構在滿足安全防護性能的同時，實現了與周圍環境的有效融合，最大程度降低對洞口生態環境的破壞。

（4）結合現場實際施工條件及輔洞布設位置，采用改移河道、科學布設阻渣墻等方式，合理設置棄渣場，有效解決了棄渣堆放難題，降低了運輸成本。