某高速公路隧道項目環保設計要點分析

摘要 高速公路隧道工程是公路交通建設的重要組成部分，需要適應復雜的地形地質條件，盡量減少對生態環境的影響。文章以某高速公路隧道工程為實際案例，探討如何在復雜的地形地質條件下，運用環保理念進行隧道設計。通過分析隧道工程概況，探討隧道洞口位置和洞門形式選擇、洞口景觀設計，處理棄渣場等問題，旨在提高高速公路隧道項目的環保設計質量，減少工程建設帶來的環境污染。

關鍵詞 隧道工程項目；復雜地形；環保設計；設計要點

中圖分類號 U452.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）13-0120-03

0 引言

高速公路隧道是連接城市與城市、城市與鄉村的重要交通設施，對于促進區域經濟發展、改善人民生活水平、保障國家安全來說至關重要[1]。然而高速公路隧道的建設也會對周圍的自然環境和生態系統造成一定影響，如破壞地表植被、改變地下水位、產生噪聲和尾氣污染等。因此，如何在保證高速公路隧道工程質量和安全的前提下，充分考慮環境保護的要求，實現工程建設與生態環境的協調發展，是高速公路隧道設計施工中面臨的重要課題[2]。該文以某高速公路隧道項目為例，探討了基于環保理念的隧道設計要點。該隧道位于復雜地形區域，穿越了山體、河流、濕地等多種地貌類型，對于保護當地的自然景觀和生物多樣性具有重要意義。

1 工程概況

該隧道為雙向四車道布置，采用分離式結構，設計時速120 km/h。隧道的入口和出口都采用圓弧形設計，與不同半徑的圓曲線重合，內部為直線形。隧道全線呈上坡狀態，坡度為0.85%。左幅隧道的長度、埋置深度分別為1 373 m、171 m。右幅隧道的長度、埋置深度分別為1 376 m、174 m。隧道的襯砌結構為半徑5.55 m的圓弧結構，高度距拱頂7.2 m，距拱底1.5 m。隧道位于山坡地段，巖層風化嚴重、穩定性較差，屬典型風化型深切溝壑地形。隧道進口部位直接與大橋相連，橋下河流常年水流不斷，多雨期流量顯著增大。隧道出口部位也與橋梁相連，橋下河流也常年水流不斷，最高水位達7.16 m。兩個洞口植被分布廣泛，以喬木和林木為主，周邊生態環境保護完整。

2 工程地質條件

隧道工程區域的主要地層為第四系全新統殘坡積層（Q4el+dl）、侏羅系中下統自流井組（J2-3z）、下統珍珠沖組（J1z）和三疊系上統大同組（T3d）。隧道區域位于華北克拉通西緣的晉西北盆地內，受到南北向或近南北向的斷裂帶和褶皺帶的影響。隧道兩端分別位于鹿頭山和小河溝兩個山谷之間的山脊上，地勢高峻陡峭，海拔在800～1 200 m之間。隧道沿線的山體主要由自流井組、珍珠沖組和大同組構成，表面覆蓋有殘坡積層，表面風化較強，風化深度在10～30 m之間，內部存在多條節理、裂隙和夾層水等不良地質現象。隧道工程區域的地下水主要分為孔隙水和裂隙水兩種類型。孔隙水主要存在于殘坡積層中。裂隙水主要存在于自流井組、珍珠沖組和大同組中，可能遇到的裂隙水主要有夾層水、滲透水和滲漏水3種來源。隧道工程區域的地表水主要有徑流和河流2種來源[3]。徑流主要由降雨形成，在雨季時可能對隧道洞口造成沖刷和淤積；河流主要由山體內部的泉水形成，在干旱時可能對隧道洞口造成干涸和缺氧。

3 高速公路隧道環保設計要點

3.1 環保設計理念

高速公路隧道的環保設計理念是在隧道建設與運營全過程中節約資源，保護環境，提高服務品質，與自然和諧共生的隧道，主要體現在以下幾個方面：

（1）隧道施工通道。避讓敏感區域，減少土地占用和開挖量，合理利用原有通道資源。加強污水垃圾收集處理，控制揚塵與噪聲，處理機械尾氣[4]。

（2）隧道掘進。采用先進的掘進方法和設備，減少爆破引起的振動和噪聲；實現土石方平衡或就地利用，減少運輸距離和能耗；優化隧道超前預加固方案，實現淺埋偏壓段的環保型設計目標。

（3）施工時形成的棄渣。充分考慮棄渣的力學性質和環境影響，在路基填筑、路面各結構層、防護結構、混凝土結構等部位合理利用棄渣。如果隧道棄渣無法利用，做好棄土場設計，避免水土流失及林地、耕地的占用。

（4）隧道建成后洞口。遵循“早進晚出”的原則，減少洞口處的大開大挖，保護洞口環境。綠化設計時，考慮洞口之間及洞口兩側周邊綠地采用自然式的組團種植，高大的落葉喬木及常綠喬木會弱化黑洞效應；洞口上部及下部底端種植攀援植物進行立體綠化，柔化端墻等構筑物的硬性景觀[5]。

（5）隧道運營時形成的廢氣。采用智能通風控制系統，根據交通量、車速、一氧化碳濃度等參數實時調節風機運行狀態，實現自動控制。該系統能降低通風能耗，改善通風效果，增加行車舒適度，提高行車安全性。

3.2 隧道洞口位置選擇

隧道洞口位置的選擇是隧道工程設計的重要內容之一，直接影響到隧道的施工安全、經濟和環境保護。選擇隧道洞口位置時需遵循以下原則：

（1）隧道線形設置需盡量簡單、平穩、合理，避免過多的曲線和坡度變化，以減少隧道的開挖量、襯砌厚度和運營成本。同時，隧道線形要考慮地質條件、水文條件、地形地貌、交通條件等因素，盡量選擇穩定的地層和便于施工的位置[6]。

（2）洞口區域的地勢對隧道洞口位置的選擇有很大影響，需遵循“早進洞、晚出洞”的原則，即盡量提前進入山體內部，延長隧道長度，減少洞口邊坡和仰坡的高度和開挖量，避免在洞口形成高邊坡和高仰坡。同時，需避免在滑坡、崩塌、巖堆、危巖落石、泥石流等不良地質及排水困難的溝谷低洼處或不穩定的懸崖陡壁下設置洞口。

（3）設計隧道時需根據不同的地質條件和施工方法，確定合理的開挖斷面形式、襯砌結構形式和厚度、支護方式及強度等參數，并根據這些參數確定洞口位置。同時，還要考慮隧道內部的通風、排水、照明、消防等設施的布置和安裝，以及隧道外部的交通組織、施工場地、材料堆放等因素。

（4）隧道進出口位置與路線平面和縱斷面相協調，保證車輛安全順暢地進出隧道。同時考慮與其他交通設施如橋梁、立交橋等的銜接關系，以及與周圍環境如風景名勝區、城市建筑等的協調關系。在有條件的情況下可采用一些美化措施如植草、栽樹、噴涂等，提高隧道進出口的景觀效果。

（5）隧道出口盡量選擇在視野開闊、光線充足、風速小的區域，可減少車輛由暗到明的視覺適應時間和空氣動力學效應對車輛穩定性的影響，同時需設置足夠長度的過渡段和緩沖段，以便車輛逐漸調整速度和方向。

3.3 隧道入洞方式

隧道入洞方式是指隧道與洞外路線的連接方式，對隧道的結構穩定和環境保護有重要影響。傳統的入洞方式是從洞口正面開挖，需要設置專用的施工通道，但這種方式對地形要求高，造價也高。因此，有時可以采用側向進洞的方式，即從山體側面開挖施工橫洞，與主洞相連，用于運輸土石方、人員和物資，以及通風、排水等[7]。該隧道分為進口和出口兩部分，分別采用了不同的側向進洞方式。

（1）隧道進口處基于底部鄉道、河流轉彎處設置施工通道及輔助施工橫洞，從右幅隧道側面進入主洞。該輔助施工橫洞長度為221 m，與右幅隧道平面軸線呈74°夾角，縱向坡度為12%。

（2）隧道出口處將當前鄉道作為施工通道，在右幅隧道區域設置了輔助作業橫洞，從側方進入主洞。該輔助作業橫洞長度為133 m，與右幅隧道平面軸線呈65°夾角，縱向坡度為1.26%上坡。

（3）兩個橫洞的結構形式都為圓拱直墻式內輪廓，即上部為圓拱形，下部為直墻形。這種結構形式適應不同圍巖條件，具有良好的受力性能和經濟性。橫洞的內外半徑分別為R1=4.5 m、R2=2.5 m，高度為6.8 m，寬度為7.4 m。橫洞的洞口和與主洞連接處采用復合式襯砌，其余部位只做初期支護。

3.4 隧道洞口景觀設計

隧道洞口景觀設計應遵循安全、舒適、美觀的原則，充分考慮駕駛員的生理和心理特征，以降低駕駛風險為目標。隧道洞口景觀設計應與地形地質條件、生態環境、文化背景等因素相結合，選擇合適的洞口結構形式和裝飾手法，實現洞口防護、調光等功能與景觀效果的有機統一[8]。該隧道進出口處分別采用直削式門洞、喇叭口形門洞兩種結構形式。

（1）直削式門洞是指從山體側面直接開挖出的門洞，無需設置額外的擋土墻或拱套，可以減少對山體的破壞，保持山體的原貌，與周圍環境相協調。喇叭口形門洞是指在山體側面開挖出一個喇叭狀的擴大段，然后與主洞相連，可以增加出洞時的視野范圍，減少黑洞效應，提高行車安全性。兩種門洞結構在滿足安全防護性能的同時，也具有一定的象征意義和視覺沖擊力，可以引導駕駛員順利進出隧道。

（2）除了門洞結構外，該隧道還對邊仰坡進行了綠化處理，采用了自然式的組團種植方式，種植了高大的落葉喬木和常綠喬木，以弱化門洞由于光線變化而造成的黑洞效應，增加門洞周圍的美感。同時，該隧道還設置了合理的引線和照明設施，以保證駕駛員有足夠的行車視距和視線指引。

3.5 隧道棄渣場設計

（1）隧道進出口梁端均與橋梁相連接，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，溝底泡木河豐水期流量較大，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，對棄渣篩分處理，將質地堅硬、級配合適的石料選出，經碎化處理后，用于混凝土拌制，可有效利用廢渣資源，減少對河流水環境的影響。

（2）隧道出口左側區域地勢陡峭，右側輔助施工橫向洞口部位地勢相對較緩，呈溝谷斜坡結構，在該處設置另一個棄渣場。由于該處距離公路較近，可以方便地將廢渣外運至其他地點進行利用或處置。為了防止棄渣外泄和沖刷流失，在斜坡底部位置布設重力式擋土墻，在周圍設置排水溝[9]。待隧道建設完成后，回填密實，做綠化處理。

（3）在溝谷斜坡處設置的棄渣場屬于坡地型棄渣場，在堆渣坡腳設置擋土墻或護腳護坡措施；在周邊有匯水的地方布設截水溝和排水溝；在頂部采取復耕或植物措施；在坡面首先采取植物措施；在坡比大于1∶1.5的地方采取綜合護坡措施[10]。

4 結論

綜上所述，該隧道工程位于山區，穿越深切溝谷高陡地形，采用雙洞布局模式，洞口部位為直削式洞門，出口部位為喇叭口倒削竹洞門。隧道設計速度為120 km/h，設計標準為高速公路。在設計施工中，該隧道工程遵循了“綠色、節能、環保”的理念，主要體現在以下幾個方面：

（1）合理選擇隧道洞口位置，實現與橋梁結構的科學連接。按照“早進洞、晚出洞”的原則，盡量減少洞口仰坡開挖量，降低對周邊生態環境的破壞。同時，在橋梁與隧道之間設置暗洞，以緩沖橋梁與隧道之間的溫差變化和風壓變化，提高行車舒適性和安全性。

（2）采用輔助施工橫洞由側向進洞的方式。由于洞口施工區域狹小，傳統進洞方式無法完成。因此，在其進出口部位分別設置輔助施工橫洞，利用小型盾構機或鉆爆法導洞擴挖法，在不影響正線施工的情況下，從側面進入主洞進行施工，保證進洞施工的安全性，減少周邊環境破壞。

（3）充分考慮駕駛人員生理和心理特征，設計合理的洞門結構。為了降低駕駛人員在進出隧道時的視覺適應性和心理壓力，進口部位設計為直削式洞門，使駕駛人員能夠清晰地看到隧道內部情況；出口部位則設計為喇叭口倒削竹洞門，使駕駛人員能夠逐漸適應外界光線和風景。同時，這種結構也使得洞門與周圍環境有效融合，最大程度地降低對洞口生態環境的破壞。

（4）合理設置棄渣場，采用改移河道、科學布設阻渣墻等方式進行棄渣處理。由于該隧道工程產生的棄渣量較大，而且周邊地形復雜，不易找到合適的棄渣場。因此，在施工前進行了詳細的勘察和規劃，在距離隧道約2 km處找到了一個相對平坦的區域作為棄渣場，對其進行了加固處理。同時，在棄渣場下游設置了阻渣墻，對河道進行了改移和治理，以防止棄渣對水源和水質造成污染。

參考文獻

[1]茍德明. 深切溝谷高陡地形條件下基于環保理念的高速公路隧道設計[J]. 公路與汽運， 2017（3）： 175-179.

[2]楊明宇， 李盛亮， 王曉宇. 綠色公路理念在隧道工程中的應用[J]. 北方交通， 2019（3）： 79-82+85.

[3]李文楓， 鄧顯羽， 鄧添允. 關于明挖法施工電纜隧道環保、水保設計的探討[J]. 黑龍江科技信息， 2016（14）： 255-256.

[4]馬燕. 關于青海省公路環保設計方案的思考[J]. 青海交通科技， 2019（6）： 21-23. .

[5]陳棚， 余順， 韓自強. 基于環保理念的惠清高速隧道端墻式洞門方案優化設計[J]. 施工技術， 2019（S1）： 795-798.

[6]王芳. 基于環境保護的山嶺隧道洞口設計研究[J]. 安徽農業科學， 2013（25）： 10362-10363.

[7]趙永國， 龍濤， 韓常領. 基于環保新理念的山區公路隧道進洞設計與施工方案[J]. 公路， 2009（10）： 328-334.

[8]趙樸， 唐渭， 陳澤昊， 等. 川氣東送管道山嶺隧道工程環境保護設計研討[J]. 鐵道勞動安全衛生與環保， 2010（5）： 230-233.

[9]余順， 肖博， 王建華. 基于環保理念的山區隧道進洞設計探討[C]// 2013年全國公路隧道學術會議論文集， 2013： 344-349.

[10]任鵬， 薛曉輝. 偏壓及溝谷地形條件下黃土隧道力學特性分析[J]. 山西交通科技， 2013（3）： 39-41+46.