躍進特長公路隧道路線方案比選分析

【中圖分類號】 U412.3

0 引言

躍進隧道是G662線大渡河大橋（甘孜界）至石棉縣城段災后恢復重建工程的重大控制性工程，長約 6.36km ，屬于特長公路隧道。隧道緊鄰大崗山電站庫區，區域圍巖破碎，節理發育，存在多條地震斷裂帶。因此，隧道路線方案的確定對于優化路網結構、降低工程規模及控制風險具有重大意義。本文對該隧道路線方案進行比選分析。

理縣至石棉公路是國家公路網規劃中新增G662線，是連接四川省中西部地區的一條市州際通道，G662線大渡河大橋（甘孜界)至石棉縣城段（即原S217線大渡河大橋至石棉縣城段，以下簡稱本項目）是該通道的最后一段（圖1)。2022年9月5日12點52分甘孜藏族自治州瀘定縣磨西鎮發生6.8級地震，震中位于甘孜藏族自治州瀘定縣磨西鎮，距石棉縣草科鄉 21km 、王崗坪鄉 23km 、新民鄉 29km ，距石棉縣城 48km 。地震受災點主要分布在發震斷裂帶的灣東村-躍進村-幸福村-田灣村-王崗坪一線與大渡河兩岸斜坡，區域主要公路特別是S217大渡河大橋(甘孜界)至王崗坪鄉受損尤為嚴重。S217震后現狀嚴重威脅了沿線人民群眾的生命財產安全雖然震后實現了臨時搶通，但大崗山電站庫區段仍多次發生次生災害導致斷道，嚴重影響雅安甘孜兩地間的正常來往通行，引起了極大的社會輿論壓力，本項目的災后恢復重建刻不容緩，打通雅甘界鄭家坪一線交通隧道義不容辭。

工程概況

G662線大渡河大橋至石棉縣城段災后恢復重建工程起于大渡河大橋（甘孜界），經王崗坪，止于石棉縣城接G108線，串聯王崗坪景區、安順場等景區景點，與瀘石高速、S217、G108共同形成成都、雅安方向通往地震重災區的主通道。全線采用二級公路標準，設計速度 40km/h ，路基寬度 8.5m 建設，困難路段降低指標至 30km/h ，利用的什月河大橋、田灣河大橋、大田隧道、大崗山隧道、桃壩隧道維持原技術標準。路線全長 50.4km ，總投資約12.4億元，建安費約10.5億元，每 km 投資2460萬元。

【文獻標志碼】 A

圖1 G662項目區位

1.1 隧道概況

躍進隧道是本項目控制性工程，為雙向單車道普通公路單洞特長隧道，建筑限界為 9×5m ，進口位于灣東大渡河大橋橋尾，出口位于躍進村原S217線路右側。初擬隧道主洞起訖里程樁號為 K0+160～K6+520 ，長 6360m ，最大埋深約619m ，因目前資金限制，考慮在隧道石棉段設置局部平導2097m ，待后續資金充足后再實施貫通平導。由于隧道兩端排煙距離大于 3km ，故中部設置專用排煙橫洞。本項目工期要求為3年，輔助坑道洞口位置受限，僅設置一處排煙橫洞兼做施工支洞難以滿足施工工期要求，故新增一處橫洞作為施工支洞兼做主洞逃生橫洞。平導設于主洞靠大渡河測，與主洞中心間距 35m ，設計高程較主洞低 1.8m 。

1.2 隧道工程地質

項目區位于青藏高原東南緣向四川盆地過渡之川西南高山區中部，地跨揚子陸塊區與羌塘－三江造山系兩大一級構造單元。區內山勢巍峨，河谷深切，地勢表現出西部高東部低、北部高南部相對低的分布特征。隧址區總體屬構造剝蝕高中山地貌，地形起伏較大，隧道軸線上山脊最高高程約1833.89m ，隧道附近最低高程 1148.4m ，相對高差685.49m。隧道進出口段地形較陡，坡度約 40^°～50^° ，洞身段穿越地表高低起伏，地表覆蓋崩坡積、殘坡積層，局部基巖裸露。據地表工程地質測繪及調查，隧址區基巖以元古代晉寧－澄江期( ?γo2) 細粒花崗巖、中粗粒花崗巖為主，受9.5瀘定地震影響，隧道穿越處坡面可見多條坡面泥石流沖溝（Q4sef），其余為第四系全新統崩坡積( Q4c+dl) 及第四系全新統殘坡積( Q4el+dl) 等。

工程區主要位于歹字型構造體系之華山一黃草山地塊，距離工程區較近的主要構造有得妥斷裂、磨西斷裂（圖2）。

圖2G662線與斷裂帶位置

1.2.1 磨西斷裂

磨西斷裂屬鮮水河斷裂帶南延部分，斷裂北端與康定一乾寧斷裂呈左行側列，向南經磨西、灣東、田灣、大石包、新民，過安順場、擦羅等地，終止于石棉公益海，全長達150.0km ，主體呈NNW-SSE向延伸。磨西斷裂位于工點西側約1km ，為全新世活動斷層。

1.2.2得妥斷裂帶

得妥斷裂帶分布于瀘定韌性剪切帶東側 1～2km 的地段，主要形成于印支期。北起瀘定冷大渡河右岸磨子溝北約 500m ，向南經花石包、芝麻沱、于石棉大石包被磨西斷裂切錯，出露長度約 40km 。斷裂總體走向南北，西傾，傾角50^°～70^° 。在磨子溝一耳子場一帶，該斷裂帶長約 11km ，主要斷于澄江期黃草山花崗巖與混合質花崗巖中。在耳子場一象鼻子一帶，該斷裂帶長約 15km ，斷于三疊系白果灣組與巖漿巖體之間，前者呈斷層夾片消失，兩側邊界斷裂構成了得妥斷裂帶東支和西支（F1、F2）。

隧址區不良地質主要為崩塌、強震區及泥石流及鄭家坪變形體等見圖3。根據收集到的鄭家坪變形體專題研究資料，鄭家坪變形體長約 1.5km ，根據工程地質測繪、鉆探和平碉勘探資料揭示，變形體底界面水平深度約為 60～130m 總體積約5500萬 m³ 。根據變形體工程地質特性和變形破壞特征，對變形體進行了分區，分別為變形體I、Ⅱ、Ⅲ區。并結合變形體的傾倒變形強弱程度，自外向里可劃分為碎裂松動變形帶、強傾倒變形帶、弱傾倒變形帶、正常巖層。通過對鄭家坪變形體的工程地質調查、變形監測資料分析、穩定性的極限平衡和數值模擬計算，綜合判斷認為：變形體I區巖體在蓄水工況下處于臨界穩定狀態，在蓄水 + 暴雨、蓄水+ 地震工況下處于不穩定狀態；變形體Ⅱ區的Ⅱ1、Ⅱ3區巖體在蓄水后穩定性較好，II2區巖體在各種不利工況下均處于不穩定狀態；變形體Ⅲ區巖體在蓄水工況下處于基本穩定狀態，在蓄水 + 暴雨工況下處于欠穩定狀態，見圖4。

圖3G662線鄭家坪段地質災害分布

圖4鄭家坪變形體

工程區地表水為大渡河水及支流水，大渡河多年平均流量為 1218m³/s 。隧址區地下水主要為基巖裂隙水和巖溶水，其主要受地貌形態、地層巖性、裂隙結構面發育程度及地質構造的控制。隧道洞身段穿淺埋段圍巖裂隙極發育，巖體極破碎，完整性差，富水性及導水性好。

2 隧道路線方案研究

根據路線整體走向及通道方案研究，結合路線起點、終點及中間控制性因素，針對躍進隧道擬定方案，擬定了A、G、K，B，H，F 六個方案，如圖5所示。

圖5工可方案研究

先提出A線新建 6.25km 特長隧道，繞避了所有地質災害，需要設置 6.25km 貫通平導和一個 0.85km 橫洞排煙救援；因貫通平導造價高，提出G線，隧道在鄭家坪露頭，設置6.46km 隧道繞避所有地質災害，設置 0.85km 橫洞排煙救援；因G線隧道長度長，穿越鄭家坪變形體，提出K線，設置6.36km 隧道繞避所有地質災害，設置 2km 平導和 1.2km 兩個橫洞排煙救援；因A線、G線、K線鄭家坪均需要搬遷或通過水路出行，而百姓生產生活資料及場所仍在原地，提出B線，設置兩座隧道 6.58km 繞避重大地質災害，利用老路

0.99km 連接鄭家坪，特長隧道設置 0.6km 橫洞排煙救援；因B線利用老路段存在兩處嚴重塌岸且躍進隧道出口存在邊坡滑塌，提出H線，設置兩座隧道 6.61km ，繞避重大地質災害，利用鄭家坪平臺，新建 450m 路基連接鄭家坪，特長隧道設置 0.6km 橫洞排煙救援；因 H 線隧道與斷裂帶小角度交叉，且其路基段存在多處高邊坡，抗災能力交叉，提出F線，設置三座隧道 6.41km ，利用 0.99km 老路連接鄭家坪，無特長隧道，但F線受鄭家坪變形體和兩處大型滑坡的影響大。

通過上述分析比較，因F線、G線和H線與斷裂帶小角度交叉且穿越變形體，僅對K線、A線、B線作同精度比較。2.1K線分別與A線、B線比較( K0+000-K6+807 段曲線特長隧道和直線特長隧道、兩隧道方案）

K線：新建 6.36km 躍進隧道(曲線隧道)完全繞避地質災害，避開兩條得妥斷裂，路線全長 6.8km 。應急救援方式采用兩端部分平導 + 橫洞形式，新建 2km/2 處平導和1.2km/2 處橫洞（如圖6）。

A線：新建 6.25km 躍進隧道（直線隧道)完全繞避地質災害，遠離兩條得妥斷裂，位于得妥斷裂和磨西斷裂之間，路線全長 6.7km 。應急救援方式采用兩端部分平導 + 橫洞的形式，新建 2km/2 處平導和 1.7km/2 處橫洞（圖7）。

圖6K線方案

圖7A線方案

路線方案主要工程規模和優缺點分析詳見表1。

B線：新建 2.96km 躍進隧道 +3.62km 鄭家坪隧道繞避重大地質災害，在鄭家坪段利用老路，聯絡鄭家坪村，路線全長 8.03km 。新建 0.6km/1 處橫洞（圖8）。

圖8B線方案比較示意

路線方案主要工程規模和優缺點分析詳見表2。

表1K線與A線方案對比

表2K線與B線方案對比

通過以上方案比較，K線方案能完全避免地災，設置部分平導 + 橫洞解決應急救援，能滿足應急救援需要，投資低，施工周期短，沒有與斷裂帶和鄭家坪變形體交叉，因此推薦K線方案作為本段推薦方案。

2.2K線與F線、G線、H線比較( K0+000-K6+807 隧道方案比選)

F線：新建 2.96km 隧道 +1.1km 隧道 +2.35km 隧道繞避重大地質災害，在鄭家坪段利用老路，聯絡鄭家坪村，路線全長 8.01km （圖9）。

圖9F路線方案分布

G線：因K線為特長隧道，隧道較長，提出G線，將隧道在鄭家坪附近露頭，將一個特長隧道拆分為 4.11km 特長隧道和 2.35km 長隧道，設置橫洞 0.85km/1 處，路線全長7.13km （如圖10）。

H 線：因項目考慮聯絡鄭家坪，并避開鄭家坪段塌岸現象，提出利用鄭家坪平臺新建路基的H線方案，新建2.96km 躍進隧道 +3.65km 鄭家坪隧道繞避重大地質災害，在鄭家坪段利用鄭家坪平臺新建 0.45km 路基，聯絡鄭家坪村，需新建橫洞 0.6km/1 處，路線全長 7.53km （圖11）。

圖10 G路線方案分布

圖11H線方案分布

經過現場踏勘及詳細的方案研究分析，路線方案優缺點分析詳見表3。

表3K線和F線、G線、H線路線方案優對比

通過以上方案比較，主線中K線方案對原路技術指標提升明顯，對抗災救援能力提升明顯，對通行能力和服務水平提升明顯，更符合國道的功能，社會效益更為明顯，因此推薦K線方案作為推薦方案。

2.3K線隧道方案優化

石棉縣委縣政府研究決定對鄭家坪村民整體搬遷至王崗坪鄉所在地集中安置，但是老百姓的生產場所及生活物資來源仍在鄭家坪山上，仍需要道路通行鄭家坪。工可K線應急救援方式采用兩端部分平導 + 橫洞形式，洞口兩端各新建1km 平導，鄭家坪兩頭各新建 0.6km 橫洞(圖6)，雖解決了隧道施工及運行通風排煙問題，但仍未解決鄭家坪百姓生產生活出行需求。若從躍進隧道及2號逃生橫洞通行，在主洞與2號橫洞交叉處存在人車流平交，存在很大安全隱患，不符合相關規定要求，因此經專家組討論研究，對原工可K線方案進行了適當優化，將隧道出口段往線路方向右側移動，將原工可K線方案設在隧道兩端線路右側的各 1km 平導洞全部設置到躍進隧道出口，并設置在線路方向左側與2號橫洞聯通，去往鄭家坪的百姓從平導洞經2號逃生橫洞至鄭家坪，避免了人車流自2號逃生橫洞與主洞交叉，消除了潛在的安全隱患，也節約了營運養護成本。至此，G662線災后恢復重建工程躍進隧道初設選址方案最終確定，推薦初設K線方案（圖12）。

通風方案的選擇以公路建設等級、交通量大小、自然氣象條件、地形地貌等基礎資料為依據，權衡技術要求和投資規模，并結合戰略應急保通的需要，經需風量計算分析，選擇合理的通風方案，達到經濟合理，技術可靠，防災、救援、保通的最優設計。本隧道結構形式相對簡單，橫向與縱向式的通風方案均能滿足隧道運營需求，但是考慮到橫向式通風對隧道斷面尺寸要求更大且運營期間經濟成本會更高，因此該項目擬定采用全射流縱向式通風方案。

圖12初設K線方案分布

隧道縱斷面線形設計綜合考慮了地形、地質條件、施工及運營期排水、施工、橫洞位置及隧道兩端接線條件等等，擬定躍進隧道為人字形縱坡（瀘定至石棉上坡為正，圖13），隧道洞口內外縱面均滿足3s設計速度行程距離要求，即洞口內外各 34m 范圍內處于同一縱面線形中，隧道縱面線形指標見表4。通過經濟性比較，變坡點設在 K3+550 處。

圖13躍進隧道初設路線縱斷

表4隧道縱坡一覽

3 結束語

公路隧道路線方案設計對行車安全、工程造價及生態環境等有著非常重要的影響，本文通過災后恢復重建設計階段躍進隧道工程實例，從路線平面、縱面、通風、施工、運營等方面，對不同路線方案進行了綜合比選分析，采取指標量化分析的方式確定了推薦方案，為類似工程選線設計提供一定的借鑒和參考。對于長大隧道，特別是地下水豐富地質破碎地段隧道，在進行路線平縱比選時有以下結論和建議：

(1)長大隧道在服從路線總體走向的前提下，應重視地質條件比選，當地質條件復雜時，特長隧道應控制路線走向。(2)節理發育地段特長隧道應根據隧道涌水情況，結合隧道施工、運營管理設置人字坡，合理確定人字坡變坡點位置。(3)特長隧道應考慮全壽命周期內隧道運營通風成本，有條件時應盡量減小隧道縱坡。(4)在設計階段，應統籌公路規劃、設計、建設、運營、管理、服務全過程，強調均衡協調，突出建、管、養、運并重，降低隧道全壽命周期成本。

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