广乐高速公路隧道设计探讨

彭文波 卢杨路 王立宏

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)

广乐高速公路隧道设计探讨

彭文波 卢杨路 王立宏

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)

结合广乐高速公路隧道多、里程长、地质地形复杂、环保要求高的特点，对大型高速公路项目隧道设计进行了相关总结，主要包括隧道总体设计以及设计中的主要技术措施，并提到了隧道设计方面的不足之处，以期为以后公路隧道设计提供宝贵经验。

高速公路，隧道，设计

1 概述

广乐高速公路全线共设28座隧道，总长35.7 km，分为100 km/h 和120 km/h双向六车道高速公路标准，隧道开挖断面面积大，扁平率小，施工风险极大。隧道围岩岩性主要为灰岩、板岩、页岩、砂岩、花岗岩等，隧道洞口段普遍存在浅埋偏压、地质条件均较差的特点，大部分隧道洞身段地质条件复杂，存在溶洞、断层破碎带、高地应力、涌水、软弱煤层等不良地质现象，且不良地质段分布广、数量多。

2 隧道总体设计

广乐高速公路由于投资大、里程长及设计周期紧的特点，在勘察设计阶段采用隧道总体设计，有利于工程规模、技术标准、设计形式、文件组成的统一，将相对分散且独立的设计形成系统、完善的设计成果，方便后期审查批复与建设过程中的管理。

2.1 隧道布置原则

隧道设置形式根据地形地质以及隧道两端接线条件，在如下几种形式中综合选定：

1)上下行分离式隧道。

两洞室净距根据地质情况参照《隧道设计规范》确定，长、特长隧道一般采用该种形式。

2)小净距隧道。

两隧道净距一般控制在10 m～20 m左右。中短隧道一般可采用该种形式，具有节约用地，减少接线工程规模的优点。

3)复合式连拱隧道。

中隔墙厚度一般采用2.0 m～2.7 m，中央分隔带宽度约4.5 m～6.0 m。

4)双向六车道隧道原则上不采用连拱隧道形式。连拱隧道长度一般应控制在200 m以内，特殊情况下不宜超过300 m，小净距隧道长度一般应控制在400 m以内，特殊情况下不应超过600 m。长、特长隧道洞口段部分可采用小净距隧道形式，以降低洞外分线段工程规模及减少占地。

2.2 平面设计

平面总体设计包括以下几方面内容：

1)平面设计坚持地质选线、地形选线、环保选线的理念。

2)综合考虑全线隧道的平面线形，尽可能采用较高的平面线形指标，并注重平、纵组合设计，同时综合考虑超高和视距设计，按小车的运行速度控制视距，按货车控制超高。

3)采用不设超高的大半径曲线或直线隧道，直线隧道的长度应符合路线上设置直线段的规定。

4)对于长大隧道应由隧道控制路线走向，中短隧道的线形原则上服从路线走向。

5)在设计中应结合隧道的地形、地质条件、防灾救援、运营安全、两端接线、司机行车过程中的心理状态等因素综合考虑。

2.3 纵断面设计

隧道纵坡的选择应以隧道的使用功能(通行汽车)为依据，从行车速度、地质条件、地形条件、营运通风、交通事故频率、防灾救援、两端接线、排水、施工、工程投资等因素综合考虑。

2.4 横断面设计

结合隧道技术标准、线形指标、超高设置、运营设施、隧道规模、交通量组成等拟定严格统一的建筑限界与净空断面形式。

对于技术标准较高的高速公路，高速超车时存在汽车与左侧检修道相撞的安全隐患。从行车安全的角度出发，本项目采用左侧余宽置于检修道下方的设置形式。

对于检修道的高度，规范值为25 cm。但对于长大隧道，由于洞内各类电缆数量比较多，往往需要增高电缆槽高度，因此对于中长隧道的检修道高度可适当增高，其高度既要让检修以及救援与疏散人员容易上下，还要让汽车的车门最好能打开，而且汽车也不易冲上检修道，本项目检修道高度值为40 cm。

2.5 横洞与紧急停车带布置

广乐高速公路隧道紧急停车带及行车横洞布置方案确定中主要基于如下几方面的考虑：

1)采用垂直行车横洞布置方案，可充分发挥其在隧道运营阶段的辅助救援功能及有效避免斜交横洞布置带来的空间受力复杂等弊端。

2)紧急停车带与行车横洞采用组合布置方案，便于车辆疏散能力的提高及紧急停车带布置在围岩较好地段以降低工程造价。

由于隧道群均为三车道隧道，单洞净宽达到16 m，横洞与主洞采用90°交角并布置在紧急停车带处，不仅能满足车辆转弯的要求，缩短了行车横洞的长度，而且有利于救援车辆出横洞后灵活选择左右转向，极大提高了救援效率。所以本项目采用紧急停车带与行车横洞组合、行车横洞垂直布置的方式。车辆转向示意图见图1。

2.6 隧道洞口及洞门设计

根据地形、地貌、地质、结合地面(地下)水文情况，本着“早进洞，晚出洞”的工程设计原则，确定洞口位置。考虑本项目为大型隧道群，隧道洞口处于深切V形山谷边坡上，洞口地质差，地形复杂，设计时结合地质、地形情况及桥梁布置特点，对每个隧道针对性的采取了隧包桥设计、桥接隧设计、半明半暗护拱进洞设计、桩基挡墙抗偏压进洞方案设计等措施。

2.7 防排水设计

隧道防排水设计遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，形成完整的防排水体系，使隧道建成后达到洞内基本干燥的要求，保证结构和设备的正常使用及行车安全。

1)隧道内按地下清水和营运清洗污水、消防污水分离排放；设置纵、横向排水系应保证排水畅通，避免洞内积水；排水沟的断面尺寸应根据洞内污水量及地下清水流量决定。

2)洞内排水方式优先采用侧沟排水，侧排水沟不侵占车道，排水量大，便于检修维护。

3)对于隧道采用常规排水方案可能会对周边地下水及地表水环境产生不良影响的隧道，隧道防排水原则应是“以堵为主，限量排放”，例如采用注浆堵水、全封闭衬砌方案等措施，减少地下水的流失。

3 广乐高速隧道设计中的主要技术问题

3.1 长大复杂隧道群设计

1)大瑶山隧道群路线设计综合考虑了隧道群的平纵线形，尽可能采用较高的平纵指标，在抗冰雪灾害能力较为薄弱的粤北段采用不超过400 m的设计高程，不仅有效解决了该段纵坡大、冬季易结冰的问题，而且避开了大型地下暗河的影响。

2)为了加强运营安全保障，隧道洞口不设置缓和曲线并确保洞口内外满足3S线形一致的相关要求；路面采用抗滑能力较强的水泥混凝土路面，并采取刻槽处理；针对洞口“黑洞”“白洞”效应，运用照明控制技术使隧道出入口、内部和外部的亮度相匹配。

3)为了深入贯彻“以人为本”的原则，从有利于提高救援效率、减小横洞的影响范围、降低结构受力复杂程度的角度出发，本项目创造性地采用了行车横洞垂直于紧急停车带并与紧急停车带组合的布置方式。

4)本项目利用隧道出口的施工便道作为救援通道，有效解决了突发情况下隧道群紧急救援问题，为我国大型隧道群的紧急救援提供了参考。

5)将大瑶山自然保护区(水文敏感地区)的地下水保护提高到新的高度，在地下水较丰富的Ⅴ，Ⅳ级围岩地段采取周边预注浆措施，采用限量排放复合衬砌，尽量避免对环境保护区生态环境的影响。

3.2 大瑶山核心保护区隧道防排水设计

隧道长期排水，将形成以隧道为中心的椭圆形裂隙水渗补漏斗，在一定程度上改变天然渗流状态，如流向、流量等；隧道的长期排水，必将会袭夺下游同源补给水的水量及降低隧道区域地下水位，由此可能导致对当地生态环境的严重破坏。大瑶山一号隧道穿越大遥山自然保护区(水文敏感地区)，隧道的建设应将对环境的保护特别是对地下水的保护提高到新的高度，使隧道的建设在满足国民经济发展的同时，对区域自然生态环境的影响降低到最低限度。

隧道的防排水在遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的大原则前提下，在地下水相对不发育的Ⅲ级围岩地段采用一般排水衬砌，而在地下水较丰富的Ⅴ，Ⅳ级围岩地段采取周边预注浆措施，有针对性地实施注浆堵水及全封闭衬砌结构形式来实现限量排放的目的，在施工过程中将根据实际涌水量情况进行动态调整。通过以上措施，使隧道建成后达到如下两个目标：

1)隧道区域地下水位及排泄途径与原始状态基本一致，避免了隧道施工对生态环境的影响。

2)洞内不渗不漏，保证了隧道结构物和运营设备的正常使用及行车安全。

3.3 穿越水库隧道设计

大瑶山一号隧道ZK36+940～ZK37+020，YK37+000～YK37+025段位于冲沟内，隧道拱顶到冲沟的最小距离约17 m；冲沟下游有一处电站水库，距离左线隧道外侧约30 m～50 m，隧道拱顶距离水库水面约10 m。WF9断层将水库与隧道连通。

针对隧道施工对福源电站水库的影响及WF9断层与水库和隧道连通性进行了水文地质专项研究，依据研究成果，对隧道在洞内与洞外分别采取了预加固处理措施。确保了隧道在施工与运营期间洞内基本做到了不渗不漏，且电站水库蓄水也没有受到任何影响。

3.4 复杂地质地形条件下浅埋偏压小间距隧道设计

广乐高速公路大源一号隧道是一座浅埋偏压严重、地质条件复杂的小间距超短隧道。该隧道在后期完善设计中，将复杂的问题逐步分解，有针对性的解决好每一个问题。

1)采取锚索桩板墙结合反压回填技术克服了浅埋偏压问题；

2)采用洞内外预注浆加固处理技术，改良了隧道周围围岩的物理力学性质，增强围岩的稳定性，提高围岩的自身承载能力，解决了地质条件差的问题；

3)小间距隧道中间岩柱采用了低预应力锚杆加固技术结合预注浆加固技术，解决了中间岩柱稳定性问题；

4)采用先施工偏压较严重一侧隧道的施工工序以及结合洞内的双侧壁导坑开挖法，更好的控制了地表以及洞内沉降变形;

5)采用抗偏压桩基护拱技术进洞方案，有效控制了洞口边仰坡的开挖高度，合理的解决了左右洞施工相互扰动的问题，以及克服了进洞难的问题。

4 隧道设计中存在的不足

4.1 总体设计方面

由于大瑶山隧道群段主要是长大隧道控制路线走向，一些小隧道服从总体路线走向，导致产生个别长度短、净距小、偏压严重、地质差的小隧道给设计及施工带来了难度，施工过程中产生的一些问题。

4.2 主要工点设计

1)大源一号隧道。

大源一号隧道属于浅埋偏压小间距超短隧道，受先行工程大瑶山一号特长隧道的控制，该隧道选线设计主要服从总体线位走向。由于隧道短、净距小、偏压严重、地质差，同时受桥隧相接墩台施工、大气降雨、不合理的施工工序等外部环境的影响，导致隧道上方山体及隧道结构多次出现变形、开裂等病害。

2)龙归隧道。

龙归隧道属于短隧道，该隧道路线走向受接线的控制，隧道大部分穿越炭质灰岩、炭质页岩、煤层及砂岩的互层等不良地质体。施工中隧道发生了初支大变形、二衬开裂以及塌方冒顶等几次大的病害，增加了较多的变更费用。

3)大瑶山隧道群路面设计。

原设计采用28 cm厚混凝土板下设20 cm厚C20素水泥混凝土底基层，并在路面底基层下设置横向及纵向塑料盲沟以排除隧道路面下部渗水的路面结构形式。从后期施工效果看，该路面结构形式针对大瑶山特定的地理位置及地质条件，仍然有一定的优化空间。

a.因大瑶山隧道群地下水较丰富，在路面结构设计上，对无仰拱段没有在底基层下面增设调平层。其基底爆破施工的平整度，从现场施工情况来看，目前的施工管理水平很难达到规范要求值，甚至在超挖较大的段落直接采用虚渣进行回填的情况时有发生，且不规范的爆破作业使基底岩石松动层厚度加大，进一步提高了基底岩石裂隙的导水性。

b.路面防排水设计中，采取横向以及纵向塑料盲沟的排水形式(如图2所示)。从现场施工情况看，该排水形式真正起到作用的很少，大部分在基层施工时就已经堵塞，有些塑料盲沟由于没有在基层下面刻槽安装，在浇筑基层混凝土时就已经挪动而失效。建议在今后的设计中将路面排水塑料盲沟按照图2进行优化处理。

5 设计体会

针对广乐高速公路隧道多、里程长、地质地形复杂、环保要求高的特点，在隧道总体布置、平面与纵面设计、横断面设计、横洞与紧急停车带布置、隧道洞口及洞门设计、防排水等方面取得了较为成功的设计经验，为类似大型高速公路项目隧道设计提供了参考。

当然，广乐高速公路隧道设计并非是十全十美的，根据该项目的特点，要想在现有的设计周期内通过现有的勘察技术手段很难把隧道区域的地质条件做到准确无误。但是我们一定要在设计思想上加以重视，结合多年山岭隧道设计经验以及结构理论计算，采用动态设计的理念，尽可能地弥补基础资料不足的问题。同时，中短隧道线位是否服从总体线位走向，还有待于商榷。在设计中应该充分考虑到短隧道的复杂性，多进行各种可能方案的比选。

[1] 中交第二公路勘察设计研究院有限公司.广州至乐昌高速公路A1设计合同段两阶段施工图设计[Z].

[2] JTG D70—2004，公路隧道设计规范[S].

On exploration for tunnel design for Guangzhou-Lechang Tunnel

Peng Wenbo Lu Yanglu Wang Lihong

(CCCCNo.2RoadandSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Wuhan430056,China)

Combining with the features along Guangzhou-Lechang Tunnel including complicated tunnels, long miles, complex geological and topographic circumstances, and higher demands for environment protection, the paper undertakes the related summary for the tunnel design of the large expressway programs, indicates the tunnel wholesome design and the main technical measures, and points out some shortages in the tunnel design, so as to provide experience for road tunnel design.

expressway, tunnel, design

2015-02-27

彭文波(1981- )，男，工程师； 卢杨路(1989- )，女，助理工程师； 王立宏(1985- )，男，工程师

1009-6825(2015)13-0184-03

U452.2

A