廖山隧道选线研究

2020-03-01彭勇

西部交通科技 2020年7期

彭勇

摘要：廖山隧道为山区高速公路复杂岩溶隧道，濒临水库且为单下坡，施工与运营风险极高，在选线研究时须正确认知隧址区的水文地质环境。文章介绍了该隧道的初设选线设计方案与施工图路线方案，以期为类似工程提供借鉴。

关键词：岩溶;高速公路;廖山隧道;选线

0 引言

随着社会经济的发展，高速公路建设逐渐向山区纵深推进，受地形、地质条件等制约，山区高速公路勘察设计难度越来越大。山区岩溶地区高速公路选线还常伴有采空区、压矿、瓦斯隧道、濒临水库等特殊状况，要在地形地质条件复杂，受控因素众多的条件下，高质量地完成施工图选线工作，难度很大。笔者在某岩溶复杂地区高速公路设计过程中，充分贯彻了地质、环保、安全选线的思路，通过对沿线地质、环境等资料进行收集分析，对廖山隧道选线进行了深入研究。

1 工程概况

某高速公路沿临江河爬升穿越庙子坪隧道进入龙池镇境内，结合前期研究，需要在龙池镇设龙池互通和龙池服务区，该段高程约为820m。根据路线总体走向，路线需要下降到高程约为720m的大为镇并设大为互通，廖山隧道地处两个互通中间。该段总体路线方案见图1。

廖山隧道环境极其复杂，隧址区出露易溶的白云质灰岩、白云岩、泥质白云岩、砂质白云岩及砂泥岩夹层等，其溶蚀性存在较大差异。岩溶洼地、岩溶漏斗弱发育，落水洞、溶沟、溶槽较发育。隧道附近有一座龙池湖水库，湖面长约1550m，宽约350m，海拔800m。龙池湖东边存在深厚层软基，最深达43.5m，该软基具有高压缩性、低透水性、不均匀性特点，且承载力低、强度低。龙池湖周边矿产资源丰富，主要有罗山煤矿、桃源煤矿、八一煤矿、莲花光银石膏矿和大沟石膏矿等，存在大量的采空区，压覆矿产与采空区叠加给选线带来很大的挑战。

2 初设路线方案

2.1 初设路线情况

初步设计针对该段整体情况复杂的特点，拟采用廖山隧道避开龙池场镇和八一煤矿、石膏矿的K线和沿龙池湖布设并从龙池场镇南侧边缘通过的E线进行研究，如图2所示。[KH-*1]

E线采用以桥梁换隧道的方案，对龙池镇的影响大。同时，根据采空区专项调查，八一煤矿采空标高为416～1020m，线路从采空区上通过，主要采用桥梁方式，影响长度达1.2km，存在安全隐患。最后将K线作为初设推荐方案，纵断面图见图3，并布设了龙池半互通（兼服务区）。

2.2 初设路线特点

笔者开展廖山隧道选线研究时，认真分析了初设推薦路线，主要有两大优点：

（1）路线里程较短。

（2）廖山隧道长度相对较短，左右洞平均长2985m。

但初设方案七大缺点更值得重视：

（1）廖山隧道为单下坡隧道，进洞口的水库，犹如一颗“定时炸弹”。该岩溶区隧道在施工时，是否会将龙池湖疏干难以判定，施工、运营、环保风险极高。

（2）初设隧道设计标高受地下水影响很大。根据图4所示初设物探成果，隧道进口至K30+900（初设桩号）位于垂直渗流带上，隧道K30+900～K31+780（初设桩号）段位于水平径流带附近，其余段位于垂直渗流与水平径流交替变化带附近。

（3）隧道路线从莲花光银石膏矿和大沟石膏矿边上通过，钻探结果提示，石膏矿区的地下水有较强的腐蚀性，隧道需要进行特殊处理。

（4）隧道路线下穿大沟石膏矿的主井巷道，两者高差仅10m，施工期间难以确保安全。

（5）隧道在K31+000（初设桩号）白岩沟附近可能存在岩溶管道（廖山内的地下水流入龙池湖中），隧洞施工中若揭露岩溶管道，线路高程已位于龙池湖水面以下，存在湖水倒灌和截断岩溶通道的可能性。

（6）隧道出口段存在约100m的覆盖层，又位于浅埋段，地质条件差，造价高。

（7）由于隧道轴线的确定，导致龙池互通兼服务区设置在深厚层软基上，软基处理面积大，服务区和收费站房屋基础条件差，工程费用高。

3 施工图设计路线方案

3.1 施工图路线平面情况

面对廖山隧道极其复杂的地质情况，无论是从地质选线（深厚层软基、岩溶隧道）、环保选线（若疏干龙池湖），还是安全选线（地下水、地表水倒灌）的角度考虑，都必须另辟蹊径，选择更优的路线方案。

施工图选线具体思路是：首先从大体走向上往西北方向，即初设论述过的E线方案，但受龙池湖、龙池镇和采空区影响，实施可能性小。最终选线的大体走向只能往东南方向。其次，在场地有限的情况下，把龙池互通和龙池服务区合建给施工图线位选择增加了难度，将两者分开建设可使线位选择更加从容。最后，选线感观上应尽可能远离龙池湖并依山布设，以避开龙池湖对隧道的影响和减少软基处理工程量。

笔者对整个龙池湖段（尤其是廖山隧道）进行了大范围的踏勘和走访调查，基本确定施工图设计拟定的选线思路是合理可行的。由于大沟石膏矿还在生产，下穿其巷道，施工风险和运输风险较高，因此，路线应选择在冲沟的对岸（不在石膏矿侧），且出口位置基岩出露，施工场地开阔。笔者结合收集的相关资料，拟定了施工图路线方案，如图5所示。

3.2 相关专题的支撑性

施工图路线虽然拟定出来了，但鉴于廖山隧道处于岩溶区，受龙池湖的影响极大，仍需要相关专题来支撑施工图线位的合理性，并确定纵断面。根据相关单位做的廖山隧道专项水文地质勘察成果报告[1]判断如下：

（1）初设隧道正处于水平径流带，若廖山隧道开挖时将会直接受到岩溶突水的威胁。施工图隧道处于岩溶深部滞流带，需加强超前预测和探水措施。

（2）K30+060（施工图桩号）左右的白岩沟可能存在溶蚀通道。该段落岩溶发育程度强烈，岩溶水发育，须注意控制隧道标高与龙池湖标高关系。施工图路线较初设路线更远离龙池湖，导通龙池湖的可能性较初设线路小。

笔者研读廖山隧道专项水文地质勘察成果报告后，认为施工图线位是成立的，可以开展进一步的相关工作。随即，委托相关单位对施工图的隧道轴线进行了物探工作。根据图6所示廖山隧道音频大地电磁测深综合成果[2]，进一步佐证了笔者的最初设想。

在施工路线平面图确定的前提下，从大为互通落地来考虑，隧道纵断面采用单下坡最合理。考虑到廖山隧道的复杂性，隧道纵断面采用单下坡还是小“人”

[JZ][XCLL34.EPS;%90%90;P][TS（][HT9.H][JZ]图6 施工图廖山隧道物探成果示意图[TS）]

字坡，还需要进一步论证。根据《峨汉高速公路廖山隧道岩溶水文及隧道涌突水危险性专项评估》[3]判断如下：

（1）白岩沟段岩溶仅在表层70m以内发育，深部岩溶弱发育，初设线路紧邻龙池湖，且比龙池湖正常蓄水位低，初设方案存在龙池湖水倒灌的风险。现调整后，则不存在湖水倒灌的风险。

（2）莲花村学堂湾一线存在“地下水分水岭”（如图7所示），主要含水层为须家河组的砂泥岩。该地下分水岭的存在阻止了龙池湖水流入廖山隧道出口方向。

3.3 施工图纵断面确定

笔者结合上述专题，在纵断面拉坡时将对应地下岩溶管道附近设置竖曲线变坡点，按照“地下水分水岭”以前的设计高程，在高于龙池湖面高程的位置确定施工图的纵断面（如图8所示），并要求隧道进口方向掘进只能至竖曲线位置，其余改由出口方向掘进。