公路隧道生态型洞门设计

2020-03-02杜岳DUYue

价值工程 2020年35期

杜岳DU Yue

（中交公路规划设计院有限公司，北京100088）

0 引言

近年来，国家在公路工程方面的投入日渐增多，尤其是为满足山区经济社会发展的需求，在这些地方的公路工程建设项目日渐增多。山区公路工程建设时，由于地质地形条件非常复杂，隧道建设是必然的，与普通路段相比，隧道设计、建设的难度系数较高，不仅需要考虑隧道结构的合理性，还需要适当提升隧道的美感和艺术价值。现阶段的公路事业发展中，人们对隧道的生态性也提出了更高的要求，尤其是在隧道洞门设计方面，更是要积极因素生态设计的理念，形成生态型洞门。

1 隧道洞门设计构思原则

1.1 环境和意境相结合的原则

在公路隧道中，洞门是其中的关键构成要素，多处于丛林或者岩石壁中，有些隧道洞门具有依山傍水的特性，因此，隧道洞门所处的环境条件是非常独特的，这就要求在设计的过程中，要始终坚持环境与意境相结合的原则，使得隧道洞门不仅能够满足结构性要求，还能够与周边环境相协调。比如，以某铁路隧道洞门为例，在该隧道洞口处有各种的树木和花草，洞前有河流，在设计的过程中，为了避免山上落石对行车安全所造成的影响，综合对比以后，将洞门设计为轻型悬臂支撑棚洞，在整个铁路隧道中形成了独特的景观。因此，环境与意境的结合能够在满足隧道基本功能的基础上，提升隧道的美学和艺术价值。

1.2 协调与主从有别的原则

公路隧道的建设中，隧道周边环境是客观存在的，设计者在设计的过程中，只能在已有环境的基础上进行。在隧道洞门设计中，要始终坚持协调和主从有别的原则，实现对隧道洞门周边环境的有效利用，形成洞门建筑与环境相协调的景观效果。如果要满足这一原则下的设计要求，必须要有效选择恰当的结构形态，使得最终的隧道洞门兼顾结构性、生态性因素。比如，如果隧道洞门处于山体横坡较陡的位置，在设计时如果选用的是对称的柱墙式结构，将难以与周边的环境保持协调性，或者选定的洞门位置不佳，都会导致隧道洞门缺乏美感[1]。

1.3 平衡与稳定原则

隧道洞口设计方面，平衡与稳定原则是从结构优化的角度来进行设计的，设计人员需遵照平衡性与稳定性的要求下，进行适当的结构优化。从平衡的角度，主要是绝对对称法可以保障平衡，使得洞门的形态是协调的，具有美感的，当然，也可以通过人为的手段，将各种要素组合在一起来保持整体平衡。从我国公路隧道来看，多分布在山体、树木、道路和挡墙中，再加上隧道洞门结构的特殊性，使得隧道的平衡在很大程度上是由自然因素所决定的，因此，在实际的设计过程中，不仅需要从自然协调的角度出发，更是要考虑整体的平衡性。

2 洞口型式设计

2.1 洞口型式的选择

现阶段的很多公路隧道洞口设计的过程中，人们非常关注对力学性因素的考虑，以需求结构的稳定性，在景观、美学方面的考虑相对较少。在我国的很多公路工程隧道中，洞口多采用的是端墙式或者翼墙式，而使用最多的就是混凝土或者砌石，结构和材料组合下，所形成的隧道洞门毫无美感，给司机和乘客造成了一定的视觉压迫，甚至在隧道洞门建设施工时，可能会破坏原有的地理条件。因此，正是由于人们已经意识到了这一问题，生态型洞口设计成为了当前及未来的主要方向。

隧道洞口的功能主要包含以下方面：①基本的结构支撑作用，隧道洞口下可以有效对背后的压力起到一定的支撑作用，保持围岩的稳定性，最大程度上减小道路受到落石等的危害；②安全作用，在隧洞洞口存在明、暗差异，通过洞口建设，可以缓和这种差异性，使得人们不至于在通过隧道时存在明显的眩晕感，提高视觉舒适度，保障行车安全；③景观作用，与周边环境相配合，形成良好的隧道景观[2]。

在隧道洞口的设计方面，如果从景观作用的角度出发，要求设计人员在设计的过程中，要着重考虑道路使用者的心理因素，使得最终的设计能够为道路使用者提供良好的体验。隧道洞口施工的过程中，往往涉及了隧道开挖作业，开挖作业的实施势必破坏了周边的环境，洞门在隧道中是比较特殊的结构，为坡面挡墙或者突出构筑物，对于区域内的环境有着至关重要的影响。如果从景观设计的角度来进行隧道洞口设计，就需要充分考虑隧道洞口与周边环境的协调性。

2.2 生态型洞口设计方案

以碓窝梁隧道巴中端洞口设计为例，在设计工作中，“早进洞、晚出洞”是指导思想，在整个的设计过程中，边坡和仰坡开挖高度有所降低，使用的是浆砌片石或者混凝土，无法实现对周边的绿化，处于生态性因素的考虑，在该隧道洞门设计方面，采用了以下的优化方式：将端墙沿着隧道的纵向设置成台阶形状，这一设计方式下，墙面的平均坡度变缓，也就使得端墙抗倾覆稳定性有所增强，对于提升洞门的结构稳定性具有重要的意义；在每级端墙台阶位置，都应该设置一组用腐殖土回填的种植槽，在该种植槽内种植灌木、攀援类植物，通过这一方式来使得洞门端墙外墙具有良好的理化效果，使得洞门可以与周边的整体环境相协调[3]。

3 生态型墙式洞门施工要点

3.1 公路隧道洞口施工的不利条件

3.1.1 隧道洞口位于偏压、浅埋段

隧道洞口设计时，地形地貌是最大的限制性因素，在很多的隧道路段，偏压与浅埋的情况较为普遍，而隧道的马蹄形结构下，可能是由于在整个隧道的设计过程中，受到地质岩层、地形不对称等因素的影响，使得在隧道的结构两边，呈现出负载不对称的情况，此时，偏压和浅埋将是无法避免的，而这一现象对隧道施工的干扰性是非常大的，如果在隧道施工时的方法应用不当，开挖支护不及时，都可能会诱发严重的工程事故。

3.1.2 地下水、地表水的影响

隧道洞口多建立在山凹、沟谷等比较特殊的地方，这些区域内存在地下水与地表水的汇集，地质构造复杂。后续的施工作业开展时，地质条件极易影响正常的施工作业，因此，这就要求在隧道洞口的设计过程中，要注意对洞口位置的选择，尽量避开山凹和山谷处，以减小地下水、地表水对施工的干扰，必要情况下还需要进行排水设施的建设。

3.2 主要施工工序

生态型墙式洞口的施工流程非常复杂，包含了以下环节：前期的施工准备、危石的清理和地表的处理、洞口截排水、边仰坡开挖与支护、套拱和超前管棚设计、暗挖进洞、明洞施工、洞门模板安装、洞门混凝土浇筑、模板拆除、拱墙背后回填、洞口排水设施、坡面和种植槽的绿化施工。

3.3 施工要点

在实际的施工作业开展过程中，需要注意以下的施工要点：①根据具体的施工要求，来进行洞口施工时间的科学安排，在雨季和严寒季节，严禁施工；②及时清除边仰坡以上可能存在危险的表土和危石；③在边、仰坡坡顶开挖线5m 以上的位置，要进行洞外截水沟的设计，保持排水的通畅性；④洞口边仰坡的开挖施工时，要始终遵循自上而下的逐级原则，并在边仰坡加固施工作业完成以后，做好相应的防护处理；⑤仰坡施工的过程中，应尽量达到“零开挖”的施工目的，以通过这一施工方式来避免对洞口周边环境所造成的影响，因为如果存在开挖施工作业，可能会影响边仰坡的稳定性，引起严重的工程事故；⑥分离式隧道或者小净距隧道左右洞之间存在仰坡坡脚，在施工时要尽量保留，这一方式下，满足了安全性的要求，可以使得正面山体始终保持稳定性，且不会对周边的环境产生任何的破坏，使得左右洞相邻洞口之间不存在污染空气的窜流[4]。

3.4 监控测量和地质预报

隧道施工地段的地质地形条件非常复杂，施工时伴随着很大的安全风险，如果要保障公路隧道洞口施工的安全性，在施工时，同样需要做好监控量测和地质预报，只有在测量的基础上，才能够制定切实可行的施工组织计划，最大程度上保障施工方案的可行性。监控量测是由第三方来完成的，在施工建设的过程中，除了要严格根据施工组织设计来履行施工职责，还需要充分做好施工监理工作。如果在实际的施工建设过程中出现了工程变更的情况，必须要由监理工程师审核通过。监控、测量和操作都应该严格根据施工设计、技术规范来进行。地质预报是由专业人员来完成的，地质工作人员在施工过程中要密切关注围岩开挖等情况，通过先进的检测技术，来掌握施工前方的地质条件，最大程度上保障施工作业的高效开展。

3.5 注意环境方面的问题

生态型洞口施工建设时，对于生态效益的关注度非常高，在实际的施工建设过程中，需尽量减少都周边自然生态环境的破坏，还可以采取相应的生物措施，来保障施工的效果，比如，可以采用边坡植被保护、排水设计等方式。隧道钻洞施工作业开展的过程中，可以选用湿法、通风和除尘相结合的方式，通过这些方式来有效减少洞口的环境污染。