高速公路特长隧道路线方案研究

作者简介：

石忠利（1990—），工程师，硕士，主要从事道路工程的设计与研究工作。

长度>5 000 m的特长公路隧道方案选择和勘察设计难度很大，且隧道路线方案的控制因素很多。文章以广西南丹至天峨下老高速公路燕来隧道的勘察设计为依托，同时结合相邻省份高速公路特长隧道的建设运营情况，研究特长隧道的路线方案选择及相应的辅助坑道设计，为特长隧道路线方案的选择提供借鉴和参考。

特长隧道;路线方案选择;辅助坑道

U452A401384

0 引言

近年来，随着高速公路建设的发展及隧道修建技术的提高，越来越多的高速公路选择特长隧道作为穿越山岭的工程形式[1]。根据以往工程经验，当建造长度超过5 000 m的特长隧道时，隧道勘察设计、施工和运营管理难度都明显增加，选择正确的特长隧道线位对高速公路的顺利推进起着至关重要的作用。目前，广西尚未有長度>5 000 m的隧道，本文以广西在建的南丹至天峨下老高速公路燕来隧道为依托，同时调查相邻省份高速公路特长隧道的建设运营情况，研究特长隧道的路线方案选择及相应的辅助坑道设计，为特长隧道的路线方案选择提供借鉴和参考。

1 特长隧道路线方案选择的控制因素

南丹至天峨下老高速公路位于河池市的南丹县和天峨县境内，是《广西高速公路网规划》（2018—2030）高速公路网布局方案中的“横2”线，是广西通往贵州方向的高速公路通道，是连接G75兰海口高速公路和G69银百高速公路的重要纽带通道，路线全长104.9 km，桥隧比为74.3%，而燕来隧道是全线的重要控制性工程之一。

燕来隧道设有1处斜井作为通风坑道和施工专用。该隧道下穿燕来乡，隧道最大埋深为435 m，最浅埋深为41 m。隧址区存在断层5条，隧道洞顶存在冲沟2条，冲沟覆盖层较薄，且存在滑坡堆积，隧道出口存在浅埋偏压，隧道路线方案的布设受限制因素多。该隧道在冲沟处设置斜井，斜井对施工工期起到关键性作用。根据燕来隧道在设计中遇到的问题，对特长隧道路线方案选择的控制因素进行总结。

确定高速公路特长隧道走廊带的控制因素有：

（1）村庄分布情况。根据项目周边村庄分布情况，分析项目的建设是否对周边居民生活环境造成影响。

（2）工程规模。在满足周边交通需求的同时，选择经济、实用、合理的隧道布设方案。

（3）水文地质条件。隧道施工及运营受地下水影响较大，需详细调查隧道走廊带内与周边饮用水源区、地下河及水库的位置关系及相互影响。

确定特长隧道路线考虑的4个控制因素：（1）特长隧道作为控制性工程，隧道位置的选择决定着路线方案的成败，特长隧道应进行不同位置和长度的比选;（2）特长隧道埋深大且地质条件复杂，不良地质分布广泛，工程地质勘察和围岩划分的准确度直接影响隧道造价和安全;（3）隧道辅助坑道的勘察设计决定着隧道建设工期和施工成本，辅助坑道设置应考虑其作用、规模、形式，结合地形、地质、水文、环保等客观因素[2-3];（4）项目周边工程情况，看工程是否会影响周边自然保护区、水源保护区、村庄、公路、水利等设施。

2 特长隧道路线走廊带选择

特长隧道作为高速公路重要控制性工程之一，首先，需考虑拟建高速公路能满足方便周边民众出行和促进经济发展的需要，尽可能选择对地方环境影响和破坏少的线位，综合比选分析工程造价和路线长短。同时，特长隧道的比选应充分考虑地质因素，做好地质勘察才能保证隧道施工和运营期间的安全和经济合理。地质条件是隧道造价、施工和运营的一个重要影响因素，例如当隧道遇到涌水突泥等不良地质时极易造成施工安全事故，使工期和造价均会大幅增加。

燕来隧道在初步设计阶段设有两个走廊带方案：南线走廊带隧道设1.4 km隧道和4.2 km隧道组合，中间有800 m路基;北线走廊带设6.3 km隧道方案。两个方案比选情况如下：

（1）南线走廊带以路基和桥梁从燕来乡后经过，隧道长度短，隧道地质条件好，工程造价低。两隧道间路基和桥梁占用部分基本农田。燕来隧道进口处位于原燕来乡中心所在地，入口附近房屋密集，与燕来乡幼儿园和小学相距均不足100 m，路基上有5级顺层高边坡，施工噪音大，扰乱居民生活，且施工爆破时可能造成民房受损或边坡塌方。

（2）北线走廊带在南线走廊带的基础上往北侧偏移500 m，以隧道的形式下穿燕来乡，避免占用基本农田，对村庄和学校没有干扰，且无顺层高边坡、滑坡堆积等不良地质，沿线拆迁少，隧道长度长，造价高。

因此，考虑减少高速公路对沿线居民生活的影响，降低征拆难度，减少占用基本农田，打造绿色公路与品质工程，选择北线走廊带。

3 特长隧道路线方案的选择

燕来隧道段路线方案在北线走廊带的基础上，根据隧道洞口位置、洞身地质条件及前后构造物设置条件设计两个方案进一步研究比选。

方案一采用高纵坡方案，采用燕来1号（长1 610 m）、燕来2号（长325 m）和燕来3号隧道（长4 226 m）组成的隧道群方案。由于燕来1号隧道出口地势较高，路线纵坡较大，导致洞口前桥梁长度长，存在很多60 m以上的高墩，且这段路均为桥隧相接，无预制梁厂，施工难度大。

方案二采用低纵坡方案，将燕来1号、燕来2号和燕来3号隧道合成一个燕来隧道（6 311 m），增加隧道埋深，降低洞口前高程，从而使洞口前桥墩高度降低，同时将部分桥梁改成路基。

燕来隧道段两方案构造物设置情况和主要经济技术指标对比见表1和表2。

根据以上对比可知：

（1）技术指标：方案一最大纵坡为3.5%，隧道内纵坡为2.5%，均明显大于方案二，方案二技术指标优于方案一。

（2）工程规模：方案二与方案一相比，隧道规模大，且增加一处265 m的斜井，桥梁规模小，土石方数量少，整体工程规模小，工程造价低。

（3）施工難易程度：方案一桥梁最大墩高为80 m，且该路段均为桥隧，无路基做预制梁厂，桥梁施工难度大;方案二桥梁最大墩高降低了30 m，且在燕来隧道洞口段增加一段550 m长的路基，可作为桥梁预制梁厂，极大地方便了桥梁施工。方案一采用隧道群方案，由燕来1号、燕来2号和燕来3号隧道组成，隧道施工工作面多，但洞口多，且部分洞口存在滑坡堆积;方案二隧道长6.3 km，设置斜井作为施工掌子面，施工工作面少，但洞口无须处治不良地质。因此，两方案隧道施工难度相当，但方案二施工难度更低。

（4）地质条件：方案一中3座隧道间洞口均为冲沟，冲沟常年流水，且冲沟两侧广泛分布滑坡堆积，洞口均需加强处治;方案二纵坡下压，洞身埋深增加，围岩等级较方案一占优，且无须处治洞口滑坡堆积体。方案二地质条件更优。

（5）运营安全：对两方案进行安全性评价和运行速度检验，两方案沿线相邻路段之间的技术指标合理，相邻路段线性设计连续性好，两方案运营安全性相当。

从以上五方面进行综合比选分析，方案二技术指标较优，施工难度低，地质条件好，工程造价低，因此确定了方案二为最终施工图设计方案。

4 辅助坑道的设计

根据《公路隧道设计规范（第二册 交通工程与附属设施）》[4]，采用纵向排烟的单向交通隧道，排烟设计的火灾烟雾最大行程在隧道内不宜>5 000 m，因此，为满足通风和项目工期的要求，长度>5 000 m的特长隧道一般需设置辅助坑道，辅助坑道采用斜井居多。辅助坑道仅作为施工通道时，应综合考虑工程造价和施工工期。如何布置最为合理，当采用斜井作为施工通道和通风作用时，应综合考虑施工工期、通风方式和工程造价等因素，选择合理的斜井位置。

（1）施工工期

南丹至天峨下老高速公路计划工期为36个月，燕来隧道长6 311 m，根据广西其他在建和已建成项目的隧道建设经验，各级围岩段隧道单向综合掘进速度为：Ⅲ级围岩段120 m/月;Ⅳ级围岩段80 m/月;Ⅴ级围岩段35 m/月。根据地质勘察资料，燕来隧道围岩情况见表3。

若不设斜井采用对头掘进施工，估算其工期为41个月，不满足工期要求。为确保项目及时通车，需合理选择斜井位置。燕来隧道左侧120 m处有一处高程快速下降的山谷，可设计一条长约266 m的顺坡排水施工/通风斜井，斜井采用顺坡自然排水，掌子面不积水利于施工安全及进度，主洞斜井接入位置距离燕来隧道进口1 775 m，距离隧道出口4 536 m，因此燕来隧道的施工工期取决于斜井至出口段的施工时间。根据围岩估算燕来隧道工期为28.8月，再考虑剩余的电缆沟、路面和机电设施施工时间，燕来隧道估算工期为32个月，同时考虑到特殊地质对隧道施工的影响，工期考虑富余部分时间以确保项目按时通车。

（2）通风方案

燕来隧道为特长隧道，辅助坑道的设置须结合防灾救援系统统筹考虑，因此，选择合适的辅助坑道影响隧道通风方案的设计。目前广西尚未有建成长度>5 000 m的隧道，调查相邻省份高速公路特长隧道斜井情况及通风方式见表4。

由此可见，长度>5 500 m的高速公路隧道采用分段式通风方式居多，而采用分段式通风方式的隧道基本采用送排式通风方式。燕来隧道在正常通风工况下，可采用“斜井送排式+全射流纵向”通风方式，在火灾工况下采用单排式排烟方案，在该处设置斜井后排烟行程满足规范中对排烟行程≤5 000 m的要求。

5 结语

（1）特长隧道作为高速公路的控制性工程，项目的建设对周边村庄、水资源的保护、地方经济的促进作用影响比较大，是特长隧道走廊带的控制性因素。

（2）特长隧道的工程造价和安全受地质条件影响较大，应做好工程地质勘察，对不同的隧道位置和路线方案进行技术经济比选。

（3）辅助坑道的设计方案是影响特长隧道方案的关键因素，辅助坑道的设计决定了隧道施工工期、通风方案、施工成本、运营成本。工期估算时，必须考虑特殊地质对隧道施工的影响。

[1]路仕洋.当金山特长隧道设计方案研究[J].隧道建设，2014（5）：452-459.

[2]翟正平.特长公路隧道方案选择[J].中外公路，2018，38（4）：223-229.

[3]杨长健，吴湘滨.特长隧道施工地质环境调查评价与控制研究[J].西部交通科技，2006（3）：100-104.

[4]JTG D70/2-2014，公路隧道设计规范（第二册交通工程与附属设施）[S].