高速公路隧道群环保设计技术应用研究

苑俊杰

摘要：本文以洛阳至栾川高速公路嵩县至栾川段设计项目以依托，对复杂山区高速公路隧道群及傍山偏压隧道的安全环保等设计理念与技术方案进行总结分析，为国内同类型山区高速公路建设提供一些参考经验。

关键词：隧道群；毗邻隧道；傍山棚洞；环保设计

中图分类号：U45 文献标识码： A

正文：

高速公路是现代经济社会重要的基础设施，是经济发展对交通需求的客观反映，也是构筑交通现代化的重要基础，对国民经济和社会发展具有积极的推动作用。

山区高速公路的设计与修建，所面临的最大问题是山区独特的地形、地质、水文、生态等自然环境。如何使得高速公路的建设与山区自然环境相适应、相协调，同时又使得获得最佳的经济指标、社会效益，是每个即将修建的山区高速公路必须面对的现实问题。比较突出的例子，诸如因地形复杂、地质条件差，设计中经常出现不利于环保、存在安全隐患、造价比较高的高大边坡、高填方及大挖方的路基型式,这些并不契合现代公路设计生态、景观理念。

洛阳至栾川高速公路是河南省高速公路网规划中的重要干线，洛阳至栾川高速公路嵩县至栾川段，是河南省重点高速公路项目。本高速公路项目位于豫西山区，路线所经过的区域地形、地质条件复杂，其间山岭纵横、沟壑遍布、河谷交织、层峦叠嶂，经过详细的野外地形地质调查以及主要工点方案对比，设计提出“采用中、长隧道或短隧道群方式越岭,缩短路线长度,减少高填深挖路基，减少高大边坡，以合理的构筑物组合型式保护环境、降低工程造价、提高行车安全性和舒适性”的理念。

1、隧道群的布置

项目起自嵩县纸房乡后地村东侧，接同期规划并正在实施的洛阳至嵩县高速公路，路线向西南依次经过嵩县纸房乡、何村乡、德亭镇、大章镇、旧县镇，栾川县潭头镇、庙子乡，止于栾川县庙子乡河南村北侧，接拟建的武西高速尧山至西峡段。路线全长约66.587905km。项目所在地区属于山岭区，地形地貌类型复杂，地形起伏变化大，地质条件复杂。

本项目结合地形地势条件，在山岭重丘区采用隧道群的构筑物组合型式，以长、中、短隧道、抗滑桩护坡的大跨异型棚洞、偏压地形“零开挖”半明半暗隧道等相结合的毗邻隧道群形式, 顺应地势、减少开挖，达到与自然环境和谐统一的理念。全线设置24座隧道，在山岭重丘区为了减少高边坡的开挖及环境保护，在K101+328~K108+308段布置毗邻隧道群7座隧道，总长4832.25米，隧道占该段路线比例近70%。顺地势而走的隧道群既缩短了路线长度,又保护了环境。

2、傍山棚洞的环保设计

沿线傍山临河，为了保护自然环境，设置诸多傍山隧道，利用抗滑桩护坡的大跨异型棚洞，实现了对边坡的少开挖及“零开挖”，真正实现了与自然环境和谐融合。五道庙2号隧道左线出口L1K80+217~L1K80+300段由于山体陡峭，浅埋偏压严重，由于棚洞紧接五道庙2号隧道左线栾川端，为了便于施工和结构的流畅，棚洞内轮廓拟定与五道庙2号隧道完全一致，靠山侧采用曲边墙结构型式。为了便于荷载的回填和结构的美观，棚洞结构左半幅采用拱形结构，右半幅内部采用圆弧形，外部采用平顶式。右侧斜柱内壁采用圆弧形，外壁采用平面形，内倾角75°，整个棚洞共设置11根斜柱。

五道庙棚洞作为一种异型结构，施工顺序较为复杂，要求承包人精心组织、精心施工、保证质量。其施工顺序如下：① 边坡外排水沟施作；② 边坡开挖及支护。边坡开挖自上而下，边开挖边支护；③ 棚洞扩大基础、地基梁及桩基础施工；④斜柱施作，斜柱中钢筋较密，要求振捣密实，可采用附着式振捣器；⑤ 托梁施作；⑥ 曲墙平板衬砌施作；⑦ 棚洞防水层施工；⑧ 棚洞外回填层施作；⑨ 洞内路面、边沟及电缆沟施作。

3、“零开挖”半明半暗进洞

从环保的角度考虑，高速公路的修建应尽量避免高大边坡，既破坏环境，同时也留有安全隐患。“零开挖”进洞是为减少植被破坏，防止水土流失，尽可能不去开挖原始边坡而保持原生态平衡的一种方法。该项目毗邻隧道群设计中上秋花印隧道采用左右线分别顺地势交错进洞，同时应用暗洞回填半护拱结合混凝土拱套支挡及注浆钢花管防护的方案实现“零开挖”半明半暗进洞。

在K107+480~K107+490范围内采用隧道护拱加支挡结构的施工方案，施工前应清除表面覆盖层。护拱段施工应以机械开挖为主，保证护拱端部岩体完整，拱角采用注浆钢花管锚固。开挖坡面采用挂网喷及注浆钢花管防护，防护范围向坡口外侧山体原地表适当扩大，防护的主要部位是隧道洞周外的边坡部分，洞内范围内视其稳定性做适当防护。进洞应首先施做管棚，护拱施工完成后对该段冲沟沟心进行回填，在回填前对地表进行适当的清表及台阶型开挖处理，回填高度保证拱顶以上4米及不低于90%的压实度，回填完毕后方可进行开挖进洞。该处进洞宜采用CD法开挖，开挖以机械开挖为主，模板台车完成后方可进洞;在进洞加强段，加强初期支护，进口采用X-V-AT衬砌类型，采用20a钢拱架，间距50cm；施工中应严格控制开挖进尺，初期支护及时封闭，二衬紧跟并及时封闭仰拱。小里程方向从沟心进洞，进口端汇水面积较大，设计中加大了截水沟尺寸。应根据现场地形地质条件，在雨季前及时做好洞口截水沟及施工期的临时排水工程，防止洞口的水毁与冲刷。

该项目复杂偏压地形条件下采用半明半暗“零开挖”进洞形式，从而减少了对自然环境的开挖破坏，此设计思路中的环保理念为国内外高速公路环保建设方面提供了一定的参考依据。

4、毗邻隧道连接段隧桥冲突时的“零接点”设计

山区高速公路的桥梁与隧道紧密相连,形成了“桥-隧-桥”和“隧-桥-隧”的独特线路。通常情况下，桥隧相连是指桥梁和隧道以短路基相连或桥梁和隧道起终点桩号重合。但在地形地质条件复杂、选线影响因素较多的项目中，则可能以桥梁进洞的方案解决洞口高边坡、桥台设置困难的问题。对于桥隧相接路段设计处理方案的成败对工程施工安全、运营安全及高速公路与自然环境的协调统一意义重大。本项目中山高坡陡，“V”型冲沟河谷发育，纵横交错，地形地势复杂，使密集的隧道群经常需要用桥梁来连接，常常用到“隧道+桥梁+隧道”的形式。一般桥隧相连地段地形狭窄，施工场地紧张，且线位较高，桥台紧贴隧道洞口，布置十分困难。为了克服施工场地不够等困难，我们提出了毗邻隧道连接段隧桥冲突时，采用轻型钢筋混凝土洞门实现与桥梁的“零接点”设计，这样既能在高边坡段防止落石等地质灾害，又能很好解决隧道与桥梁的冲突问题。这为国内外复杂地质情况下毗邻隧道连接段隧桥冲突时提供了一种参考。

5、毗邻隧道连接采用明洞方案

在K81+909~K81+946段，为右线镂空段，我们进行了设置路基段和明洞段方案比选。结合行车安全、排水体系、环保、经济性、通风照明联动影响以及施工等方面，最终左右线位采用毗邻隧道与“暗洞+明洞+暗洞”相结合的方式通过，提出了隧道群中毗邻隧道连接段采用明洞的方案，这样对沟内的排水等方面比路基方案都有突出的优势，同时这也为毗邻隧道之间连接方案提出了新思路，新方案。明挖施工前应做好洞顶截排水措施，防止洞口被水毁。明洞洞顶采用浆砌片石铺砌，横向设置排水沟排水。

结语：

山区高速公路沿线傍山临河，为了保护自然环境，贯彻“安全、经济、环保、舒适”的建设理念，本文结合实际项目总结了多种有效的设计方案：

1、设计提出“采用中、长隧道或短隧道群方式越岭,缩短路线长度,减少高填深挖路基，减少高大边坡，以合理的构筑物组合型式保护环境、降低工程造价、提高行车安全性和舒适性”的理念。

2、对于傍山隧道的设计，利用抗滑桩护坡的大跨异型棚洞、隧道进洞段采用反压回填的半明半暗隧道形式等领先的组合设计形式，实现了对边坡的少开挖及“零开挖”，真正实现了与自然环境和谐融合。

3、提出了毗邻隧道连接段隧桥冲突时，采用轻型钢筋混凝土洞门实现与桥梁的“零接点”设计，这样既能在高边坡段防止落石等地质灾害，又能很好解决隧道与桥梁的冲突问题。

4、对于隧道镂空段提出了隧道群中毗邻隧道连接段采用明洞的方案，这样对沟内的排水及行车安全等方面比路基方案都有突出的优势。

参考文献

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