欧帕拉高海拔寒区特长公路隧道设计技术探讨

李 秋，李 荣，张立云

(四川省林业调查规划院)

1 项目概况

欧帕拉隧道位于四川省甘孜藏族自治州巴塘县和白玉县境内，是巴白路盖玉至欧帕拉山段改扩建项目的控制性工程，隧道为三级公路特长隧道，全长3 527 m，进口设计高程3 877.00 m，出口设计高程3 862.96 m，隧址区最冷月平均气温为－1.6 ℃，属高海拔寒区特长公路隧道。

2 隧道工程地质概况

隧址区地貌属高山深切割构造侵蚀剥蚀地貌，海拔高，地形起伏大，总体地势为东北低西南高。微地貌为一马鞍形双峰山脊，地形较陡。海拔高程3 850 ～4 380 m，相对高差530 m。隧址区属青藏高原气候，气压差和气温差明显，具有风多、风大的特点，雪线在3 850 m 附近。隧址区位于金沙江流域，属降曲河水系。地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。区内出露地层为:第四系全新统坡残积层、二叠系上统下段地层。地震基本烈度为Ⅶ度，动加速度峰值为0.10 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s。隧址区不良地质主要有冻土、岩爆、大变形。

3 欧帕拉隧道设计重点与设计对策分析

3.1 抗防冻设计

隧址区位于雪线之上，为季节性冻土区，经查阅大地冻深标准值同时综合考虑该隧道处海拔高度、地面温度、积雪、植被和土壤含水量等因素后确定隧道最大冻深为80 cm，因此隧道抗防冻设计是本隧道设计重点，主要采取了以下几个措施:

(1)强化寒冷设防段的排水措施:寒冷设防段衬砌背后φ50HDPE 排水盲沟和φ100HDPE 横向排水支管间距加密为5 m，中心排水沟置于冻结线0.20 m 以下，保证沟内水面低于最大冻深线，沟内水通过洞外保温出水口排至地表。

(2)对洞口地下水丰富的段落采用周边注浆处治，加固围岩的同时封堵地下水向隧道周围渗透的路径。

(3)确定隧道进出口防寒保温段设置长度是寒区隧道抗防冻设计必须考虑的因素之一。在拟定隧道寒冷设防段长度时，设计者根据黑川希范公式，并结合本隧道的特点，参照鹧鸪山隧道、大坂山隧道、昆仑山隧道等高寒隧道设置保温层的经验，确定了距隧道进出口各600 m 范围为寒冷设防段，在设防段衬砌内表面设置面层6 mm 厚的纤维增强板+里层40 mm 厚的防火性能好聚酚醛热固性保温材料。

3.2 高地应力设计

欧帕拉隧道埋深20 ～500 m，围岩主要为灰岩和碳质页岩互层，地勘资料揭示本隧道两段围岩共计1240m 的段落为高地应力场。如何安全通过高地应力段是本隧道设计重点。高地应力段支护应遵循“加固围岩、预留变形、先柔后刚、先放后抗、刚柔并举、分次支护、及早封闭、底部加强、信息化施工”的原则。针对隧道穿越高地应力段采取的设计措施如下:

(1)对衬砌进行加强，主要措施为:采用超前支护措施对掌子面前方围岩进行注浆加固;打设径向药包长锚杆形成深孔高效系统锚固，利用围岩及支护的共同变形释放应力;工字钢架加密;二衬采用钢筋混凝土结构。

(2)优化开挖方式:在可能发生岩爆的硬岩地段，考虑采用分步开挖、超前松动爆破和超前应力释放孔等方式进行;在可能发生大变形的软岩地段，考虑采用双侧壁导坑法开挖，预裂爆破或光面爆破，预留松动层，变深孔爆破为浅孔爆破，短进尺、多循环。

(3)重视高地应力段的动态施工:在隧道开挖后施作初期支护的同时，需按照设计要求安设各种测点，对洞室收敛变形、围岩内部变形、喷层接触压力及锚杆轴力等进行量测。通过对量测资料的反馈分析确定围岩变化趋势和支护结构的工作状态，及时调整支护参数。

3.3 防灾救援设计

欧帕拉隧道为单洞对向交通特长隧道，防灾救援设计也是本隧道设计重点。在设计过程中，笔者考虑了如下三种防灾救援方案:

(1)设置平行导洞

平行导洞可以在主洞发生火灾时采取定向排烟，使部分人员和车辆安全离开隧道;施工期间可以做地质超前预报，加快施工进度、改善施工环境;在主洞需要检修时，临时开启平导，通过交通管制实行单向行车。本方案需要增设平导加横向通道总长约为3 540 m，增加费用约需3 540 万元。

(2)设置U 形回车场

沿隧道两侧对称设置长100 m，间距750 m 左右的U 型回车场。当发生火灾时火灾前方车辆可安全出洞，逆行车辆则通过U 形回车场调头。火灾点后方前行车车辆也使用U形回车场调头安全出洞。本方案需修建U 型回车道总长约600 m，采用此种方案约增加费用900 万元，施工难度较高。

图1

(3)加密紧急停车带

两侧交替布置紧急停车带，纵向间距约为400 m。当发生火灾时火灾前方车辆可安全出洞，逆行车辆则通过紧急停车带调头。火灾点后方前行车车辆也使用紧急停车带调头安全出洞。

结合本隧道等级低，交通量小，车辆及疏散难度相对较低的特点，权衡经济效益，笔者采用了加密紧急停车带的方式作为本隧道的防灾救援方案。

4 结 语

我国有不少的低等级公路在越岭时都选择绕行，或是在垭口附近采用短隧道通过，以节省投资。但在高寒地区，垭口附近通常都海拔高、气温低，冬季积雪结冰，严重影响行车安全。为保证行车安全，高寒地区的低等级公路采用长隧道甚至特长隧道穿越也是很有必要的。

(1)高寒地区特长隧道在选线时，应结合隧址区的地质条件、气候条件、洞口接线、施工条件等综合考虑。

(2)高寒地区隧道通常都存在冻土，为防止隧道出现冻害，必须对隧道进行系统的抗防冻设计。

(3)特长隧道通常埋深大，地应力相应也大。设计时应结合隧址区的地质条件分析在高地应力条件下隧道可能出现的病害并采取相应的设计对策。

(4)在以人为本的前提下，单洞对向交通的特长公路隧道防灾救援要结合实际情况，选取能最大限度保障洞内行人的人身、财产安全同时投资最省、施工最简便的方案。