高速公路穿黄隧道规划选址关键影响因素分析

(河南省交通规划设计研究院股份有限公司， 河南 郑州 450000)

1 引言

根据河南省某高速公路规划，穿越黄河位置大致位于1855年黄河铜瓦厢决口改道处，该处黄河主流不稳定，河势变化大。并且规划线路穿越黄河段是“河南新乡黄河湿地鸟类国家级自然保护区”的核心区。

考虑到修建桥梁要求桥梁跨度大，总桥长较长，且对湿地保护区影响较大，故在项目前期研究阶段提出穿黄隧道方案，穿黄隧道与桥梁相比具有不影响黄河行洪、抵抗战争破坏和自然灾害的能力强、不侵占航道净空、隧道能全天候运行、对黄河湿地生态环境影响小等优势，但同时也存在勘察设计难度较高、投资较大、施工环境较为复杂和风险较高等困难。

穿越黄河民用公路隧道建设尚无建设先例，本文以河南省某高速公路穿越黄河隧道项目穿越黄河公路隧道为例，开展高速公路穿黄隧道规划选址关键影响因素方面的研究讨论，以期为类似工程提供参考。

2 技术因素

目前，我国隧道建设工程已经跨入世界先进水平，已建成多条水下隧道，主要分布在上海、南京、武汉及厦门等地。水下隧道建设长度居世界第一，已积累了较为丰富的水下隧道建设、施工和运营经验。随着中国经济高速发展以及人们环保意识不断增强，水下隧道修建技术正日臻完善。

由此可见，我国已经有在江河湖海修建隧道的成功经验，但在穿黄公路隧道尤其是大断面隧道尚属罕见。由于黄河尤其特殊性，历史上一直是一个老大难，技术问题仍然是穿黄隧道选址需要考虑的大问题。

3 区域水文地质因素

3.1 地质概况

穿黄工程区位于华北断块南部的二级构造豫皖断块的北部边缘。断裂规模均较小，第四纪尤其晚更新世以来活动性较弱。 穿黄工程区地震峰值加速度为 0.1g，相应地震设计基本烈度为 7 度。据国家地震局分析预报中心鉴定，场地 50 年超越概率 10%和 5%对应的地表基岩面峰值加速度分别为 0.119g 和 0.158g。本区广泛分布第四系地层，其中下更新统缺失。下伏基岩为上第三系，再者呈不整合接触。第四系全新统主要为砂层，分布于黄河河床、漫滩和冲积平原；上更新统砂层埋藏于北岸高、低漫滩及北岸冲积平原、黄土岗地之下，黄土、黄土状粉质黏土，在河床、北岸低漫滩埋藏于全新统及上更新统之下。下伏基岩为上第三系粘土岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩。第四系砂层含水层、黄土状壤土孔隙弱含水层和上第三系砂岩、砂砾岩孔隙、裂隙含水层中地下水和黄河水对混凝土均不具腐蚀性。

根据标准贯入法、静力触探法、动三轴试验法、相对密度法和剪切波速法等综合判断，在 7 度地震条件下河床段液化最大深度为 16.0m，北岸滩地段为12.0m。穿黄隧洞埋深 25.0m～30.0m，位于液化土层之下 10 余米深度之下，因而不受砂土液化的影响。

3.2 水文概况

该区地下水按其赋存条件及性质可分为孔隙水及孔隙裂隙水两种类型。

1）孔隙水：分布于河槽、漫滩及冲积平原的第四系岩层中，主要为潜水。

2）孔隙裂隙水：可分为黄土孔隙裂隙水和基岩孔隙裂隙水。前者分布于黄土类土孔隙裂隙中，为潜水。

工程区内地下水及河水多为微硬水—硬水，从总体上看，工程区黄河水及地下水水质较好，适于饮用与灌溉。

4 环境因素

公路建设项目前期工作主要为路线走廊带的选线过程和公路技术标准、工程建设规模等设计过程。路线的选择所产生的环境影响较大，选线过程决定了项目是否会涉及自然保护区、饮用水源保护区、风景名胜区等各类生态敏感区，决定了工程拆迁量、占用耕地和基本农田的数量、阻隔影响、安置补偿等。

隧址区附近是河南新乡黄河湿地鸟类国家级自然保护区，选择时应给与充分考虑。保护区位于河南省新乡市的东南部，在湿地类型上属黄河下游湿地区，豫北平原湿地亚区。保护区由封丘县沿黄荆隆宫、陈桥、曹岗、李庄、尹岗等五个乡镇和长垣县境内的黄河滩涂、背河洼地组成，长70km，平均宽度3.5km，总面积22780 hm2；其中核心区面积为7973hm2，缓冲区面积为7290 hm2，实验区面积为7517hm2。

河南新乡黄河湿地鸟类国家级自然保护区始建于1988年，1996年11月经国务院批准晋升为国家级自然保护区。2008年2月国务院对保护区调整及更名给予批复，将黄河故道区（北片区）调减，同时新增了长垣县部分黄河滩涂，总面积调整为22780 hm2，并更名为“河南新乡黄河湿地鸟类国家级自然保护区”。

河南新乡黄河湿地鸟类国家级自然保护区主要保护对象为：珍稀候鸟及其栖息地，黄河下游特有的湿地生态系统。保护区区内水域、滩涂广阔，野生动、植物资源丰富，鸟类众多，是黄河下游平原人口稠密区交通发达地带遗存下来的较大湿地，动、植物的北方物种、南方物种和广布种十分丰富，具有重要的生物多样性保护意义和潜在的科研开发、生态旅游价值。根据最新研究成果，在自然保护区内共有鸟类156种，野生兽类计12种，两栖、爬行动物9种，鱼类32种，植物745种。在保护区内分布的鸟类中，属国家Ⅰ级重点保护的鸟类10种，属国家Ⅱ级重点保护的鸟类29种。保护区内优良的自然环境非常适宜鸟类的栖息、生长、繁衍，从而形成良好的候鸟迁徙通道，同时保护了湿地其它生物种群的生存、繁衍和发展。保护区内自然资源丰富，生态系统完整，为生物多样性与持续利用研究提供了良好基础，在维护和改善地区生态环境与平衡等方面具有极其重要的作用。

5 河道基本情况

隧址区位于黄河河道改道处，河道历史经过了复杂的演变，其目前概况如图1所示。

图1 隧址区河道概况

5.1 气象特征

隧址区属温带季风气候区，夏季受西太平洋副热带高压控制，水汽充沛，冷热气团交替，多锋面雨和祁轩宇，雨量多且集中；冬季和春季受西伯利亚高压控制，雨雪稀少，风多干冷，空气干燥，蒸发量大。年均气温为14.52oC，年均无霜期为221d，年均降水量为627.5mm，降水多集中在夏季7、8月份。

5.2 洪水特征

黄河下游洪水主要由暴雨形成，分别来自河龙间、龙三间和三花间等三个地区。河龙间属于干旱和半干旱地区，暴雨强度大，历时较短，洪水具有峰高量小的特性。龙三间的暴雨特征与河龙间相似，但由于受到秦岭的影响，暴雨发生的频次较多，历史较长，洪水位矮胖型。

三花间属于湿润和半湿润地区，暴雨强度大，一次暴雨的历时一般为2d～3d，最长历时达5d。以三花间来水为主的洪水，具有洪水涨势猛、洪峰高、洪亮集中、含沙量不大、洪水预见期短等特点，对黄河下游防洪威胁最为严重。

隧址区处于黄河下游段，黄河下游设防标准为防御花园口洪峰流量22000m3/s的洪水，隧址区相应的设防流量为22000m3/s。

5.3 河道演变

隧址区位于黄河游荡性河段，因缺乏有效的河道工程控制，该河段河势散乱，属于有名的黄河改道区。自十九世纪四十年代以来，河段先后经历了自然演变、三门峡水库下泄清水、河道整治工程逐步修建及完善三个阶段。受上游水来沙和河道边界影响，各阶段河势也表现出不同的特点。

6 现状交通、水利工程状况

6.1 交通工程

目前，黄河河南段已建公路和铁路桥梁23座，待建3座，桥梁密度已使黄河不堪重负。且为减少桥梁建设对河道防洪防凌的影响，桥梁建设需采用全桥渡跨越方式，河道主槽采用较大跨径。其中在游荡性河段，桥梁孔跨布置应充分考虑主河槽的摆动范围。桥梁跨径的增加大大增加了桥梁的工程建设费用，这也使得穿黄隧道与穿黄桥梁在工程造价上具有可比性。

6.2 堤防工程

黄河下游大堤历史悠久，为历代不断修建而成。为了保障防洪安全，近年来黄河下游相继开展了大规模的标准化堤防工程建设，提防的抗洪能力增强。

6.3 河道整治工程

隧址区河道整治工程包括险工、控导和防滚河工程。

5.4 其他设施

附近有黑岗口、于店2座引黄涵闸。水文站2座，分别建于1938年和1947年。

7 结语

通过本文研究可知，影响穿黄隧道规划选址的关键因素主要可归结为六大因素：技术因素、水文地质因素、周边环境因素、洪水特征、河道演变以及区域交通水利等工程设施。与普通公路隧道相比，洪水、河道情况等是其特殊因素，技术在某种程度上也是其重点要考虑的因素。目前穿黄公路隧道案例较少，应进一步加强相关方面的研究，确保拟建工程均满足安全、经济、环保等方面的要求。

[1]杨成刚，等. 中卫黄河隧道选址[J]. 天然气与石油，2009（03）。

[2]陈俊生，等. 港珠澳大桥沉管隧道管节预制厂选址研究[J]. 现代隧道技术，2012（06）

[3] 王昕，等. 天然气长输管线规划选址问题研究[J]. 低碳世界，2017（09）