浅谈隧道工程设计对资源的节约集约利用

吴刚

摘要：本研究通过收集并整理相关隧道工程在建设中对资源节约集约的执行情况，提出了隧道工程设计中贯彻资源节约集约理念的策略，为今后资源节约集约设计提供理论依据。

关键词：隧道工程；资源；节约集约

由于经济和技术的进步和发展，遇到山岭时，以前绕山走的想法被公路隧道所替代，采用隧道的交通方式，兼具减少土地长度的优点，但是由于处于地下，对周边的水资源和矿产等资源产生一定的影响。

一、隧道设计对资源节约集约利用的影响

1、对生物资源的影响。隧道建设可能切断或阻截水流，破坏区域内水域，造成地下水流失，对山体地表植被的生长带来影响，若疏干的是山上植被赖以生存的含水系，则将可能直接影响山上植被的生长。隧道洞口小面积的林地、灌草地因隧道洞口的开挖和施工便道的开辟而砍伐，引起植物的流失。

同时隧道施工期的爆破噪声还将对野生动物动物产生惊扰，据估算，1kg炸药当其密度在1.5g/cm3时，爆破时产生的能量约为4.2*1013erg，采用震级和震源发出的总能源的关系换算，震级相当小于里氏2.5级的地震。

2、对土地资源的影响。隧道施工过程中使用爆破、灌注混凝土等技术，周边土地收受到冲击波和气泡脉动等强压作用，从而出现土体棱角变形和断裂，破坏原有土体的状态。另一方面，爆破过程中使用炸药等工具，爆破后将形成粉末，覆盖和融入土体，改变土壤酸碱性，污染土壤，造成土地资源浪费。

隧道弃渣若不采取措施或在洞口附近就地随意乱弃，弃渣将占用和损坏大量水田。一般来说渣场上游都有一定面积的集水区，遇暴雨天气，降雨及地表径流冲刷极易引起水土流失，甚至形成灾害，流失的渣土进入下游农田或地表水系对农田和地表水质量产生极大影响。隧道弃土如处置不当（渣场选址不合理、降水系统设置不合理、堆填形成边坡的坡率值不合理等），在雨季及易造成滑坡、泥石流等次生灾害。

二、典型工程案例分析

1、梯子山隧道设计，注重资源节约。宁杭高速公路梯子山隧道位于江苏、浙江两省交界处，全长332m，为双向六车道连拱结构，开挖宽度32.54m，是当时国内开挖宽度最大的公路隧道之一。隧道最大埋深25m，最小埋深仅2.7m（位于穿越104国道段）。从一定程度上体现“环保、旅游、生态、景观公路”的指导思想。

（1）事先调查地质情况，合理确定施工。梯子山隧道有两种不良地质现象：一是粘土层，为软质岩，抗风化能力弱，亲水性强，易软化、泥化，具有弱膨胀性；二是采空区，在路线附近发现多处当地村民采掘粘土岩开凿的平洞采空区，已发现局部地面塌陷，虽规模小，因其洞口隐蔽，对施工安全有不利影响。

针对这些情况，组织勘察设计单位调查地质情况，尽量避免不良地质区施工。选择合适的位置和合适的工艺开挖隧道，减少对矿产的压覆和矿产资源的开发。

（2）斜交暗挖，防护加固，保护土地资源。梯子山隧道下穿104国道段具有大跨、超浅埋、偏压、地质条件差、洞顶交通量大的特点，这在国内尚属首例。本段采用斜交暗挖进洞。设计方案预加固措施有两点：一是地表ф50mm钢管注浆，间距为1.2m×1.2m梅花型布置，周邊孔加密；二是ф50mm小导管辅助ф108mm大管棚超前支护，环向间距35cm。洞内初期支护参数为：喷C25混凝土30cm，125b工字钢纵向间距50m，单层ф6钢筋网，规格20cm×20cm，取消拱部系统锚杆，仅保留边墙处系统锚杆。防护加强，防止土地流失和生物资源等多种资源破坏。

（3）数据仿真实测，保护地下水资源。隧道设计中，采用软件仿真爆破破坏力度，不断修正设计参数，观察地表水沉降等多种数据，选择合适的设计参数，使得地表水沉降较少，进而保护水资源。

2、茅山隧道盖挖法，少开发土方植被量。低山丘陵的地貌特征，使得茅山隧道总体埋深较浅，部分地段超浅埋，甚至负埋深。在设计方案研究过程中，遵循“不破坏就是最大的保护”的设计理念，在隧道结构设计、洞口设计等多方面无不体现出“建一座景观隧道，还一片碧水蓝天”的生态气息。综合考虑环保、安全等因素，部分超浅埋区段采用“盖挖工法”施工。

（1）减少开挖量，保护植被。盖挖法临时开挖边坡坡高较低，坡率较大，大大减少了开挖量，因此破坏林木较少，约400m2，有效保护了自然植被。明挖法临时开挖边坡坡高较高，坡率较小，因此破坏林木较多，约1750m2，是盖挖法的4倍多。因此，采用盖挖法环保意义重大，可以保护生物资源。

（2）降低开挖高度，保护土地资源。采用盖挖法，临时边坡最大坡高仅8m，若采用明挖，临时边坡最大坡高达到约18m。与明挖法相比，盖挖法大大降低了边坡开挖高度，降低使用的土地资源和开挖石方，同时降低了施工风险，保障了施工安全。

（3）自然冲沟，防排水。该段地形上为一自然冲沟，解决好雨季施工的防排水问题至关重要。盖挖法地表施工工期较短，施工范围较小，能很好地解决施工期间冲沟内的排水问题，解决了跨雨季施工的难题。

3、茅山东隧道洞门，土方回填生态环保。茅山隧道在洞门形式选择、洞口位置选择、洞门前处理、洞口截排水沟设计、洞口景观设计等方面均体现了功能与景观紧密结合的设计新思路。

（1）融入环境，自然美。茅山隧道洞门设计中重视与周围环境的协调，尽量不设挡墙，重视明洞回填和地形整治，着眼于洞门的整体布局和协调。注重洞口外的路基路段边坡设计对洞口景观的影响的新理念，要求洞门设计与自然环境相协调。

（2）土方回填，植被恢复，生态美。茅山隧道地处句容境内的茅山风景区，隧道设计中非常重视对原有植被的保护。在洞口位置选择上，尽量降低洞顶仰坡和洞外边坡的开挖高度，减少对既有植被的破坏。以“零开挖”理念为指导，遵循“早进晚出”的原则，通过适当延长明洞，尽量不扰动山体。重视明洞回填的土方调配和植被恢复。

洞门位置的确定要考虑洞门的形式、地形的变化、洞门顶仰坡高度、洞外边坡高度、土方调配等因素。综合考虑这些因素，适当延长明洞，尽量降低边仰坡高度，合理调配土方进行明洞回填，能够使被破坏的自然景观得以恢复，使洞门与周围自然景观浑然一体。

（3）动画模拟，与景观设计高协调。茅山隧道洞口景观设计中，采用效果图、三维动画模拟，比设计图纸更形象、直观的表达洞门的形状、规模，以及与周围自然景观的协调程度。通过三维动画的模拟将设计方案的总体效果以动态的形式更为形象的反映出来，如汽车驶向洞门由远及近的景观效果，从而在方案评价中为设计者提供设计依据。

三、隧道资源节约集约设计策略

1、边坡绿化防护，保护生物资源。对边坡进行绿化和防护选定隧道洞口位置时应最大限度维持山体的自然状态尽可能少的扰动山体，避免洞口出现高边坡与仰坡，以利于行车安全、保持环境协调为保证运营安全。隧道施工中遵循“早进洞、晚出洞”的原则，隧道出口采用生态洞门，即采取接长明洞的方式，保持了原始地面形态，避免了洞口变仰坡的大挖大刷。

2、退地还田。隧道建设过程中做到不乱砍乱挖，做到尽量选用荒地，少占用耕地、少拆迁。结束后，尽可能退地还田，覆盖腐质土恢复成农田或栽种树木。把工程范围严格控制在线路征地界限之内，做好了施工场地周围的植物和野生动物保护。避免植被破坏和猎杀野生动物。

3、防止被污染的土體乱分布。隧道建设过程中，对土地资源节约集约的设计主要是防止被污染的泥土分布到地面上。设计过程中尽可能将施工基坑设计成最终产品的一部分。引道边墙可设计成像有不透水芯墙的堤坝，其形式有泥浆墙、塑料板围幕或是常见的钢板桩墙。对刚板桩墙增加其挡土的功能，就可节省有价值的空间，而且可容易地达到在水下与不透水底板的连接。底板可以用水下混凝土建成。这种设计自己发展到能控制其高程和表面平整，以致达到在引道完全排干后，可减少修整工作。采用不透水的塑料板材，加镇重安放于水下以盖住基坑底部和边坡。这种方法不仅适用于隧道的引道，而且用于公路的凹槽段。使用大面积的塑料板材，以泥土作镇重安放到水下，用在主要公路交叉口起到长期良好的效果。此种方法只需用疏浚船开挖沟槽而不必排水。

4、弃渣再利用。对隧道开挖中产生的大量弃渣进行分类处理，对中硬质岩石加工成碎石或机制砂重新利用。其他废渣用运输车辆弃置至指定的渣场堆砌整齐。专人清扫施工营地和施工现场，对产生的生活垃圾及废弃物，做到集中堆放至垃圾回收点，统一管理；经当地环境保护部门同意后，定期运至指定地点进行深埋或焚烧。

（作者单位：苏交科集团股份有限公司）