某高速公路三滩段路线方案比选分析

韦世贵

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

三滩段(K59+400～K64+400仙垌隧道进口至三滩2号隧道出口)是某高速公路的控制性工程，其方案选择的合理性，不仅关系到整个项目的安全性及项目的经济效益，还直接影响到整个项目后期的运营安全、公路沿线的经济发展和长期的社会效益。本文通过对三滩段的工程地质条件、平纵面指标、公路用地、施工组织设计、综合比选等条件进行比选分析，确定了合适的路线方案。

1 项目总体概况

某高速公路是2010年修编的《广西高速公路网规划修编》(2010—2020)中高速公路网布局方案中“纵4”全州(黄沙河)至友谊关高速公路支线北流清湾至南宁苏圩高速公路的重要组成部分。路线总体自西向东，全长125.4 km。

三滩段路线左侧有天池大峡谷旅游风景区规划建设的山林水世界、童话小屋、峡谷漂流、汽车营地、度假酒店等旅游设施；路线沿沟谷展线，对天池大峡谷景区有干扰，且根据工程地质勘察报告结果，K60+000～K60+600段右侧为崩坡堆积体[1]，该处位于地震Ⅶ度区，若遇不利地质情况或连续降水，极有可能导致该高位滑坡体下滑，对高速公路的运营产生不利影响。因此，应各方要求，设计了两种隧道方案进行比选(见图1)。

图1 两方案总体位置图

2 方案的选择和布置情况

方案一(K线桥梁+隧道方案)：路线穿过仙垌隧道(隧道长1 130 m)后，设置长1 236.5 m的三滩特大桥(左线31×40 m，右线30×40 m)沿V型沟谷展线，接着设置长550 m的路基填筑沟底(填筑路基横断面见附件)，再设置长125 m的桥梁(3×40 m)跨越水沟，进入三滩1号隧道(隧道长2 760 m)，随后路线进入黄凌镇白流村墨菜水。

方案二(2K线隧道方案)：路线穿过仙垌隧道(隧道长1 165 m)后，设置长360 m的路基填筑沟底，进入三滩1号隧道(隧道长4 080 m)，随后路线进入黄凌镇白流村墨菜水，与方案一重合。

3 工程地质条件比选分析

3.1 工程地质概况

根据钻探、物探及工程地质测绘，方案一(桥梁+隧道方案)与方案二(隧道方案)地层主要由第四系人工填筑层(Qml)素填土、第四系冲洪积层(Qal+pl)碎石、漂石、第四系残坡积层(Qel+dl)粉质黏土、碎石及泥盆系中统郁江阶(D2y)砂岩、泥质粉砂岩、页岩和泥盆系下统(D1)石英千枚岩、奥陶系片麻岩、泥盆系碎屑岩和燕山期侵入岩等组成。两方案揭示的地层岩性基本一致。

3.2 地层岩性的影响分析

仙垌隧道、三滩1号隧道洞身段与断层斜交，三滩2号隧道则位于云开隆起影响带范围内，相应路段围岩等级比较低，但总体来说构造活动已经趋于稳定，区域地质稳定性总体较好，满足公路建设要求。地层岩性以奥陶系片麻岩、泥盆系碎屑岩和燕山期侵入岩为主，覆盖层较薄，基岩抗风化能力较差，节理极发育，岩体完整性差异性比较大，且存在软弱夹层。因此，本项目隧道的洞口、洞身地质条件略差。仙垌隧道、三滩1号隧道围岩以半坚硬-软质碎屑岩为主，受构造活动影响，基岩风化破碎比较严重，个别隧道存在构造破碎带、基岩破碎带等不利夹层，对隧道洞身稳定性较为不利，有可能在施工掘进期间引发安全问题，应该加强支护，并做好应对措施预案[2]。三滩2号隧道围岩以半坚硬-软质变质岩及半坚硬-坚硬岩浆岩为主，属于断裂及褶皱活动复合影响带，未与断裂构造直接相交，基岩完整性相对较好，总体上以中风化基岩为主，但局部存在构造破碎带，对隧道洞身稳定性不利。因此，隧道施工宜做好地质超前预报工作，预先了解前方可能存在的破碎带、软弱夹层等不良地质的位置、规模和走向，以指导施工，确保隧道施工的安全与稳定。根据工程钻(物)探成果资料，沿线各隧道场地工程地质条件总体较好，具备工程建设条件，路线方案不受影响。

3.3 不良地质的影响分析

方案一的地层岩性主要为泥盆系中统郁江阶(D2y)砂岩、页岩，砂岩为砂质结构，薄-中厚层状构造，岩质较硬；页岩为细砂、泥质结构，页理构造，岩质较软，风干失水易开裂、软化，两者主要呈夹层或互层关系。页岩岩质较软，易软化，自然斜坡稳定性较差[3]，在暴雨季节地表水下渗及人工破坏等触发因素下，有可能引起边坡崩塌、滑塌、滑坡等不良地质。因此，边坡及隧道进出洞口的边坡、仰坡需增强防护。

根据野外地质调绘及钻探揭示，K60+000～K60+600段右侧边坡为崩塌堆积体，崩塌堆积体厚度达7.0～25.1 m，下伏基岩为强-中风化页岩，自然斜坡稳定性较差，在暴雨季节地表水下渗及风力电厂公路开挖等人工破坏触发因素下，有可能引起边坡崩塌、滑塌等不良地质。

方案二在2K59+800～2K60+180段从天池大峡谷一侧穿过，隧道埋深0～100 m不等，且左线左侧拱肩厚度较薄；ZK59+880～ZK59+960段左侧拱肩厚度为25～45 m不等，地形偏压严重。此外，该段隧道围岩岩层倾角为42°～70°不等，存在一定的地质偏压。

方案二在2K60+800～2K61+060段从留基塘村庄下方穿越，该段隧道埋深约165 m，围岩为薄-中厚层状强风化页岩。该段为物探电阻率低阻异常区，岩石裂隙密集发育，岩体破碎，围岩稳定性极差，易出现冒顶、大坍塌等地质灾害，可采用全断面帷幕注浆后再进行隧道开挖等方案解决。

3.4 构造因素的影响分析

根据区域地质资料并结合地质调查资料，三滩段为博白-北流褶断带的次生断层F6通过，该断层分布于三滩、墨菜水、塘肚一带，西南端止于三滩区域断裂，长约14 km。受该断层影响，区域内岩体裂隙极发育，岩体极破碎-较破碎，隧道区围岩级别等级较低，隧道围岩以Ⅳ级围岩为主，占总长的44.9%，Ⅴ级围岩次之，占总长的28.3%，最后为Ⅲ级围岩，占总长的26.8%。由于页岩岩质较软，岩体极破碎-较破碎，所以桥梁主要采用摩擦桩基础。

3.5 隧道水文地质条件的影响分析

隧址区内无大的地表水体，主要为三滩冲沟溪流，地下水主要为赋存于第四系覆盖层中的孔隙水及基岩中的破碎带及构造裂隙水。隧道开挖时涌水量不大，大部分路段地下水出水状态以潮湿、点滴状、线状为主，局部为淋雨状、股状，一般不会出现大的涌水现象。局部岩石裂隙发育，岩体破碎的地段和地下水富集地带，水量相对较丰富，可能会出现小规模涌水现象，所以在隧道开挖时，应加强地质超前预报工作。

4 方案平纵面指标及连续均衡情况比选分析

方案一：路线沿沟谷展线，平面以曲线为主，平面共设置交点5个，平均每公里交点个数为0.867个，平曲线占路线长度的72.5%，圆曲线最小半径R=1 880 m，直线最大长度为921.647 m。

K线纵断面设计共设变坡点3个，平均每公里纵坡变更次数为0.520次。竖曲线占路线总长的25.3%，最大纵坡3.0%/1处，最小坡长750 m。最小竖曲线半径：凸型20 000 m/2处，凹型45 000 m/1处。

方案二：方案以隧道为主，平面共设置交点2个，平均每公里交点个数为0.356个，平曲线占路线长度的50.8%，圆曲线最小半径R=2 000 m，直线最大长度为2 517 m。

2K线纵断面设计共设变坡点2个，平均每公里纵坡变更次数为0.356次。竖曲线占路线总长的10.9%，最大纵坡2.6%/1处，最小坡长1 400 m。最小竖曲线半径：凹型22 000 m/1处。

5 公路用地情况分析

方案一与方案二征用土地范围的差异主要在沟谷段。方案一在沟谷段占地约为0.102 km2，主要占用水沟、林地及旅游公路；方案二隧道占地约0.038 km2，主要占用沟谷及林地。

6 方案对旅游景区的影响分析

方案一：路线沿沟谷展线，对天池大峡谷景区有干扰，需改移旅游公路1 050 m，改移风电厂便道150 m，改移水沟888 m，同时影响左侧规划的植物园、童话小屋、漂流等旅游项目。

方案二：路线以隧道为主，需改移水沟500 m，对景区基本无干扰。

7 方案对沿线环境的影响分析

方案一沿沟谷展线，占用旅游公路和河沟，对环境影响较大的因素主要是施工便道及旅游公路改道开挖，边坡易产生滑塌。方案二以隧道穿越山体，2K61+000处正上方有村庄，受陆川区域大断裂影响，区域地质构造发育，围岩等级差，且隧道埋深165 m，隧道施工时，若导致地下水位下降，存在村庄房屋开裂的风险，影响户数30户。经地方政府调查反馈，该村庄均为土房，极少人居住。由此，方案一对环境影响大于方案二。

8 施工组织设计比选分析

方案一在K60+600～K61+250段右侧沟底填筑2 m高的片石，片石量为16 850 m3。片石从博白县恒基建材有限公司石场采购，位于K56+600段右侧，运距3.5 km。路基填土29万m3，利用三滩1号隧道洞渣20万m3，利用仙垌隧道洞渣9万m3。桥梁为31跨×40 m跨径。仙垌隧道进口桩号为K58+200，预制梁厂设置在K57+400～K58+000路基段，长度约为600 m，宽约28 m。根据以往项目经验，对于这种地形下31跨下构施工完成需要时间约为15个月。

方案二主要为路基和隧道，路基段K59+420～K59+780共长360 m，填方约35.8万m3，其中利用仙垌隧道洞渣7.8万m3，利用三滩1号隧道洞渣28.0万m3。

两方案各隧道围岩分级及工期预测如表1～2所示。

表1 隧道围岩划分及工期一览表(方案一)

表2 隧道围岩划分及工期一览表(方案二)

结合仙垌隧道和三滩特大桥施工工期的预估，拟定在仙垌隧道打通后通过隧道来进行运梁并进行架设。

9 主要工程数量、造价的比选分析

对两方案进行同深度比选，其主要工程数量及造价比较见下页表3。

与方案一相比，方案二隧道长度增加1 355 m。受限于当前的技术水平，隧道围岩等级划分无法保证准确，根据以往的工程经验，隧道围岩负变更的可能性更大，使隧道造价的控制更难。

表3 工程数量、造价综合比较表

10 方案一与方案二综合比选分析

(1)安全性

方案一的路线从沟谷穿越，K60+000～K60+600段右侧山体有在建风电厂施工便道，该山体为崩塌堆积体，在遇地震或连续降水时，有可能出现小型滑塌，且桥面距离山体19.8 m。K60+650～K61+150左侧山体为逆向坡，设12 m高抗滑桩+2级边坡，在遇地震等不利地质情况下或连续降水时，也有可能出现小型滑塌[4]。这两个路段存在一定的施工及运营风险，但均在可控范围内。

方案二的路线以隧道穿越，三滩1号特长隧道进口段与左侧峡谷近似平行，峡谷所在位置为断层，隧道所在山体陡峭，坡度>45°，山体表层岩体较破碎，稳定性差，存在浅层滑塌。左线进口段约200 m的洞身拱肩厚度较薄，最薄处(ZK59+910)仅有28 m左右，地形偏压严重；加之岩层倾向峡谷且倾角较大(42°～70°)，存在一定的地质偏压。此外，隧道施工爆破振动荷载较大及隧道地处抗震设防烈度Ⅶ度区，在多重因素的作用下，隧道进口段在施工和后期运营的过程中存在垮塌的风险。

另外，2K线三滩1号特长隧道在K60+800～K61+060段下穿村庄，该村所处位置为洼地，地表分布较大面积的沼泽。物探结果显示，该段岩石裂隙密集发育，岩体破碎，围岩稳定性极差，富水性强，易出现冒顶、大坍塌等地质灾害，施工风险大，且隧道开挖后可能引起地下水位的下降，导致地表沉降和房屋开裂，施工期间需对村庄进行迁移。

(2)工程规模

方案一比方案二路线长150 m、桥梁长1 361.5 m、隧道短1 355 m、土石方数量少7.4万m3、工程造价少6 887.1万元。

(3)建设条件

方案一在沟谷中施工，占用河沟和地方旅游公路，需改移景区中的道路，干扰地方漂流旅游项目，协调相对困难。部分桥墩位于山体上，地形陡峭，桥梁施工时，设备搬运相对困难，工作场地受限。预制场设在仙垌隧道前方的路基上，范围有限。

方案二两隧道之间路基长度为360 m，需要填方34万m3，可将隧道洞渣利用起来。仙垌隧道弃渣总量为26.1万m3，三滩1号隧道弃渣总量为95.8万m3，可利用洞渣进行路基填筑。

方案二中三滩1号隧道为特长隧道，建设难度大。穿越村庄段地质条件差，富水性强，易出现冒顶、大坍塌等地质灾害，该段拟采用全断面帷幕注浆+双层小导管超前支护+抗水压二次衬砌穿越，施工复杂且难度大，可能会影响整个项目的工期。

与方案一相比，方案二隧道长度增加1 355 m，隧道洞渣增加31.2万m3。隧道进口地形狭窄，无法弃渣，这部分洞渣需转运至较远处的弃渣场，费用高。

(4)后期运营

与方案一相比，方案二在该路段由北流至浦北方向一路下坡，先是以1.6%的纵坡穿过长4 080 m的三滩1号特长隧道，经过360 m路基后进入纵坡为1.1%长1 165 m的仙垌隧道，且三滩1号隧道为特长隧道，长4 080 m，通风、照明、消防标准更高，运营成本更高。

11 结语

三滩段是某高速公路的控制性工程，其方案选择的合理性，直接影响到整个项目后期的运营安全及公路沿线的经济发展和长期的社会效益。从工程地质条件看，两个方案均可行，都存在不利的地质因素，但都可以采用不同的处理方案解决。另外，区域地质条件决定了两个方案的地质条件较差，两者之间差异性不显著。从平纵面指标、对旅游景区的影响、对沿线环境的影响、施工组织设计、工程数量、造价、工程规模、建设条件等方面进行对比分析，方案一与方案二各有优缺点，总体上方案一优于方案二。