马平路板可隧道纵坡设计方案比选

唐国军，周 祥，陈人豪

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

马平路板可隧道纵坡设计方案比选

唐国军，周 祥，陈人豪

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁 530029)

隧址区的地形条件是选择隧道路线纵坡的重要影响因素，隧道路线纵坡方案一旦不能和地形相适应，会影响工程数量、造价及运营安全。文章结合广西马山至平果高速公路板可隧道工程实例，从通风、照明、地质条件、施工条件及工期等方面，对该隧道路段拟定的两个纵坡设计方案进行综合比选，提出了典型山区地形条件下的隧道路线纵坡设计的注意事项，为类似地形的隧道路线纵坡设计提供参考。

隧道；纵坡；低线；高线；资源节约；设计方案；比选

0 引言

受世界经济危机的影响，我国经济增速放缓已成事实，为此，国家提出了“保增长”的要求，广西壮族自治区层面根据这一战略部署，提出了“县县通高速”的目标，考虑到广西公路在平原微丘区的路网骨架已达成，根据“县县通高速”的工作部署，新一轮的高速公路建设将主要集中在地形、地质条件相对较复杂的山区。由于路线纵面选线是公路路线设计的一大重要环节，特别是针对山岭重丘隧址区路线选择，其选定的路线纵坡是否合理将直接影响到路线质量、工程造价、车辆运行安全、运营费用等一系列问题。本文结合马山至平果高速公路板可隧道隧址区的路线纵坡设计方案， 特别是从通风、照明、地质条件、施工条件及工期等方面，对该路段拟定的两个纵坡设计方案进行综合比选，在确定出较优方案的同时，也探讨了在类似该典型山区地形条件下，隧道路线纵坡设计应该把握和注意的一些事项。

1 工程概况

广西马山至平果公路是广西高速公路网布局中“横4”苍梧(龙眼嘴)至龙邦高速公路的重要组成部分，亦是交通运输部《泛珠江三角洲区域合作公路水路交通基础设施规划纲要》区域高速公路网布局中“射9”广州至昆明高速公路支线云浮-梧州-来宾-平果高速公路的一部分，为广西及西南内陆地区连接珠三角经济发达地区的重要通道。项目的实施对完善国家高速公路网在广西境内的布局、推进广西高速网建设具有重要意义。

作为推荐线位，板可隧道是本项目唯一的一座隧道，位于平果县新安镇与马头镇交界处，为分离式隧道，隧道埋深约228～242 m。

2 地形、地质

隧道区属岩溶峰丛洼地地貌，隧道穿越的山体山势陡峻，地形呈锯齿状，局部呈瓶状，整体中部高，两侧低。自然斜坡上陡下缓，局部为陡崖。隧道间“V”字型冲沟发育，切割深度大。沿线基岩出露良好，地表植被较发育，多以杂草、灌木为主。山体间的洼地地形平坦，多呈平锅底状，覆盖第四系残坡积粉质黏土，多种植剑麻、玉米等农作物。隧道区未见滑坡、崩塌等不良地质现象，自然斜坡较稳定。

根据地质调查，隧道区地层主要为第四系人工堆积层(Qme)、第四系残坡积层(Qel+dl)、泥盆系上统(D3)地层、石炭系上统(C3)/中统(C2)/下统(C1)地层和断层角砾岩组成，见图1。

3 隧道比选方案论证情况

由于本路段隧道相对较简单，地质条件相当，设计时，采用了三个路线平面方案(K线、2B线、2D线)，由于2B、2D线存在一定的不足，因此路线平面推荐方案采用了K线。本文主要论述的就是K线隧道方案在路线纵断面的比选情况，见图2～3。

图3 隧道高线方案平面图

之所以提出隧道段路线进行纵面高低线方案的比选，主要是在隧道线位中间存在一个山槽，该山槽处的隧道埋深较浅，若隧道采用低线位不露头，则会设置一座2 157.5m长的板可隧道(低线)；若要在此处露头，则需路线纵坡拉高采用高线位，在山槽处将隧道一分为二，小桩号段的隧道仍称为板可隧道(高线)，大桩号段的隧道称为板内隧道，露头的目的是期望降低隧道通风费用，见图4。

图4 隧道相关因素示意图

两路线方案的标高相差约3～25m，隧道长度低线比高线长175m，两方案造价基本相当。比选主要从以下几个大的方向进行：

(1)洞口条件

板可隧道(高线)进口及板内隧道出口与板可隧道(低线)进出口位置相近，低线方案进口端埋深约比高线深5～7m，出口端约深3m。

板可隧道(高线)与板可隧道(低线)进口端洞口均位于沟槽中，中风化灰岩裸露，较坚硬，裂隙及溶蚀裂隙较发育，右线偏压严重，板可隧道(高线)左线与等高线正交，洞口地形较好无偏压，板可隧道(低线)左线单侧山体陡峻，路基边坡较高，隧道受单侧山体偏压影响；板可隧道(高线)与板可隧道(低线)出口端洞口中风化灰岩出露，较坚硬，局部裂隙及溶蚀裂隙较发育，围岩有不稳定因素，隧道路线与等高线正交，无偏压。

(2)施工条件

板可隧道(高线)出口端洞口位于派生断层F3破碎影响带内及矿山二级公路路基边坡上，表层为松动的块石、碎石，主要为修建二级公路的弃石，存在滚落隐患，根据边坡面和各结构面的组合关系分析，出口端出洞口为顺层坡，边坡稳定性较差，裂隙发育或风化较强，可能会产生崩塌、掉块等现象，本段下伏基岩为中风化灰岩。根据目前隧道纵面线位，出口上方矿山二级公路(沥青路面)跨过时距隧道顶仅有16～20m埋深，因此洞口的掘进易对该二级公路产生影响，如出现工程病害使路基下沉，甚至需要采用交通中断等措施，引发与矿务部门的协调问题。

板内隧道进口端洞口位于洼地内，边坡主要由残坡积粉质黏土混碎石和中风化灰岩构成，属岩土组合边坡。残坡积粉质黏土混碎石呈可～硬塑状，结构松散，土层抗冲刷能力差，厚约8m，左线影响范围约90m，右线影响范围约40m，隧道进洞采用超前大管棚预支护进洞，必要时宜进行地表加固。

两方案隧道洞身以中风化灰岩为主，岩石坚硬。板可隧道(高线)及板内隧道洞身处于区域性断层F1及派生断层F2、F4构造破碎影响带内；板可隧道(低线)处于区域性断层F1及派生断层F2、F3、F4构造破碎影响带内，K428+600～K428+800段隧道埋深约17～25m，主要覆盖含碎石粉质黏土，厚约8m，下伏基岩为中风化灰岩。K428+600～K428+800段受派生断层F3影响长度为60m，据钻孔资料显示，孔深5.4～6.2m有溶蚀现象，29～31m为薄层状泥岩，泥岩夹层正处于隧道洞身范围内，泥岩属软岩，受构造挤压现象明显，岩体破碎，洞身围岩软弱易发生涌水，突泥等不良地质现象。余下浅埋段灰岩属坚硬，岩体较破碎，呈镶嵌碎裂结构，局部裂隙及溶蚀裂隙较发育，可能发育溶洞、溶沟(槽)等，充填碎石、块石夹泥质等，易引发冒顶、坍塌等事故。

由于高线方案受矿山二级公路及洼地覆盖土影响，对两隧道的洞口极为不利，而低线方案由于受到派生断层F3影响，破碎带存在施工安全隐患，应加强地质预报及结构支护。因此，两方案各有利弊。

(3)隧道运营条件

隧道属于一个密闭空间，在行驶过程中会产生CO、烟雾、各种有害气体、噪音等，将会直接影响隧道内的空气环境及视距。对于长隧道来说，设计时还必须专项考虑火灾排烟对策及人车逃离方案。本项目此阶段拟采用射流风机式纵向通风方式，高压钠灯结合LED灯作为隧道照明方式。根据纵向通风方式特点，隧道内压及有害气体的浓度分布最高点均在隧道出口段，隧道内烟雾浓度、CO浓度、有害气体浓度与隧道长度及隧道纵坡成正比。隧道有害气体及烟雾的排放量增加，直接导致隧道内安全隐患的发生，长隧道污染空气的稀释标准与稀释难度也随之提高，控制隧道需风量的工况主要有：正常运行工况；交通阻滞工况；火灾工况三种。

隧道照明按接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段、洞外引道段设置，高线方案两座隧道间距135m，隧道间行驶时间约5s，考虑瞳孔对外部环境变化的适应速度，高线方案后续隧道入口段亮度应按照30%折减率进行折减，由于高线方案低线方案多了一个隧道的入口段，过渡段、出口段及洞外照明段的照明设施，且折减后入口段的亮度约为中间段亮度的15.4倍，隧道照明费用高线方案大大高于低线方案。

(4)综合比选情况

根据上述比选思路，具体对每项进行对比，方案对比情况见表1。

表1 高低线方案对比情况表

4 总体评价和结论

隧道的修建由于洞口往往是关键工程，高线方案需修建8个隧道洞口，低线方案则只需修建4个洞口，再考虑到高线方案板可隧道出口端洞口有矿山二级公路的干扰与影响，高线方案板内隧道进口端位于浅埋覆盖土区域，且影响长度较长。低线方案虽有200m段为浅埋破碎带，但受派生断层破碎带影响仅60m，其余浅埋路段主要为中风化灰岩，岩石坚硬，呈镶嵌碎裂结构，为Ⅳ级围岩，围岩不良地质路段较短，故低线方案的施工难度要略优于高线方案。虽然将长隧道一分为二的K线方案减短了单个隧道的长度，但由于隧道纵坡较大，对降低隧道内风压、CO及烟雾浓度效果不显著，且隧道照明费用偏高，给后期营运带来极大的负担。综合以上各因素，最终施工图阶段路线推荐方案为低线方案。

5 结语

交通运输是建设资源节约型、环境友好型社会的重要领域。节约资源、保护环境是发展现代交通运输业的重要内容，作为交通工程建设全过程中的重要环节，设计阶段如何贯彻这一要求，需要每个从业者认真思考。虽然从常识上来讲，将较长的隧道拆分为几个短隧道，首要的优点就是会降低通风及消防方面的费用，但以马山至平果公路项目上的板可隧道设计选线为例，实际这样处理不仅没有降低通风费用，反而还会加大照明方面的费用，虽然隧道短了，但土建造价并没有得到有效降低，运营费用大大增加，因此，建设资源节约型、环境友好型的新型道路，不能仅仅落在口号上、落在所谓的“常识”上，还需要进行更为细致认真的工作，只有这样，党和国家提出的建设资源节约型、环境友好型社会的目标才能早日实现。

目前，板可隧道左、右线两洞均已贯通并完成了二次衬砌的施工，施工单位正在紧张安装和调试照明、通风等机电设备，预计项目年内会建成通车，之后，该项目将为地方提供优质、便捷且安全的道路交通服务，为地方的经济建设插上腾飞翅膀。

[1]交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]王 颖.浅谈山区高速公路选线原则[J].北方交通，2008(9)：3-4.

[3]广西壮族自治区交通规划勘查设计研究院.马山至平果高速公路两阶段施工图设计(第二合同)第五册.隧道土建工程[R].2011.

[4]广西壮族自治区交通规划勘查设计研究院.马山至平果高速公路两阶段施工图设计(第二合同)第十册第四分册.特殊工点地质勘察报告[R].2011.

Comparison and Selection of Banke Tunnel Longitudinal Slope Design Plans in Maping Road

TANG Guo-jun，ZHOU Xiang，CHEN Ren-hao

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

The terrain conditions of tunnel site is the important factor affecting the selection of longitudinal slope of tunnel lines，and if the longitudinal slope program of tunnel line can not adapt to the terrain，it will af-fect the quantity，cost and operational safety of projects.Combined with Banke Tunnel engineering practices of Guangxi Mashan-Pingguo Expressway，and from the ventilation，lighting，geological conditions，construc-tion conditions，construction duration and other aspects，this article conducted the comparison and selection on two longitudinal slope design plans proposed for this tunnel section，and proposed the precautions for longitudinal slope design of tunnel route under typical mountainous terrain conditions，thereby providing the refer-ence for longitudinal slope design of tunnel route under similar terrain.

Tunnel；Longitudinal slope；Low line；High line；Resource conservation；Design plan；Comparison and selection

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.014

1673-4874(2015)06-0056-05

2015-03-03

唐国军，高级工程师，从事公路隧道的勘察设计工作。