麒麟观特长公路隧道路线方案比选分析

邹永艳 代少力

摘要：文章结合麒麟观隧道工程实例，从路线平面、纵面、通风、施工、运营成本等方面，对工可阶段与设计阶段的不同路线方案进行了综合比选分析，最终确定了隧道路线推荐方案。

关键词：麒麟观隧道;隧道路线方案;地质选线;岩溶隧道

中图分类号：U452. 1+3文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 034

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0123 - 04

0 引言

麒麟观隧道是呼和浩特至北海高速公路宜都（全福河）至鄂湘界段的重大控制性工程，长约2x8.2 km，属于特长公路隧道。隧道出口紧邻鄂湘省界，区域岩溶发育，存在岩溶管道和地下暗河，并与规划的高速铁路以隧一隧方式相交。因此，隧道路线方案的确定对于优化路网结构、降低工程规模及控制风险具有重大意义。本文对该隧道路线方案进行比选分析。

1 工程概况

呼和浩特至北海高速公路是国家公路网规划中新增纵线G59，是纵贯湖北省西部地区的一条省际通道。目前湖北省内构成此通道的郧十、十房、保宜、宜张北高速公路均已建成通车，白洋长江大桥段正在建设，宜张南高速公路建成通车，宜都（全福河）至鄂湘界段（以下简称“本项目”）是该通道的最后一段。

本项目全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度为80 km/h，整体式路基宽度为25.5 m，分离式路基宽度为12. 75 m。起点与宜张南高速T型交叉，路线向西南前行，沿大沟布线，在财神庙以西进入麒麟观隧道，路线向西绕避麒麟观暗河管道，在五峰渔洋关镇杨木洞村附近“露头”跨南河，设置南河岭隧道，继而再次设置炉红山隧道穿越鄂湘两省交界炉红山，对接呼和浩特至北海高速公路湖南段，项目终点位于鄂湘两省交界处，推荐线路线全长约18. 803 km。项目地理位置如下页图1所示。

1.1 隧道概况

麒麟观隧道是本项目控制性工程，为上、下行分离的四车道高速公路分离式特长隧道，建筑限界为10. 50 mxs.Om，进口位于湖北省宜都市王家畈乡大沟村，出口位于湖北省五峰土家族自治县渔洋关镇麒麟观村。初拟隧道左洞起讫里程桩号为ZK7+917～ZK16+ 133，长8 216 m，最大埋深约360 m;右洞起讫里程桩号为YK7+946～YK16+170，长8 224 m，最大埋深为363 m。左洞推荐采用1座竖井分两段送排式通风，右洞推荐采用1座斜井分两段送排式通风。

1.2 隧道工程地质

隧道区地形地貌属构造剥蚀溶蚀侵蚀低山地貌，台地地形。隧道横穿仁和坪东西向山脉，位于南河北岸，经过区域山顶地表地形整体呈波状起伏，出口南河为岩溶溶蚀深切形成的深谷，两岸岸坡均较陡。

隧址区地质构造位于仁和坪向斜北翼至核部，向斜北翼较平缓且呈波状起伏，其产状多变，由多个次级小型背斜与向斜组合而成;向斜核部岩层较陡直，核部挤压过渡区由多个紧闭向斜与背斜构成。

隧址区地层主要为志留系至三叠系地层，三叠系地层有嘉陵江组（T1j）肉红色中厚层至厚层状微晶灰岩，大冶组（T1 d1-T1 d2）浅灰色至青灰色薄层至中厚层状致密灰岩，长兴组（ P2c）灰白色中厚层状灰岩，吴家坪组（ P2 W）深灰色薄层状硅质岩，茅口组（P1 m）灰色厚层灰岩，栖霞组（P1 q）灰岩、燧石条带灰岩夹黑色页岩，石炭系（C）厚度极薄的泥质灰岩;志留系地层有泥盆系（D）灰白色、肉红色块状石英砂岩，纱帽组（Ssh）黄绿色薄层状细粒石英砂岩、粉砂岩及页岩。其中S-D属于非岩溶区;P1m属岩溶强发育区;P2w属岩溶不发育区;P2c属岩溶中等发育区;T1 dl属岩溶弱发育区;T1δ一T1j属于岩溶极发育区。

根据调查区岩溶地下水的补给、径流和排泄特点，可将隧址区划分为黄龙洞地下暗河系统（Y-1）、大沟分散排泄岩溶水系统（Y-2）、南河北岸分散岩溶水系统（N-1）、麒麟观暗河系统（N-2）、大泉河岩溶水系统（N-3）。其中黄龙洞地下暗河系统（Y-1）与大沟分散排泄岩溶水系统（Y-2）发育于二叠系岩溶含水层中;南河北岸分散岩溶水系统（N-1）、麒麟观暗河系统（N-2）、大泉河岩溶水系统（N-3）发育于三叠系岩溶含水层中。

从岩溶水文地质角度看，本项目控制性工程为穿越仁和坪向斜的麒麟观隧道，该隧道为特长复杂岩溶隧道，其岩溶及岩溶地下水的发育情况将直接关系到线路方案的确定以及隧道施工和运营过程中突水、突泥风险的控制。

2 工可阶段路线方案研究

根据路线整体走向及通道方案研究，结合路线起点、终点及中间控制性因素，工可阶段针对麒麟观隧道拟定了A、B、C三个方案，如图2所示。

三个方案的拟定思路和总体区别在于：A方案绕避了麒麟观暗河主管道，为减小省际隧道工程规模，利用湖南省裕民村以南沟谷走廊带布线;B方案为走向顺适方案，隧道与麒麟观暗河管道平面交叉;C方案绕避了麒麟观暗河管道，并从走向顺适的角度布设线位，在一定程度增加了省际隧道炉红山隧道工程规模。A、B、C方案在湖南省境内干沟河附近汇合，继而共线至慈利，涉及湖北、湖南两省。各方案比较见表1～2。

从表1～2可以看出，单从路线长度、工程規模来看，B方案走向最顺适，里程最短;A、C方案为避开麒麟观暗河管道，存在一定的绕行;C方案较A方案路线更为顺适，工程规模较A方案小。

从隧道地质条件来看，B方案麒麟观隧道位于麒麟观暗河系统，穿越暗河的集中排泄通道，施工期间易形成瞬时高压突水以及持续突水涌泥，施工风险大，后期运营阶段存在较大风险;A、C方案绕避了麒麟观暗河管道，施工风险可控;根据呼北高速湖南段工可研究报告，C方案省界炉红山隧道湖南境内岩溶发育，存在较大地下暗河。

经综合比选和两省协商后，工可推荐A方案。

3 初步设计隧道路线方案比选

本项目初步设计阶段，襄常高铁工可推荐方案已确定。本项目与襄常高铁在五峰县渔洋关镇沙淌村相交，交叉方式为隧道与隧道相交，铁路下穿公路。为增加高速公路与高速铁路的交叉角度，减小麒麟观隧道与高铁马岩墩隧道交叉段的影响长度，优化麒麟观隧道纵坡，寻求合适位置跨越高铁。初步设计在工可推荐A方案的基础上，对麒麟观隧道工可推荐方案进行优化，拟定了K线和A1线方案，如图3所示。

本项目高程控制点是起点KO+ 000交叉处的宜张南高速公路设计标高228. 215 m和襄常高铁交叉处的高铁设计标高及麒麟观隧道出口南河设计洪水位467. 69 m。路线起点至麒麟观隧道进口之间约8 km布设了起点全福河枢纽互通、大沟停车区、省界收费站，扣除以上段落路线所需设置的缓坡外，麒麟观隧道进口其余路段纵坡均达3%～4%。

襄常高铁需在渔洋关设置高铁站，受渔洋关高铁站标高影响，同时高铁马岩墩隧道需在南河露头，高铁隧道原设计纵面指标为20‰11 136. 438 m、29‰/8 000 m、-4. 07‰/2 600 m。

经与襄常高铁设计单位协商、论证，結合交叉处隧道地质情况，交叉处公路设计标高与高速铁路设计标高高差拟按≥35 m的最低要求控制，并通过增大公路上坡坡度、减小铁路上坡坡度进行调整，高铁长上坡由原29‰/8 000 m调整为27. 18‰/8 000 m。

受本项目起点宜张南高速设计标高影响及设置互通、停车区、主线收费站纵坡需要，麒麟观隧道进口高程基本确定。为优化隧道纵坡，利用公路与铁路纵坡之差，结合交叉处地质情况，K线、Al线只能选择在工可A方案以西提前跨越高铁。由于K线、A1线总体隧道地质相当，上跨高铁之前，两方案的比选核心就是纵坡比选，通过增加路线长度来达到减小隧道纵坡的目的。方案比选见表3。

从表3可以看出，两个方案隧道土建工程造价相差不大，平面指标均较高。Al线平面线形相对更顺畅，但A1线与襄常高铁交叉角度小，隧道影响段长度长，隧道纵坡达2. 3%，坡长较长，考虑本隧道为特长隧道，下行方向隧道洞外为连续长大下坡，需减小隧道纵坡有利于行车安全，并满足《公路隧道通风设计细则》中“长度L>5 000 m隧道、纵坡宜控制在2%以下”的要求;K线路线呈S型，对通风有一定影响，由于K线纵坡较小，斜竖井规模较A1线小、斜井施工条件好，隧道运营风机总装机功率较A1线小、运营通风成本低。

经综合比选，初步设计推荐K线。

跨越高铁后，由于白岩圈以南至南河为岩溶极发育地段，也是隧道主要涌水地段，考虑施工排水，减小运营阶段排水路径需要，在白岩圈附近设置人字坡。同时考虑麒麟观隧道出口施工便道设置需要，避免前后隧道通风串流，减小省界炉红山隧道规模，避免炉红山隧道采用分段式通风，降低管理难度和运营成本，经综合比较后，K线麒麟观隧道纵坡设置如图4所示。

4 结语

经过综合对比分析，初步设计K线为麒麟观隧道推荐方案。对于长大隧道，特别是岩溶发育地段隧道以及涉及铁路共用走廊带的隧道，在进行路线平纵比选时有以下结论和建议：

（1）长大隧道在服从路线总体走向的前提下，应重视地质条件比选，当地质条件复杂时，特长隧道应控制路线走向。

（2）岩溶发育地段特长隧道应根据隧道涌水情况，结合隧道施工、运营管理设置人字坡，合理确定人字坡变坡点位置。

（3）特长隧道应考虑全寿命周期内隧道运营通风成本，有条件时应尽量减小隧道纵坡。

（4）当公路、铁路共用路线走廊，路网位于省界时，在设计各阶段，不同设计单位之间应及时沟通衔接，统筹设计。

（5）在设计阶段，应统筹公路规划、设计、建设、运营、管理、服务全过程，强调均衡协调，突出建、管、养、运并重，降低隧道全寿命周期成本。

参考文献

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[6]中国地质大学（武汉）.宜昌一张家界高速公路渔洋关地区岩溶水文地质专题研究报告[R].武汉：中国地质大学（武汉），2018.

作者简介：邹永艳（1978-）.高级工程师，主要从事隧道工程设计工作。