基于傍山公路隧道洞口形式的设计分析

基于傍山公路隧道洞口形式的设计分析

吴振

中国公路工程咨询集团有限公司 北京市 100089

摘要：近年来，随着我国经济的飞速发展，交通运输速度越来越快，对傍山公路修建技术水平的要求随之提高。山区的高速公路通常傍山而建，由于山壁长期受风化和河水侵蚀的影响，地势往往非常陡峭。因此，修建傍山公路隧道时，隧道的位置要向山一侧移动，这样才能够避免洞壁因河水冲刷而变薄。山区地质条件较为复杂，时常会发生山体滑坡、泥石流等破坏山体平衡的地质灾害，这也加大了隧道洞口的修建难度。基于此，本文对傍山公路隧道洞口的设计形式进行了分析研究。

关键词：傍山公路；隧道洞口设计；问题分析

在传统的隧道洞口修建过程中，最常采用的洞口设计形式是偏压明洞式和路堑形式。偏压明洞施工时，对边坡进行喷锚支护处理后施作明洞并回填，其优点是施工工艺简便，但由于其混凝土使用量最多，因此造价也最高。而路堑形式则需要对边坡进行刷坡处理，其优点是安全性非常高，但却会对周围环境造成极大的破坏。这两种设计方式虽然具有一定的优势，但在长久的使用中也暴露出了许多问题。传统的设计方法与当下倡导的绿色生态理念无法完美协调。基于此，本文提出了两种隧道洞口设计形式：棚洞式和盖挖法半明半暗式。

一、棚洞的设计

通常棚洞具有美观大方、结构轻巧等特点。除却造型，棚洞洞门的设计更需要考虑山体与结构受力稳定的因素。以江苏宁淮高速公路老山二号隧道为例，老山二号隧道所处山脉地形较陡且隧道的出口位于山体中间的低洼处。隧道岩层为矿石层，中密。隧道经过老山森林公园，因而在对隧道洞口进行设计时需要秉持绿色环保的理念，满足不破坏生态环境的要求。通过分析老山二号隧道山体的隧址环境条件可知，右线出口YK6+524~YK6+900是全长为376m的平顶斜腿支撑棚洞景观结构。

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山二号隧道棚洞靠山侧结构的内部轮廓与暗洞隧道的内部轮廓完全一致。隧道的主轴承结构为拱形钢筋混凝土棚结构，该侧结构下部采用扩大基础形式；结构和边坡之间是用钢筋混凝土和浆砌片石进行回填的。而另一侧则采用桩基础，以平板、托梁等支撑体系作为支撑，除此之外，还可以采用扩大基础或是深长腿基础，并在斜对应位置设置横向地基梁，将左右侧基础进行连接。详见图1。

图1 老山二号隧道棚洞形式

公路棚洞进行这样的设计，极大地降低了高大边坡运营所造成的安全隐患，其运营安全性是非常高的。而采用回填绿化的方式，又最大程度地对周边自然环境进行了恢复，其运营舒适度也有了很大提高。但是这样的棚洞设计施工难度却非常大，因此这对施工人员及施工技术也有着严格的要求。棚洞的设计很大程度上减少了公路的开挖范围，公路用地较少，这样也能最大程度减少对周围环境的破坏，符合绿色发展的理念。而在棚洞的内部也进行了回填，这有利于棚洞内植被的快速恢复，使其拥有较好的运营景观。

棚洞的设计形式是非常多的，例如悬臂棚洞、柱式棚洞等，采用棚洞能够最大范围地保留原始自然景观，减少对周围环境的破坏。而外侧的柱子使得隧道与外界融为一体，减少了行车压抑感。采用棚洞有很大的优势，一方面是能够有效防止滚石落到路面，避免对行车造成的威胁，另一方面是可以起到增光的作用。棚洞的接长，有效地减少了路基的开挖数量和开挖高度；从环保美观的角度来讲，棚洞顶部植草回填，可以对洞口边仰坡进行绿化，减少了刷坡的范围，并且能够有效协调棚洞整体结构与周围环境的美化。这种设计方式能够很好地展现棚洞的社会效益，在山区公路的修建上值得借鉴，具有较大的推广价值。

二、盖挖法半明半暗结构设计

在对洞门进行设计时，也可以考虑采用半明半暗形式的盖挖法。如前文所述，傍山隧道洞门的设计应该以与自然环境相融合为原则，尽可能地减少开挖范围，保持原始地形地貌特征。在考虑保护环境的同时，还需要考虑到洞口的安全问题，在进行设计时要有效协调这二者的关系，既不因为保护环境而忽视安全问题，也不因为重视安全问题而破坏环境，这时就可以采用半明半暗的盖挖法来进行设计。

以包茂高速公路上的芭蕉特长隧道为例，该隧道位于陕西省紫阳县的鸡鸣村，隧道洞口位于任河左岸，隧道底部与河床高差约是40m，原地表坡度45°~60°。地表植被非常稀疏，碎石土外露，该隧道的地形存在严重的偏压情况，左线出口约70m处严重偏压。根据对实际地形地质的分析，该隧道左线出现V级围岩地段ZK274+633~613段洞身局部外露或是覆盖层较薄，因此暗洞成洞较为困难，但如果采用明洞形式，会因为边坡过高带来巨大的安全隐患。因此就可以采用半明半暗式结构来降低开挖的高度，可以利用挡墙来增加坡体的整体稳定性。详见图2。

图2 盖挖法半明半暗形式

对于隧道边坡的开挖和防护工作，应避开雨季进行。开挖一级防护一级，且边坡开挖的纵向长度不宜太长，应尽量控制在10m左右。其次，挡墙施作前需再一次核查地基的承载力，要保证[ơ]≥250KPa。傍山公路隧道的浅埋大多是因为隧道依山傍河，位置过于靠河所造成的。因此，如果山体岩质及结构都较好，就不易产生偏压。大多数情况下，偏压出现在岩石软硬不均匀或是松散堆积层等地质不良的地段。由于洞口外的偏压地质构造，因此很可能出现不对称荷载的情况，因此在施工时采取盖挖法施工的半明半暗的洞门形式就能够很好地解决这一问题。由于洞门外侧必须坐上基岩，因此，有时会对外侧做扩大基础的处理，有时则需要采取施作抗滑桩基础的方式进行处理。如果遇到洞口局部地段外侧挡墙基础悬空的情况，就可以考虑设置防滑桩，以此保证边坡的稳定性。采用盖挖法施工的地段，在套拱完成后，洞内的施工可以采用CD法或CRD法进行，这种方式能够消除地形偏压。

三、四种施工方法的对比

从边坡高度来讲，路堑形式永久边坡很高；偏压明洞形式的临时边坡较高，而棚洞形式的临时边坡较低，盖挖法半明半暗式的临时边坡高度最低。从边坡坡率来讲，路堑形式、偏压明洞形式和棚洞形式的边坡坡率都较小，只有盖挖法半明半暗式的边坡坡率较大。从植被的破坏面积来讲，路堑形式以及偏压明洞形式的破坏面积较大，棚洞形式对于植被的面积破坏较小，而盖挖法半明半暗式是最小的。从社会意义层面讲，路堑形式及偏压明洞形式都不利于环保，路堑形式对于环境的破坏非常严重，而棚洞形式和盖挖法半明半暗形式是有利于环境保护的。就施工风险来讲，路堑形式的施工风险是最大的，盖挖法半明半暗式是最小的。通过对比可以发现，棚洞法和盖挖法半明半暗形式的优点非常多，并且也符合如今环境保护的要求。

结语

以上对傍山公路隧道洞口设计过程中可能遇到的一些问题进行了分析，并提出了两种设计方法，棚洞法和盖挖法半明半暗式，这两种设计方法能够最大程度地减少公路开挖的范围，保护自然环境，并且施工风险也相对较小，在对傍山公路隧道洞口进行设计时，可以对实际地形和地质进行分析，做出合理选择。

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