王學軍 陳彬 王濤 安冠宇

中交第一公路勘察設計研究院有限公司

摘 要：

深山峽谷區建設的高等級公路，往往在穿越山脈時設定特長乃至超特長隧道。以昭通至西昌高速公路四川段專案的金陽隧道區段總體設計為例，簡述高速公路越嶺段總體設計，分析超長越嶺隧道軸線方案如何選擇，提出分析比較思路和總體設計原則。

關鍵詞：

高速公路；深山峽谷區；走廊方案選擇；隧道軸線方案；敏感因素分析；

隨著我國高速公路建設的持續推進，在地形地質條件極端複雜的川藏、滇藏高山峽谷區域也已經開始公路建設，長度超過10 km的越嶺隧道已不再鮮見。本文以昭通至西昌高速公路四川段專案的金陽隧道區段總體設計為例，簡述高速公路越嶺段總體設計，分析超長越嶺隧道軸線方案如何選擇，以期給後來者提供借鑑。

1 專案建設條件

根據路網規劃，昭通至西昌高速公路四川段專案總體走向為由東向西，穿越橫斷山脈，屬於四川省大涼山地區，處於川西南橫斷山系東北緣。區域大氣環流複雜多樣，乾季雨季分界明顯、同時還具有立體氣候特徵。

區域處於四川省Ⅰ級構造單元——揚子準地臺的西南緣，構造形跡主要以北東向為主。其地質發育歷史不同，沉積的環境、物質也有一定的差異。其地層為上揚子地層區康定地層分割槽。隧址穿越的馬鞍山東西兩側均為志留系、寒武系砂泥岩、灰巖、白雲岩，山脊處有長城系黃草嶺組千枚巖。

區域內斷裂均為非全新世活動斷裂，影響較大的斷裂為臭水井斷裂（F7）。

（1）臭水井斷裂（F7）：所切地層最老為震旦亞界，最新地層為下志留統；斷裂所經之處造成地層缺失，產狀混亂，帶內岩石破碎擠壓強烈，片理髮育；斷裂平直光滑，傾向南東，傾角為50°～75°，為張扭性正斷層，全長46 km。其北西盤朝東向高度仰衝，故其斷面總體應傾向北西，區域性向南東呈波狀。

（2）臭水井次生斷裂（F7-1）：為臭水井斷裂的次生斷裂，位於臭水井斷裂下盤西側，間距約250～300 m； 斷裂平直光滑，傾向南東，傾角為70°；斷裂方位一般在北東25°～45°，正斷層，全長約3。8 km； 斷裂頻寬度約為15 m。

地震動峰值加速度為0。15 g～0。20 g（相對應的地震烈度為Ⅶ、Ⅷ），地震動反應譜特徵週期為0。45 s。

2 走廊方案研究與比較

路線起點接沿江高速公路，從東面的金沙江河谷穿越馬鞍山向西至西溪河谷。結合整體地形的適應性，工程上能夠成立的有南（A線）北（C線）中（K線）3個走廊方案。

從圖1可以直觀地看到，A線的建設里程、運營里程均較長，工程經濟性較差，因此直接捨棄，不再研究。

K線、C線路線里程接近，從4個方面對2個方案做進一步研究比選，不遺漏重大方案。

（1）建設里程與運營里程（共線里程）的比較。

專案起點在春江，部分路段與沿江高速共線，K線在區段內新建里程約38。233 km， 運營里程約54。915 km（共線16。682 km）；C線新建里程約28。806 km（短約9。427 km），運營里程約51。250 km（共線22。444 km， 較長，干擾較大）。

圖1 路線走廊方案平面(A線、K線、C線)

（2）路網結構。

依據《四川省高速公路網規劃（2011年調整方案）》，金陽縣是本專案的重要控制點之一。從與金陽縣的連線和對地方區域輻射作用兩個方面來看，C線均較優，地方政府傾向於該方案。

（3）地質條件。

區域地質情況相當。K線利用隧道繞避了大量不良地質，整體地質情況優於C線；C線起點的7。5 km明線屬於地質災害高發路段。

（4）控制性工程：金陽隧道。

K線：金陽隧道長11 095 m， 隧道內採用人字坡，分別為1。3%/5 530 m、-0。5%/5 557 m； 設定2座無軌斜井，總長4 050 m； 施工難度中等。

C線：金陽隧道長17 405 m， 隧道內採用單坡，為1。95%/17 455 m； 設定4座無軌斜井、總長10 000 m， 以及2座行導洞、總長7 600 m； 施工難度大，工期長。

從控制性工程來看，K線優於C線。

（5）走廊比選結論。

綜上所述，C線地質條件較差，其控制性工程金陽隧道採用17。405 km單向坡（1。90%），施工、運營的安全風險均較高。K線與C線相比，除與省高速公路網規劃的控制點——金陽縣存在偏差外，路線方案直捷，運營里程短，工程規模小，綜合效益最高，且地質條件較好，工程實施難度適中。

因此，在越嶺走廊方案選擇中，以K線為最優。

3 隧道軸線方案選擇

3。1走廊帶控制因素分析

K線走廊的隧址處，主要控制因素就是地形條件，本段路線起點設定蘆稿樞紐接沿江高速公路，高程為718 m， 為確定性、控制性高程（沿江高速公路已開工建設）。隧道出口的西溪河河谷及洪水位高程控制區段內的整體縱坡和平面線形展布分析如下。

蘆稿鎮水源保護區位於蘆稿林河北岸，是金陽縣蘆稿鎮的飲用水水源地，有另選址的條件，對金陽隧道進口前的路線爬坡展線有一定影響。

樂安溼地公園位於西溪河西岸，控制A2線隧道出口處的路線平面佈設。

地洛電站引水隧洞位於西溪河東岸，區段內縱坡約為0。3%，高程介於1 168 m至1 185 m之間。隧道出口與其干擾較大。

GK線隧道出口處及對岸的大型不穩定斜坡堆積體，影響隧道出口位置選擇。

3。2隧道坡度需求

基於隧道通風計算及安全性評價結論的要求，隧道內縱坡設定有2道界限，即2。5%和3。0%。本隧道按照2。5%為限考慮。

基於隧道排水需要，隧道內縱坡不宜小於0。5%。

本隧道位於貢覺高山～金陽連續長下坡的終點段，基於隧道段的道路安全性評價結論，隧道內縱坡不宜大於2。0%。

作為超特長隧道，隧道盡量選擇人字坡，便於施工。

3。3隧道進出口高程選擇

根據受控因素分佈情況及隧道縱坡，佈設了低進低出（A2線）和高進高出（K線）兩種佈線方案，由此進行了2個隧址方案選擇比較。

A2線從樞紐互通之後直接進金陽隧道，進口高程為766。85 m； 隧道出口避開了地洛電站引水隧洞，僅受西溪河洪水位限制，高程選擇在916。23 m； 之後沿西溪河向上遊展線爬坡。隧道軸線為直線，坡度組合採用+1。95%/9 270 m和-1。0%/3 490 m。

K線從樞紐互通之後考慮先展線爬坡，爬升到海拔1 000 m之上再考慮進金陽隧道；出口受西溪河河流洪水位及引水隧洞高程控制，高程選擇在1 115。63 m， 低於引水隧洞高程51 m。經安全性評價，公路隧道施工對既有引水隧洞影響不大，可透過短進尺、弱爆破、強支護等工程措施解決。金陽隧道軸線最小平曲線半徑為8 000 m， 坡度組合採用+1。95%/7 680 m和-1。0%/5 465 m。

由交叉分析可知，採用A2線進口至K線出口，高差為350 m， 隧道長度為14。4 km， 隧道單向坡度達到2。43%，不滿足隧道縱坡需求，因此不再考慮。

4 隧道兩端接線爬坡方案比較

K線隧道軸線為高進高出，隧道進口之前需要爬坡展線，擬定了如下幾個方案進行比較。

4。1GK方案

為克服互通至金陽隧道進口約300 m的高差，按2。4%的縱坡控制進行S型平面展線，設定約11 km的隧道群，以暗線方式展線。隧道群內圓曲線半徑採用720 m， 平面指標較低，對行車安全有一定影響。GK方案金陽隧道長11。095 km， 進口標高為1 015。1 m。

4。2A1線

因GK線隧道群內圓曲線半徑採用720 m， 平面指標較低，所以最佳化為A1線。隧道內平曲線半徑增加至900 m， S型隧道內的縱坡為2。4%/10 km， 金陽隧道長12。090 km， 進口標高為1 020。7 m。

4。3K線

GK線及A1線均採用S型隧道群來展線，缺乏足夠長度的明線段，導致高程損失較多，路線里程較長，工程規模較大，因此提出採用螺旋展線方案，設定螺旋隧道群（3座，隧道內圓曲線半徑為900 m）。在金陽隧道進口段設定約1。67 km的明線，集中抬升高程。路線里程較工可GK線在金陽隧道之前縮短1。48 km。K線金陽隧道長12。090 km， 進口標高為1 006。3 m。

4。4高進高出隧道軸線的展線爬坡方案比較

本專案從昭覺至金陽總體為-2。08%/65。56 km的連續長下坡，位於連續下坡底端的金陽隧道及前後隧道群應保持較高的平、縱面指標來保障行車安全。GK線指標較低，應予以捨棄。

同時，GK線和A1線的S型展線不能充分利用地形設定明線，導致高程損失較多，路線里程較長，工程規模較大。在其餘條件基本相同的情況下，K線明顯優於GK線和A1線，因此定性、定量比較後即捨棄後兩者，選擇K線作為高進高出的隧道軸線方案，並與A2線進行路線方案比選論證。

4。5低進低出隧道軸線兩端接線情況

A2線金陽隧道進口緊鄰起點互通，無爬坡展線；終點沿西溪河展布至地洛鄉南接K線，平均縱坡為2%，無特殊展線需求。

5 隧道軸線方案比較

5。1方案概述

K線：始於本專案起點蘆稿樞紐，之後路線右偏，設定老營盤螺旋隧道群下穿山體；螺旋隧道出洞後路線在金陽縣炭山村東側設定1。67 km的明線繼續爬坡，之後設定金陽特長隧道穿越馬鞍山至西溪河河谷；為繞避隧道出口的超巨型滑坡，金陽隧道的軸線調整為折線；止於地洛鄉南側，見圖2。

圖2 路線走廊方案平面(A2線、K線)

A2線：始於本專案起點蘆稿樞紐，之後路線大角度左偏，設定金陽隧道穿越馬鞍山；之後沿西溪河設定隧道群繼續爬坡，在地洛鄉南接K線。

5。2方案比較

對於2個方案，除工程數量及技術經濟比較外，還應包含敏感因素分析、工程地質條件、施工建設條件等方面的比較。

5。2。1工程數量及技術經濟比較

兩方案技術經濟比較結果如表1所示。

5。2。2敏感因素分析

根據近期我國基礎設施建設相關的新規章、新制度、新要求，結合本專案的控制性影響因素，分析方案比較的敏感因素包括生態紅線、基本農田、水源地保護、安全性評價、電站引水隧洞等。兩個方案對比如表2所示。

5。2。3工程地質條件分析

K線與A2線工程地質條件分析對比如表3所示。

5。2。4施工建設條件分析

K線與A2線施工建設條件對比如表4所示。

5。2。5地方政府意見

金陽、布拖兩個縣當地政府均建議採用A2線方案。

表1 K線與A2線路線方案技術對比

專案

單位

K線

A2線

K線-A2線

起止樁號

K13+104。368～K38+057。433

A2K13+104。368～A2K37+787。400

路線長度

km

24。953

24。683

+0。27

最小平曲線半徑

m/處

610/2

1 000/1

較差

最大縱坡

%/處

3。95/1

3。5/1

較差

最小凸形豎曲線

m/處

12 000/1

40 000/1

較差

最小凹形豎曲線

m/處

8 000/1

13 000/1

較差

特殊路基

m/處

722/6

280/4

442/2

橋樑

特大橋

m/座

384/1

1 240/1

-856/0

含剛構（主跨）

m

77+140+77

/

大橋

m/座

2 890/4

520/3

2 370/1

中小橋

m/座

165/2

90/1

75/1

合計

m/座

3 439/7

1 850/5

1 589/2

隧道

超長隧道（>6 000 m）

m/座

12 090

12 685

-595

含斜井

m/處

8 470/4

9 960/4

-1 490/0

特長隧道

m/座

4 916/1

4 665/1

251/0

長隧道

m/座

1 226/1

3 764/2

-2 538/-1

中短隧道

m/座

990/1

/

990/1

合計

m/座

19 222/4

21 114/4

-1 892/0

橋隧比

%

90。81

93。04

-2。23

互通式立交

座

1

1

0

公路用地

km2

32。82

26。89

5。93

拆遷建築物

m2

8 168

4 842

3 326

建安費+徵拆

億元

52。527 3

53。616 9

-1。089 6

20年隧道運營費

億元

6。091 9

6。446 8

-0。354 9

評價

A2線橋樑隧道規模較大，建安費較高，20年運營費也較K線高。

推薦意見

推薦

5。3比選結論

綜合以上對比評價，A2線以隧道穿越樂安自然保護區緩衝區，有330 m明線位於生態紅線範圍內，隧道規模大，後期管養費較高，造價也較高，但線路里程縮短270 m， 平縱面指標均衡，行車安全性較好，與蘆稿鎮飲用水源無干擾，有地方支援，且與現狀地洛電站引水隧洞干擾小。

兩方案各有優缺點，以敏感性因素為重，綜合工程造價、運營成本、工程地質條件和建設難易程度，本著風險可控、工期可控原則，推薦採用K線方案。

表2 K線與A2線敏感因素對比分析

表2 K線與A2線敏感因素對比分析

表3 K線與A2線工程地質條件對比分析

表3 K線與A2線工程地質條件對比分析

表4 K線與A2線施工建設條件對比分析

表4 K線與A2線施工建設條件對比分析