探讨某高速公路隧道基于环保理念的设计

杨 俊

（贵州省公路工程集团有限公司,贵州 贵阳 550000）

0 引言

高速公路隧道工程具有施工环境复杂、地形起伏较大、技术要求高、生态破坏严重等特点，对施工技术及环境保护提出了更加严苛的要求。深切高陡地形作为隧道施工中典型的地理构造，山谷与两侧山体存在较大落差、地势险峻。此种地形状况下，隧道洞口选择、场地布置、材料运输、弃渣场设计等存在诸多困难，采用传统施工方式正面开挖，需将施工便道及洞口部位岩体全部挖除，会造成周边地势及生态景观的大面积破坏，使山体平衡状态被打破，造成滑坡、坍塌等现象，对生态环境造成严重破坏，并对施工安全造成严重威胁。为确保隧道建设与周围环境的协调发展，隧道设计施工应遵循“绿色、节能、环保”的理念，以生态环保和绿色公路为前提，最大限度降低对生态环境的破坏[1-3]。该文结合某高速公路隧道设计案例，基于绿色公路设计理念，探究在山区地形条件下隧道环保设计解决方案。

1 工程概述

1.1 隧道基本情况

某高速公路为双向四车道布置，隧道工程采用分离式结构，设计速度80 km/h。左、右幅隧道长度分别为1 362 m 和1 365 m，最大埋置深度分别为170 m 和173 m，两幅相距26～38 m。隧道入口处采用圆弧形设计，采用半径R=1 900 m 圆曲线，内部为直线，出口处为半径R=970 m 圆曲线，两幅隧道全线呈上坡状态，坡度为0.85%。衬砌结构形式为半径5.55 m 圆弧结构，高度距拱顶7.1 m，距拱底1.5 m。

1.2 地形地貌

隧道施工区域主要处于山坡地段，岩层风化严重、稳定性较差，海拔高度处于698～960 m 之间，整体高差达262 m，属典型风化型深切沟壑地形，如图1 所示。左、右幅海拔分别为780.4～959.8 m 和781.2～965.3 m，高差分别为179.4 m 和184.2 m。

图1 右幅隧道纵断面结构图（单位：m）

隧道进口部位直接与大桥相连，谷底距桥面101 m，底部河流常年水流不断，少雨期水流流量为100 L/s，多雨期流量显著增大，降水来源为周边及雨水汇集，为雨水及地下水主要汇集通道；河谷为V 字形，山势陡峭、沟壑纵横，两岸地势险峻，最大坡度达60°～75°；洞口植被分布广泛，生态完整。出口部位与桥梁相连，桥梁最高处约99 m；桥下河流常年水流不断，少雨期流量为50 L/s，多雨期流量显著增大，其最高水位达705 m，为周边区域地表水汇聚通道，周边区域地势陡峭，坡度为50°～60°；洞口植被分布广泛，以乔木、林木为主，多数乔木树干直径达1 m 以上，树冠高度达20 m，周边生态环境保护完整。

1.3 工程地质条件

隧道施工范围内地层结构复杂，上部覆盖层为第四系残坡积粉砂质黏土，下伏二叠系下统茅口组中厚层～厚层状白云质灰岩、二叠系下统梁山组煤系地层，各层系相互交叉、重叠，层次较明显[4]。

隧道主洞范围内灰岩分布广泛，其下部地层主要为煤系及白云质灰岩，地表侵蚀发育。周边分布大量小型溶洞，洞体灰岩呈节理裂隙发育，下部煤系岩层部分位于采空区。隧道入口处仰坡存在一定厚度的黏土层，底层岩体呈裂隙发育，受地质构造影响，部分区域形成危岩。出口位置以灰岩为主，岩体呈裂隙发育，围岩破碎严重，稳定性较差，受地质构造影响，极易产生滑坡、坍塌现象。

2 隧道环保设计要点

2.1 环保设计理念

按照住建部颁布的关于交通运输节能环保及积极实施绿色公路建设的基本方针，高速公路设计时应充分考虑资源配置及环境保护等各个方面。隧道工程建设不同于其他建筑工程，其建设环境条件恶劣，地质复杂多变，地形地势起伏较大，科学合理的线形布局，能有效节约土地资源，最大限度减少对生态环境的破坏[5]。隧道工程建设对周边环境影响较大，具体表现在以下几个方面：

（1）隧道施工通道、现场布置、进出洞口设置等对生态环境的破坏。

（2）隧道掘进过程中产生的扬尘、废水、废气等污染物引起的环境污染。

（3）施工中产生的弃渣对环境造成的破坏。

（4）隧道建成后洞门及其附属设施对附近生态环境造成的干扰。

（5）隧道使用过程中产生的废气、废水等对周边水土造成的破坏。隧道进出两个洞口的设计与施工是环保设计理念的最重要因素。

从环保的视角开展隧道工程建设，以最大限度降低施工对周边环境造成的破坏为基本出发点，严格遵循“绿色、节能、环保”的设计理念，结合现场地势特征、经济、技术等各方面要求，统筹规划，科学确定洞口位置及进洞方式，并在洞口仰坡位置设置安全有效的防护措施，确保施工安全。

2.2 隧道洞口位置选择

隧道洞口是连接洞内、洞外的重要区域，其位置选择的合理性与否直接决定土方开挖规模，对洞口附近生态环境具有重要影响，并在一定程度上影响周边岩体稳定性。

（1）隧道线形布置应根据道路整体走向合理确定，洞口尽量设置在地势平坦、地质状况较好的部位，中轴线应尽可能与等高线垂直布设，远离地质不良地段，洞口尽可能远离岩体不稳定区域。

（2）结合隧道洞口区域地势特征及线形整体布局，将该隧道洞口设置于深切沟谷平台区域，中轴线与等高线保持垂直，降低洞口偏压。

（3）隧道设计时，严格按照“早入晚出”的基本思路，科学布局洞口桩号及暗洞位置，最大限度减少土方开挖量，以“零开挖”“少开挖”方式进洞。

（4）隧道进出口位置通过桥梁连接，合理优化洞口与桥梁连接位置，处理好桥台与洞口部位的衔接，防止桥隧施工相互影响。

（5）隧道出口位置处于陡壁中间部位，周围分布大量乔木，生态环境较为完整。为防止对洞口周边土体及生态环境造成破坏，洞口采用贴壁入洞形式，不扰动原始岩体。

2.3 隧道入洞方式

入洞作为隧道开挖的标志，对隧道结构稳定性及周围生态环境保护具有十分重要的作用。传统进洞采用由洞口正面拉槽对仰坡实施防护，并安装洞口拱套，待支护完成后再进一步开挖支护。此种进洞方式对地形要求较高，需设置专用施工通道，将所需机械、原材等相关设施运至施工区域[6]。但此隧道洞口位于深切沟谷高陡区域，周边道路和隧道洞口存在一定落差，专用通道设置难度较大，且造价较高。结合现场实际地形特征，综合经济、技术等各方面因素，最终确定采用设置施工横洞侧向进洞方式。

（1）隧道进口位置经底部乡村公路由河流转弯部位穿越河流搭设施工通道，经右幅隧道设置辅助施工横洞由侧面进洞，洞体长度221 m，平轴线与隧道右洞呈74°夹角。为保证施工机械运行空间，此施工横洞纵向坡度设计为12%。

（2）隧道出口处依靠现状乡村道路为施工通道，在右幅隧道区域开挖辅助作业横洞，从侧方入洞，施工作业辅助通道长度为106 m，与隧道右洞交角为60°，采用2.53%坡度上坡。

（3）辅助施工横洞结构形式为圆拱直墙式内轮廓，其内外半径分别为：R1=4.5 m、R2=2.5 m，高度为6.8 m，宽度为7.4 m，可供大型施工机械及材料运输车自由通行。横洞洞口及与主洞连接部位采用复合式衬砌，其余部位仅作初期支护即可，具体结构形式如图2 所示。

图2 辅助施工横洞断面及衬砌结构（单位：cm）

2.4 隧道洞口景观设计

隧道结构具有较强的隐蔽性，其洞口部位作为隧道存在的标志，通常在砌筑完成后实施装饰处理，增强其视觉效果。洞口景观设计涉及内容较多，除洞门自身装饰外，还包括洞口边仰坡绿化、洞口引线、照明等，是洞口区域内综合景观布置。

隧道工程建设初期，其洞门设计主要注重安全防护能力，极少考虑生态环保等景观设计。通常按照挡土墙结构及功能形式实施设计，洞口部位采用路基拉槽方式开挖形成隧道临空面，根据支挡方式采用端墙式、翼墙式等洞门结构，用以抵挡山体土压力，维护山体稳定，防止岩石、杂物滚落，影响行车安全[7]。此种设计需对洞口部位大面积开挖，对周边原始地形及生态环境造成大范围破坏，打破原有坡体稳定状态，增大滑坡、坍塌发生风险。此外，在洞口部位设置体积较大的挡土墙，严重影响与周边环境的协调统一性。近年来，随着国家对生态环保的重视，绿色公路等环保理念逐渐被应用于道路交通等基础设施建设领域，隧道设计除注重安全防护性能外，开始着眼于舒适、安全、美观等景观功能领域，使隧道洞口设计更加富有符号及象征意义。实际设计中将洞门防护、调光等性能与景观功能有机融合在一起，实现洞门安全、可靠、生态、环保、舒适的统一协调。

隧道洞口景观设计，应充分结合驾驶人员的生理、心理特征，以最大程度降低驾驶人员安全风险为出发点，洞门设计应尽可能简单，与周边环境相契合，使洞口结构含蓄内敛，实现与周围环境的协调统一，合理调节洞口周边亮度，降低视觉差异性，更加高效地指引车辆安全驶入隧道。结合此隧道入口处生态完整、岩体稳定、地势险峻、周边无积水等特点，入口处设计为直削式门洞，出口处则设计为喇叭口形门洞。此种洞门结构在满足安全防护性能的同时，可实现与周围环境的有效融合，最大程度降低对洞口生态环境的破坏，并对驾驶人员带来强烈的视觉冲击，指引其安全驶入隧道。

2.5 隧道弃渣场设计

隧道施工会产生大量的废渣，尤其针对地质状况复杂多变的大型隧道工程施工，因施工方式、施工条件及施工机械等各方面因素的限制，导致隧道开挖产生的废渣不能科学外运使用，堆积在周边，占用大面积土地资源，处置不当势必会对周边环境造成严重破坏，甚至造成水土流失、水体污染等现象。

（1）此隧道进出口端均与桥梁相连接，周边区段皆为桥隧构造，其开挖废渣不能用作路基填料，需设置弃渣场进行集中处理。隧道进口位置地势险峻，沟壑纵横，沟底河道丰水期流量较大，其现场仅有乡村公路通至隧道洞口区域，将废渣外运，运距较远，成本较高。因此在隧道口位置设置长度为123 m 的过河隧道，将现状河道转弯区域调直，在河道弯道部位设置弃渣场，并对弃渣筛分处理，将质地坚硬、级配合适的石料选出，经加工处理后，用于混凝土母材。

（2）充分利用隧道出口右侧地势相对较缓斜坡处，于斜坡底部位置布设重力式挡土墙，以阻挡弃渣外泄。同时，为避免降雨冲刷弃渣流失，应在周围设置排水沟，待隧道建设完成后，回填密实并进行绿化处理[8]。

3 结论

综上所述，该隧道工程建设区域为深切沟谷高陡地形，地形状况极为复杂，设计施工中严格遵循“绿色、节能、环保”的设计理念，结合现场地势特征、经济、技术等各方面要求，统筹规划，实现了隧道建设与生态环境的和谐发展。有效解决了以下难题：

（1）结合隧道洞口地形陡峭、桥隧相连现状，按照“早进洞、晚出洞”的设计原则，结合“零开挖”进出洞设计理念，必要时采用桥梁进入隧道等方式，最大限度减少洞口土石方开挖数量，确保周边生态环境免遭破坏，科学避免桥隧施工的相互影响。

（2）洞口施工区域狭小，传统进洞方式无法完成的条件下，采用在洞外水平向覆盖层较薄处、左右幅之间增设施工横洞等方式侧向进洞增加施工工作面，有效促进进洞施工的时效性及安全性，实现了对周边环境的保护。

（3）结合隧道洞口生态环境多样、自然景观优美等特性，充分考虑驾驶人员生理、心理特征，以最大程度降低驾驶人员安全风险为出发点，进口部位设计为直削式洞门，出口部位则设计为喇叭口倒削竹洞门。使洞门结构在满足安全防护性能的同时，实现了与周围环境的有效融合，最大程度降低对洞口生态环境的破坏。

（4）结合现场实际施工条件及辅洞布设位置，采用改移河道、科学布设阻渣墙等方式，合理设置弃渣场，有效解决了弃渣堆放难题，降低了运输成本。