歐帕拉高海拔寒區(qū)特長(zhǎng)公路隧道設(shè)計(jì)技術(shù)探討

李 秋，李 榮，張立云

(四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院)

1 項(xiàng)目概況

歐帕拉隧道位于四川省甘孜藏族自治州巴塘縣和白玉縣境內(nèi)，是巴白路蓋玉至歐帕拉山段改擴(kuò)建項(xiàng)目的控制性工程，隧道為三級(jí)公路特長(zhǎng)隧道，全長(zhǎng)3 527 m，進(jìn)口設(shè)計(jì)高程3 877.00 m，出口設(shè)計(jì)高程3 862.96 m，隧址區(qū)最冷月平均氣溫為－1.6 ℃，屬高海拔寒區(qū)特長(zhǎng)公路隧道。

2 隧道工程地質(zhì)概況

隧址區(qū)地貌屬高山深切割構(gòu)造侵蝕剝蝕地貌，海拔高，地形起伏大，總體地勢(shì)為東北低西南高。微地貌為一馬鞍形雙峰山脊，地形較陡。海拔高程3 850 ～4 380 m，相對(duì)高差530 m。隧址區(qū)屬青藏高原氣候，氣壓差和氣溫差明顯，具有風(fēng)多、風(fēng)大的特點(diǎn)，雪線在3 850 m 附近。隧址區(qū)位于金沙江流域，屬降曲河水系。地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。區(qū)內(nèi)出露地層為:第四系全新統(tǒng)坡殘積層、二疊系上統(tǒng)下段地層。地震基本烈度為Ⅶ度，動(dòng)加速度峰值為0.10 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。隧址區(qū)不良地質(zhì)主要有凍土、巖爆、大變形。

3 歐帕拉隧道設(shè)計(jì)重點(diǎn)與設(shè)計(jì)對(duì)策分析

3.1 抗防凍設(shè)計(jì)

隧址區(qū)位于雪線之上，為季節(jié)性凍土區(qū)，經(jīng)查閱大地凍深標(biāo)準(zhǔn)值同時(shí)綜合考慮該隧道處海拔高度、地面溫度、積雪、植被和土壤含水量等因素后確定隧道最大凍深為80 cm，因此隧道抗防凍設(shè)計(jì)是本隧道設(shè)計(jì)重點(diǎn)，主要采取了以下幾個(gè)措施:

(1)強(qiáng)化寒冷設(shè)防段的排水措施:寒冷設(shè)防段襯砌背后φ50HDPE 排水盲溝和φ100HDPE 橫向排水支管間距加密為5 m，中心排水溝置于凍結(jié)線0.20 m 以下，保證溝內(nèi)水面低于最大凍深線，溝內(nèi)水通過(guò)洞外保溫出水口排至地表。

(2)對(duì)洞口地下水豐富的段落采用周邊注漿處治，加固圍巖的同時(shí)封堵地下水向隧道周圍滲透的路徑。

(3)確定隧道進(jìn)出口防寒保溫段設(shè)置長(zhǎng)度是寒區(qū)隧道抗防凍設(shè)計(jì)必須考慮的因素之一。在擬定隧道寒冷設(shè)防段長(zhǎng)度時(shí)，設(shè)計(jì)者根據(jù)黑川希范公式，并結(jié)合本隧道的特點(diǎn)，參照鷓鴣山隧道、大坂山隧道、昆侖山隧道等高寒隧道設(shè)置保溫層的經(jīng)驗(yàn)，確定了距隧道進(jìn)出口各600 m 范圍為寒冷設(shè)防段，在設(shè)防段襯砌內(nèi)表面設(shè)置面層6 mm 厚的纖維增強(qiáng)板+里層40 mm 厚的防火性能好聚酚醛熱固性保溫材料。

3.2 高地應(yīng)力設(shè)計(jì)

歐帕拉隧道埋深20 ～500 m，圍巖主要為灰?guī)r和碳質(zhì)頁(yè)巖互層，地勘資料揭示本隧道兩段圍巖共計(jì)1240m 的段落為高地應(yīng)力場(chǎng)。如何安全通過(guò)高地應(yīng)力段是本隧道設(shè)計(jì)重點(diǎn)。高地應(yīng)力段支護(hù)應(yīng)遵循“加固圍巖、預(yù)留變形、先柔后剛、先放后抗、剛?cè)岵⑴e、分次支護(hù)、及早封閉、底部加強(qiáng)、信息化施工”的原則。針對(duì)隧道穿越高地應(yīng)力段采取的設(shè)計(jì)措施如下:

(1)對(duì)襯砌進(jìn)行加強(qiáng)，主要措施為:采用超前支護(hù)措施對(duì)掌子面前方圍巖進(jìn)行注漿加固;打設(shè)徑向藥包長(zhǎng)錨桿形成深孔高效系統(tǒng)錨固，利用圍巖及支護(hù)的共同變形釋放應(yīng)力;工字鋼架加密;二襯采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

(2)優(yōu)化開(kāi)挖方式:在可能發(fā)生巖爆的硬巖地段，考慮采用分步開(kāi)挖、超前松動(dòng)爆破和超前應(yīng)力釋放孔等方式進(jìn)行;在可能發(fā)生大變形的軟巖地段，考慮采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖，預(yù)裂爆破或光面爆破，預(yù)留松動(dòng)層，變深孔爆破為淺孔爆破，短進(jìn)尺、多循環(huán)。

(3)重視高地應(yīng)力段的動(dòng)態(tài)施工:在隧道開(kāi)挖后施作初期支護(hù)的同時(shí)，需按照設(shè)計(jì)要求安設(shè)各種測(cè)點(diǎn)，對(duì)洞室收斂變形、圍巖內(nèi)部變形、噴層接觸壓力及錨桿軸力等進(jìn)行量測(cè)。通過(guò)對(duì)量測(cè)資料的反饋分析確定圍巖變化趨勢(shì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

3.3 防災(zāi)救援設(shè)計(jì)

歐帕拉隧道為單洞對(duì)向交通特長(zhǎng)隧道，防災(zāi)救援設(shè)計(jì)也是本隧道設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，筆者考慮了如下三種防災(zāi)救援方案:

(1)設(shè)置平行導(dǎo)洞

平行導(dǎo)洞可以在主洞發(fā)生火災(zāi)時(shí)采取定向排煙，使部分人員和車輛安全離開(kāi)隧道;施工期間可以做地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，加快施工進(jìn)度、改善施工環(huán)境;在主洞需要檢修時(shí)，臨時(shí)開(kāi)啟平導(dǎo)，通過(guò)交通管制實(shí)行單向行車。本方案需要增設(shè)平導(dǎo)加橫向通道總長(zhǎng)約為3 540 m，增加費(fèi)用約需3 540 萬(wàn)元。

(2)設(shè)置U 形回車場(chǎng)

沿隧道兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置長(zhǎng)100 m，間距750 m 左右的U 型回車場(chǎng)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)火災(zāi)前方車輛可安全出洞，逆行車輛則通過(guò)U 形回車場(chǎng)調(diào)頭?；馂?zāi)點(diǎn)后方前行車車輛也使用U形回車場(chǎng)調(diào)頭安全出洞。本方案需修建U 型回車道總長(zhǎng)約600 m，采用此種方案約增加費(fèi)用900 萬(wàn)元，施工難度較高。

圖1

(3)加密緊急停車帶

兩側(cè)交替布置緊急停車帶，縱向間距約為400 m。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)火災(zāi)前方車輛可安全出洞，逆行車輛則通過(guò)緊急停車帶調(diào)頭?；馂?zāi)點(diǎn)后方前行車車輛也使用緊急停車帶調(diào)頭安全出洞。

結(jié)合本隧道等級(jí)低，交通量小，車輛及疏散難度相對(duì)較低的特點(diǎn)，權(quán)衡經(jīng)濟(jì)效益，筆者采用了加密緊急停車帶的方式作為本隧道的防災(zāi)救援方案。

4 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)有不少的低等級(jí)公路在越嶺時(shí)都選擇繞行，或是在埡口附近采用短隧道通過(guò)，以節(jié)省投資。但在高寒地區(qū)，埡口附近通常都海拔高、氣溫低，冬季積雪結(jié)冰，嚴(yán)重影響行車安全。為保證行車安全，高寒地區(qū)的低等級(jí)公路采用長(zhǎng)隧道甚至特長(zhǎng)隧道穿越也是很有必要的。

(1)高寒地區(qū)特長(zhǎng)隧道在選線時(shí)，應(yīng)結(jié)合隧址區(qū)的地質(zhì)條件、氣候條件、洞口接線、施工條件等綜合考慮。

(2)高寒地區(qū)隧道通常都存在凍土，為防止隧道出現(xiàn)凍害，必須對(duì)隧道進(jìn)行系統(tǒng)的抗防凍設(shè)計(jì)。

(3)特長(zhǎng)隧道通常埋深大，地應(yīng)力相應(yīng)也大。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合隧址區(qū)的地質(zhì)條件分析在高地應(yīng)力條件下隧道可能出現(xiàn)的病害并采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)對(duì)策。

(4)在以人為本的前提下，單洞對(duì)向交通的特長(zhǎng)公路隧道防災(zāi)救援要結(jié)合實(shí)際情況，選取能最大限度保障洞內(nèi)行人的人身、財(cái)產(chǎn)安全同時(shí)投資最省、施工最簡(jiǎn)便的方案。