摘要：山区高速公路由于地质地形非常复杂，隧道建设难度大，隧道设计工作需要考虑到大量的不利因素，需要对隧道整体的安全性、实用性、经济性以及环保性进行综合分析，设计之前一定要充分研究当地类似工程的设计过程，参考类似公路隧道建设和施工的经验和技术，确保山区隧道的施工安全和施工质量。
关键词：山区；高速公路；隧道；设计；关键技术
1 高速公路隧道选线设计
我国的山区地形通常较为狭窄，地质条件复杂，生态环境脆弱，其隧道工程建设必须通过统筹规划，充分结合路线总体设计，综合考虑当地实际地形地质，以达到隧道“功能”和周边“环境”的和谐统一。设计过程中，通过合理的地形选线、地质选线、环保选线和安全选线，结合相应的技术标准和指标，以满足隧道的通行要求和行车安全，并与周围环境相适应。
高速公路隧道设计过程中，首先应从隧道选址开始，提出可行的线路方案，围绕自然建设条件、建设规模和运营管理技术的难度与费用等方面，进行系统的论证和比选，最终在基本符合路线总体要求的前提下，确定隧道设计方案。例如，对于低线方案路线而言，通常其地形、地质条件较好，路线的平纵指标高，但由于隧道较长，其建设费用及通风、照明、防灾救援等方面的运营费用相对较高；而高线方案常因为路线需要提前展线提坡，造成隧道较短，路线线形指标偏低，埋深较浅，修建的地质条件相应较差，故需综合各方面因素优化隧道选线设计。
2 提升公路隧道的勘测质量
要保证山区高速公路隧道设计质量，必须对山区公路隧道的勘察、测量工作进行予以充分重视，并将勘测成果充分反映到设计过程中。山区通常地形地貌较为复杂，应尽量使用航测遥感、地质钻孔及物探等先进技术进行勘测，辅以勘察测量人员的实地踏勘。
地质条件对隧道设计起着至关重要的作用，故须正确判断工程地质情况，以确保设计的科学合理性。主要从地质构造稳定性以及不良地质与特殊围岩情况等方面入手，掌握岩体力学方面的特性，为隧道选线及设计提供科学依据。设计人员应重点关注设计前期的方案比选，以避开不良地质、可能产生地质灾害以及水文地质条件不佳的区域，尽量确保隧道穿越岩性良好且比较稳定的地层。如果无法完全避绕不良地质区域，必须实地对该区域地质水文条件进行全方面勘察，并反馈至选线设计过程中，通过路线方案优化将不良地段段落控制在最小范围内，在勘察设计阶段将隧道建设风险降到可控范围内。
3 隧道总体设计
3.1 选线设计
山区高速公路建设过程中，应尽量减少对当地的生态环境造成的破坏，提高高速公路建设的社会效益、经济效益，路线选线设计应当兼顾多种因素。隧道选线应当注重实际需求和环境协调，综合考虑地形、地质、环保和安全方面的原则进行设计。
3.2 隧道衬砌结构设计
以重庆某高速公路隧道为例，该隧道洞口段结构设计:采用喷混凝土、钢拱架、径向锚杆和钢筋网作为初期支护，二次衬砌拱墙及仰拱采用防水型模筑钢筋混凝土。为了保证隧道洞口段施工安全，采用超前大管棚或者超前小导管辅助技术措施。
隧道洞身段结构设计:以新奥法原理为基本指导思想，进行隧道衬砌结构的设计。隧道衬砌结构通常采用复合式衬砌，初期支护以喷混凝土、打设锚杆和铺设钢筋网为主，二次衬砌为模筑(钢筋)混凝土。隧道衬砌支护参数根据以往类似工程拟定，并辅以结构计算分析验证衬砌参数的可靠性和安全性。
3.3 隧道施工方法
山区高速公路隧道选线通常受限因素较多，经常出现两洞线间距较小的情况，进而对两洞同步施工及隧道结构安全造成不利影响，此时选择合适的施工方法尤为重要。对于V级围岩或IV级围岩段的先行洞和后续洞开挖，以环形开挖预留核心土法为例进行阐述。V级围岩段进尺按照微台阶法进尺，IV级围岩段按照短台阶法进尺，施工中以“弱爆破、少扰动、强支护、早封闭、勤量测、适时衬砌”为原则，采用人工或机械开挖。
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采用环形开挖预留核心土法开挖，开挖步骤如下:
第1步:根据隧道围岩的具体地质条件，选取与之相适应的超前预支护方式，超前预支护主要有超前管棚、超前小导管以及超前锚杆三种形式。
第2步、第3步:开挖上台阶，根据地质条件确定每循环进尺长度；开挖后，进行上台阶的初期支护，初喷混凝土2~4cm厚，安装钢拱架，挂设钢筋网，打设锚杆以及复喷混凝土；
第4步、第5步:开挖核心土左侧台阶，开挖长度与上台阶长度相同；开挖后，进行初期支护，混凝土初喷，厚度为2~4cm，安装钢拱架，并与上部钢拱架顺接，挂设钢筋网，打设锚杆以及复喷混凝土；
第6步、第7步:开挖核心土右侧台阶，开挖长度与上台阶长度相同；初期支护方式与左侧初期支护方式相同；
第8步、第9步:开挖中部预留核心土；然后，进行仰拱的开挖；
第10步:喷射仰拱混凝土，完成仰拱初期支护；
第11步:浇筑仰拱混凝土；
第12步:浇筑边墙、拱部衬砌混凝土，施工沟槽、路面等设施。
3.4 断层破碎带处理方式
隧道在选线时应尽量避免接触到活动断层或者是破碎带相对比较宽的断层位置，而且在穿越断层时应尽量挑选大角度进行穿越，减少平行断层走向的产生。在接触到断裂带时，完善该地段超前地质预报，尽量提升断裂构造与断裂性质的清晰度，掌握地下水情况。使用双层超前小导管来加固断层破碎带。如果地下水比较丰富，可以通过帷幕灌浆等方式提升防水性能，保证施工安全。在二衬施工时要根据施工现场的实际发展情况，在断层破碎带双侧软硬围岩位置设置一些变形缝。
3.5 隧道通风方式的选择
随着特长隧道施工深入山体，经常会出现氧气量少的状况，同时由于施工机械产生的有害气体，严重影响了隧道空气质量，威胁着施工人员身体健康。当前，使用压入式通风独头通风的最大长度为 3.4km，而使用巷道式通风，则可以极大延长通风长度。由于不同的施工工序对洞内环境造成的污染不同，并且随着隧道挖掘深度的增加，通风量也会变大。因此，要分阶段设计通风方案，在制定通风方案之前，应对通风系统需要的风压和风量进行计算，选择合适的通风机械，提出切实可行的施工通风方案，以确保施工人员的安全。
3.6 防排水设计
在对山区高速公路隧道进行设计时，应时刻秉承防、排、截、堵四项基本原则，让洞内与洞外始终保持完整与畅通，并且这样也可以提升日后维修工作效率，如果在施工时需要使用不可替代的换防排水材料，在材料选择时应关注材料的使用寿命。隧道防排水设计需要根据当地生态环境的情况进行设计，因为隧道工程规模比较大，可能会对当地的生态环境以及水文地质条件产生较大的影响，导致地下水资源大量流失，使地面结构产生破坏。如果不能排水，可以考虑堵水或者是限量排放，因地制宜，以提升设计的科学性。
结束语：
本文以当前山区高速公路隧道设计技术发展情况入手，结合近年来我国隧道技术发展情况，阐述了如何提升山区高速公路隧道设计的科学性、可行性及安全性，旨在为我国山区高速公路发展提供助力，促使其可以更好地为经济发展服务。
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论文作者:张小泽
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/20
标签：隧道论文; 地质论文; 山区论文; 围岩论文; 高速公路论文; 混凝土论文; 断层论文; 《基层建设》2017年第9期论文;