作者：高曉培，范占超 | 河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，軌道交通與地下工程設計院

(資料圖片)

編輯：齊張麗 | 校核：李昂，郭炎偉 | 審核：龍志剛

原標題：新晉高速螺旋隧道群關鍵技術解析

新晉高速塊村營至營盤（省界）段高速公路項目是我省高速公路網規劃的一條重要的南北運輸通道，于2022年12月26日正式建成通車。項目起于新鄉市紅旗區菏寶高速塊村營互通，與山西陵侯高速在省界營盤村相接，是連接豫、晉兩省的重要通道，全線采用雙向四車道高速公路標準建設，路線全長69.75公里。項目區域位于華北平原西部邊緣和太行山山嶺地帶，地勢呈北高南低，西高東低，路線自南向北跨越平原微丘區、重丘及山間盆地、深山區三個地貌單元，沿線海拔高度從70m到1730m，地形起伏極大。為解決這一難題，河南省交通規劃設計研究院項目設計團隊經過多方案比選，最終選擇采取螺旋隧道群的方式進行設計，是目前世界上獨有的三層螺旋隧道群。

三層螺旋展線克服地形高差過大難題

項目末段位于太行山主脈的中南段，峰巒疊嶂，懸崖陡壁，海拔高度從800m到1730m，地勢起伏極大。其中新莊樞紐至終點段直線距離7km，設計高差780m，普通展線方式無法滿足需求。經過多方案比選，最終采取螺旋隧道群的方式進行展線，減小縱坡，克服高差。螺旋隧道群段路線長度28km，設計速度80km/h，共設置隧道18.1km/9座，沿轎頂山進行三層螺旋展線，最小半徑700m，最大縱坡3.95%，最小縱坡1.5%，是目前世界上獨有的三層螺旋隧道群。

專項設計確保結構物交叉安全

項目螺旋展線方式造成主線豎向多處疊合交叉，其中南馬鞍隧道與韓口隧道交叉（垂直高差343米）、柳園隧道與轎頂山隧道交叉（垂直高差156.8米），蒿坪隧道與石板坡二號大橋交叉（垂直高差55.3米），橋梁樁基與隧道最近處約9米，蒿坪隧道下穿金牛寺服務區及金牛寺村（垂直高差111.9米）。設計時針對構造物豎向疊合相交特點，同時考慮結構交叉施工擾動工況，開展優化橋梁跨徑、樁基計算、控制爆破等專項方案設計，確保交叉結構物安全。

動態設計穿越多種不良地質

項目所在太行山區由于多次構造活動形成了復雜的地質結構，泥巖、砂巖、泥質粉砂巖、灰巖多種巖性分層或互層分布，巖層傾角5~6°，傾角較小。存在水平巖層、巖溶、斷層、危巖體等多種不良地質。

水平巖層

項目區巖層近似水平，隧道開挖時，頂部不穩定塊體易沿軟弱結構面或夾層剪切錯位、拉裂墜落，受到爆破振動和開挖擾動后，隧道頂部易掉塊、形成超挖、塌方，形成門架形狀，嚴重改變結構的受力狀態，容易引起巖體的應力集中現象，造成安全事故，對施工安全威脅較大。如圖為白楝樹隧道洞內開挖后拱頂整塊坍塌，長度20米。施工過程中采用超前支護、優化控制爆破參數、開挖后弱找頂、重視初噴、調整錨桿角度等措施解決相關技術難題。

巖溶

項目區地層巖性以灰巖為主，隧道開挖過程中出現大量巖溶溶洞，嚴重影響施工及運營的安全。如王莽嶺隧道溶洞涌水，造成隧道內積水30萬方，施工中針對問題采取“固（加強支護結構）、跨（下部橋梁跨越）、防（上部回填透水材料防落石）、排（保證系統排水能力）”等經濟有效的措施，解決了隧道工程難題。

洞口危巖體

項目區地形陡峭，大部分隧道進洞坡面近似90°，巖體經過多年風化形成大量的危巖體，嚴重影響隧道施工以及后期運營的安全。針對這種情況在設計過程中，設計人員攀藤攬葛，逐一排查，根據實際情況分別采取清除危巖、主動防護網、被動防護網以及預應力錨索加固、設置倒削竹洞門等措施，確保隧道順利進洞及洞口施工安全。

突涌水

隧道群穿越多個斷層破碎帶，節理裂隙發育，巖石破碎，圍巖穩定性較差，地下水發育，施工過程中多處出現突涌水現象。根據現場地質情況采用全斷面深孔預注漿進行堵水以及加強襯砌支護，確保施工安全，同時襯砌背后增加排水系統便于排出巖體水，通過“堵、排”相結合措施確保證隧道施工及運營安全。

多坐標帶轉換為工程貫通保駕護航

項目起點位于華北平原，地面海拔高度70米；終點為太行深山，地面海拔高度1730米，起、終點自然高差1660米，設計高差1210米，其中螺旋隧道群段設計高差780米。由于山區段測量變形大，投影面多，在測設過程中設計了6個獨立的坐標系，相鄰坐標段設置兩個以上公用點，并給出轉換參數，最終實現測區內投影長度變形值≤2.5cm/km，大型構造物投影長度變形值≤1cm/km，確保設計坐標精度滿足要求，保障工程高質量施工。

統籌考慮隧道群通風消防實現節能節地

通風

隧道群路段隧道均為長、特長隧道，且均為單向坡，坡度為2.5%，坡度較大且隧道線型多為曲線，最小半徑700m，部分隧道洞口間距不足50m，相鄰隧道存在污染物竄流的問題。設計中統籌考慮部分隧道通風系統，將多個隧道（白楝樹隧道與蒿坪隧道、轎頂山隧道與南馬鞍隧道）按一個隧道進行通風系統設計，采用射流風機和通道通風相結合的方式進行通風。另外考慮到隧道進出口高差大這一有利因素，研究自然風的有效利用，結合坡度差異性配置通風設備，從而實現節能降耗。

消防

由于地形陡峭，隧道洞口大多為近垂直的坡面，部分隧道洞口間距較小，消防水池受地形、地貌限制無法施做，且水源補給難度較大。在設計過程中，針對相關情況進行逐一排查，經多方案比選，最終采用設置增壓設備的穩高壓消防供水系統以及多種供水水源的設計方案，為保證隧道安全運營提供了有力支持，同時部分隧道共用消防水池，解決了消防水池選址、用地難題，節約占地24畝。

多措并舉助力長大下坡隧道群運營安全

項目作為豫晉兩省重要通道，車流量大。螺旋隧道群展線段為28km長下坡路段，橋隧比82.3%，最大縱坡3.95%，最小縱坡1.5%，平均縱坡2.78%，且雨、霧天氣較多，道路的運營安全面臨嚴重挑戰。

設計中通過在小半徑位置增加主動發光標志、減速標線等安全設施，洞口設置彩色路面、遮光棚，設置霧區行車安全主動誘導系統等措施為行駛車輛提供安全誘導。同時克服復雜地形限制設置避險車道（LK61+800）、停車區（K45+700）等設施，在緊急情況時為車輛遇提供自救服務；考慮到隧道內如遇緊急事故救援無法及時到達情況，在柳園隧道（LK59+933）、南馬鞍隧道（LK66+363）設置兩處應急救援輔助通道，多種措施相結合確保項目的運營安全。

結語

新晉高速塊村營至營盤（省界）段高速公路的建成通車，將進一步完善優化我省高速公路網布局，增強河南北部高速公路網的互補性，打通全省南北運輸走廊，促進南太行旅游業的發展，加強晉豫兩省之間的聯系，為沿線地區的經濟快速發展創造更好的基礎條件。同時，大高差螺旋隧道群的設計和應用，也為設研院后續開展山區項目積累了寶貴經驗和技術優勢。

責編:史健 | 審核:李震 | 總監:萬軍偉