- 摘 要：尖山子隧道位于重庆至合川高速公路上，左洞长4045m，右洞长4065m。隧道经遇岩溶及岩溶突水、断层及软弱围岩、含瓦斯煤系地层、煤巷采空区等大的不良地质现象，地质条件复杂，设计施工难度大。本文介绍了该隧道隧址选择、结构设计、不良地质处理、通风、照明、消防等设计内容，并总结了该隧道的技术特点。
关键词：尖山子隧道 设计
1. 前言-
参考文献
- 1. 铁路隧道设计手册，1995年修定版
2. 渝合高速公路北碚隧道设计文件 -
（李勇 屈志豪 李晓春）
尖山子隧道系重庆至合川高速公路上的特长隧道，位于重庆市北碚区境内，自东向西横穿中梁山山脉。东口位于北碚区施家梁镇梨儿湾，西口位于北碚区龙凤镇何家庙北侧。
由于岩性差异及构造影响，碳酸岩与非碳酸岩相间分布，隧道穿越区形成三山两槽的笔架形地貌。隧道位于川东南弧形构造带中的华莹山帚状褶皱束之中梁山背斜，所处岩层主要为泥岩、页岩、砂岩及灰岩。测区属亚热带气候区，温暖潮湿，雨量充沛，夏季炎热，冬季暖和多雾，左右洞涌水量预计26787.2m3/d。隧道经遇的不良地质主要有断层及软弱围岩、岩溶及岩溶突水、含瓦斯煤系地层、煤巷采空区等。
尖山子隧道是我国真正按照新奥法原理进行预设计、施工、施工监控和信息反馈修改设计的隧道。隧道自1999年7月开始施工，2001年3月贯通，2001年10月主体各分项工程施工结束，2002年7月通车，比预计工期提前- 年，创造了无重大设计变更、无坍方、零伤亡、单口平均月成洞150m的优异成绩，经市交通主管部门质量鉴定，隧道被评为优良工程。
北碚隧道设计行车速度为60km/h，按上下行分离设置，隧道轴线直线段相距35m，左线隧道长4025m，右线隧道长4045m。隧道内轮廓按建筑界限宽10.5m、高5.0m拟定，采用三心圆断面，为曲墙半圆拱，曲墙半径8.5m，拱半径5.5m，净空面积62.964m2。
2. 隧址方案比选
2.1 隧址方案
（1）工可推荐方案：周家坝隧道
周家坝隧道自东向西横穿中梁山山脉，距嘉陵江8km，隧道左线长4345m，右线长4335m，设计纵坡1.2%。距洞口700m处，隧道横穿郭家沟大型煤矿采空区，隧道中部1.5km围位于周家坝岩溶洼地范围，隧道出口端轴线与地形等高线斜交，偏压现象明显。
（2）初设推荐方案：尖山子隧道
尖山子隧道与周家坝隧道轴线基本平行，距嘉陵江4.5km，隧道左线长4045m,，右线长4.65m，设计纵坡1.0%。该方案距郭家沟大型煤矿采空区端部约800m，距周家坝岩溶洼地约3.5km。隧道洞口地势平缓开阔，隧道轴线与地形等高线近于垂直，不存在偏压影响。
2.2 方案比选
（1）地质条件
从区域地质条件来说，由于两隧道方案相距不远，经过的地质构造（主要指中梁山背斜）、地层岩性应基本相同。
两方案均会经遇一些小型煤矿的采空区和尖山子大型断裂带，尖山子隧道与周家坝隧道相距3.5km，避开了郭家沟大型煤矿采空区，从紧邻嘉陵江山体地下水排泄基面的标高推算，岩溶循环带应位于北碚隧道底部以下100m左右。总之，大型采空区及岩溶对尖山子隧道的影响，远小于对周家坝隧道的影响。
（2）洞口条件
尖山子隧道洞口与地形等高线呈大角度相交，且地势开阔；周家坝隧道出口位于V形沟谷内，洞口端有较明显的偏压。就洞口条件来说，尖山子隧道优于周家坝隧道方案。
（3）线位走向及引道工程
两方案线位走向均符合该路段线位的总体走向，洞外接线均较顺适。尖山子隧道引道比周家坝隧道引道长420m，多设一座150m的梁式桥。
（4）经济指标
两方案路线在K13+720~K27+650段形成闭合比较环，北碚隧道方案（含引道）总概算为6.813亿元，周家坝隧道方案（含引道）总概算为6.987亿元。
综上所述，隧址方案推荐采用尖山子隧道方案。从工程实施的过程来看，隧址方案选择是非常成功的。
3. 洞身结构设计
根据隧道所处的工程地质条件，隧道洞身按新奥法设计，采用复合式衬砌结构，初期支护以喷射混凝土、锚杆、钢筋网为主要支护手段，II类围岩段及III、IV、V类围岩中的局部软弱带辅以钢格栅拱作为初期支护的加劲措施，风机悬挂段、车行横洞与隧道交叉口段及洞内变电所与隧道交叉口段二次衬砌为钢筋混凝土结构，其余地段采用素混凝土，II、III类围岩段设仰拱。
4. 特殊地质地段处治
4.1 岩溶及岩溶突水
尖山子隧道标高控制使隧道置于灰岩不甚发育的饱和带中，为预防岩溶突水，设计采用超前探水的注浆堵水，在隧道开挖断面内均匀布置+ 个探水钻孔，利用钻孔台车加深至7.5m, 开挖5m，预留2.5m作为注浆用止水盘，不增加专用的探水设备和专门的探水工序。探水后，根据探孔出水量大小采取不同的处治措施。此方法既有效地预防了岩溶突水，又机动灵活，节省工程投资和施工工序，施工实施的效果很好。
4.2 断层及软弱围岩
对于断层及软弱围岩段，设计上主要采用超前预支护、加强初期支护等措施。施工中，要求弱爆破短进尺、衬砌尽快封闭成环。
4.3 含瓦斯煤系地层
尖山子隧道在未进行地勘工作前，业主及设计者对隧道瓦斯问题都非常担心，因为隧道可能穿越重庆地区瓦斯浓度和压力均很高的二叠系龙潭组含煤地层，或以压煤方式在含煤地层上部通过，此含煤地层极易出现瓦斯突出现象。
因此设计中在提出地勘要求时，将隧道瓦斯问题作为一个重点提出，要求给予定量的数据。经过勘探单位与煤碳科研机构大力合作，得出隧道不存在严重的瓦斯问题，可按无瓦斯隧道施工的结论。设计时采用了这一结论，但要求在含瓦斯煤系地层施工时，必须加强通风，并进行常规的瓦斯监测，同时，洞身结构尽快封闭成环，并作好三缝处理。
4.4 煤巷采空区
重庆地区山岭公路隧道建设经常遇到三叠系须家河组的含煤地层，该含煤地层的特点是砂岩夹薄层页岩，页岩中含0.1~0.5m的煤层、煤线。小型煤矿混乱开采，造成隧道施工过程中遭遇无法预料的小型煤巷采空区，处理不当则可能引起大坍方，这在重庆地区隧道施工中已有很多教训。
鉴于此种情况，尖山子隧道在设计中采用以预防为主的的预防性处治措施，当隧道通过采空区时，采用加强初期支护（加密钢格栅拱间距，增加喷射混凝土厚度，双层钢挂网等），二次结构加强（回填采空区，加大衬砌厚度，钢筋混凝土）等措施，防止坍方，从施工的情况来看，效果显著。
5. 防排水设计
尖山子隧道防排水按以排为主，防、排、堵结合的原则进行设计。隧道洞身防水：于二次衬砌与初期支护之间铺设聚乙烯塑料板及无纺布，二次衬砌采用防水混凝土，二次衬砌的施工缝设膨胀止水条、沉降缝设止水带；隧道衬砌排水：在衬砌拱背，防水层与喷射混凝土层之间设纵环向盲沟、中央排水沟；隧道堵水：于可能发生的涌水地段，采用水泥-水玻璃双液注浆堵水；洞口防排水：结合洞口的地形情况，设置截排水沟，并与路基涵洞或自然沟渠形成完善的防排水体系。
6. 路面、紧急停车带及横洞、洞外交叉过渡线设计
隧道洞内路面采用阻燃性复合式路面，上面层为阻燃性沥青混凝土，厚5cm，下面层为C35混凝土，厚24cm，上下面层间设玻纤格栅，垫层为C15混凝土，厚16cm。
紧急停车带长40m，车行横洞与隧道轴线成60°交角，车行横洞位于紧急停车带内，人行横洞设于车行横洞之间。全隧道共设人行横洞6道，车行横洞5道，紧急停车带左右线各5处。洞外交叉过渡线是为洞外车辆换向而设，距洞口约50m。
7. 运营管理系统设计
7.1 通风系统
据该段交通量预测在2010年和2020年分别为32152辆/日、54056辆/日，折算成高峰小时交通量分别为1608辆/小时、2703辆/小时，经计算得隧道2020年需风量左线为517.97m3/s，右线为372.58m3/s。经过半横向式、竖井送排式及射流纵向式通风的综合比选，隧道通风方式采用全射流纵向式通风，左洞设TAS9-3-1型风机52台，右洞设TAS9-3-1型风机24台。该方案左右洞最大风速分别为8.35m和6m/s，均符合要求。较竖井送排式和半横向通风降低造价约1400万元和5400万元。当发生火灾时，将洞内风速控制为2~3m/s，这时火灾点前方车辆可安全出洞，火灾点后方则处于无烟的安全状态。
7.2 照明系统
照明设计的基本原则是在保证行车安全和舒适的条件下，使照明回路操作简便，并尽量节约能源。光源选用节能型钠灯，紧急停车带和横通道选用显色性好的荧光灯。根据隧道所处气候条件和环境亮度的变化，照明按白天、傍晚（或阴雨天）、夜间三级控制。
7.3 消防系统
消防设计的基本原则是确保隧道发生火灾时，能及时有效地消灭火灾。消防给水系统为常高压，在隧道出口端设高位水池，洞内消防洞沿隧道纵向间距50m设于行车方向右侧隧道壁，每个消防洞内设两支MF8干粉灭火器、两支MPM6泡沫灭火器和一支自救式SNA65消火栓。
7.4 供配电系统
供配电负荷等级：照明负荷一级、动力负荷二级、供电等级为一级。隧道进出口各设一座35/10.5KV变电所，左右洞内各设二座10/0.4kV变电室。照明通风电缆设在行车方向左侧电缆沟内，由配电箱出来的分支电缆设在电缆桥架上。
7.5 交通监控系统
为确保洞内通风、照明、消防有效运营，并对洞内交通流实施有效监控，隧道内设有事故和火灾报警系统、电视监控系统、交通信号系统与交通标志、警报与事故疏散系统、交通环境数据检测系统、接地与防雷系统、中央控制与管理系统等交通监控系统，各系统互为独立、互为联系，由中央控制管理系统完成。
8. 监控量测与信息反馈设计
尖山子隧道现场围岩监控量测主要进行必测项目的量测，即地质及支护状况观察、拱顶下沉量测、周边收敛量测、地表下沉观测。根据隧道围岩地质条件、施工方法，考虑隧道埋深、断面大小和围岩条件，共选择32个洞内典型断面进行量测，每个断面包括地质及支护状况观察、拱顶下沉量测、周边收敛量测，浅埋段设量测断面较多、围岩差地段设量测断面较多；5个地表沉降量测断面，并对量测数据及时分析整理，每月按期向业主提交监控工作报告，向监理、承包商报告量测结果，及时提出了不良地质地段的险情预报，避免了隧道塌方，土建工期提前了整整一年。
9. 设计特点及采用的新技术
（1）在区域地质、地形调查的基础上，采用先进的勘察手段，强调"不良地质选线"的指导思想，经过方案的分析比选论证，确定了采用的隧址方案。通过尖山子隧道成功修建，证明了隧址区是各类不良地质现象影响最小的区域。
（2）隧道在设计方法上完全按照新奥法思想采用预设计及信息反馈修改设计两阶段，较好地解决了设计施工两张皮的矛盾，使设计避免了盲目性。
（3）独立双洞轴线间距采用35m，打破了尖山子隧道设计以前，国内类似地质条件下，双洞分修结构形式轴线间距为45(50m的通常作法和工程经验。
（4）国内第一次隧道设计和施工监控由同一单位承担，这既提高了效率，又为新奥法的贯彻实施提供了范例。
（5）进行了涌水、溶洞、断层、煤层及采空区等不良地质现象特征的预测和分析，形成了处治上述不良地质现象的成套技术。
（6）国内第一次在大交通量且长度超过4000m的公路隧道中采用全射流纵向式通风技术，使该通风方式的使用范围有了进一步突破。
（7）国内隧道第一次采用阻燃型复合式路面，解决了普通复合式路面易燃、对隧道防灾不利的缺陷。
（8）按照"防、排、堵相结合，因地制宜，综合治理"的原则，形成了隧道治水的成套技术，极好地解决了隧道的渗漏水问题。
（9）注重环境保护，主要表现在①洞内消防清洁污染水与洁净的地下水分离排放；②渣场统一规划布置，进行防护绿化；③洞口绿化美化，恢复原有生态。
