四川特长公路隧道的建设与展望 

    摘  要：近年来在四川的特长隧道建设中，经历了高地应力、岩爆、瓦斯、岩溶地质、涌水突泥、大变形、高寒防抗冻等一系列隧道技术难题的考验，从中取得了一定的经验和建设成就。本文重点介绍四川在特长隧道方面的建设现状和发展趋势，并对下一步四川特长公路隧道的建设提出几点建议。 
    关键词：四川公路  特长隧道  建设成就  展望

    1 引言
    近年来，随着国家经济实力的增强和高等级公路的日益增多，采用隧道工程穿山越岭逐步为设计师们所接受。目前，四川已建成几座特长公路隧道，如二郎山隧道、华蓥山隧道、鹧鸪山隧道等，经历了高地应力、岩爆、瓦斯、岩溶地质、涌水突泥、大变形、高寒抗防冻等一系列隧道技术难题的考验，积累了一些经验教训。四川地质构造复杂，地貌类型多样，地理环境独特。西部是高原山地，东部为四川盆地，中间为过渡地带。多山的地理环境给交通带来极大不便，也给隧道工程的发展带来了历史机遇。
    2 四川特长公路隧道建设现状
    2.1 四川公路网现状
    截至2004年年底四川公路通车里程达113000万km，位居全国第二位，其中高速公路1758km(位居全国第五位)，一级公路1496km，二级公路9633km，三级公路13348km，四级公路50166km，等外级公路36642km。各级公路所占比例见图1。沥青路面24574km，水泥路面19658km，未铺装路面6881lkm。沥青、水泥路面占总里程的比例39.13％。全省公路密度每百平方公里有23.18km，每万人拥有13.25km。乡镇通公路比例为98.81％，行政村通公路的比例为，88.15％。交通建设完成投资保持稳步增长，连续七年投资超百亿元，交通主骨架网络基本形成，公路交通事业得到长足的发展，与社会经济发展需求的差距逐步缩小，公路交通对国民经济的“瓶颈”制约得到明显缓解。     目前，已初步形成以成都为中心，由3条国道主干线、6条国家干线公路(西部通道)、4条一般国道、33条省道连接城乡、沟通山区、贯通相邻省区和打造成渝经济圈的公路网络。四川多山的地理环境，隧道工程也为该公路网络的形成发挥了重要作用。
    2.2 特长隧道规模
    采用隧道方案，对于缩短路线里程、绕避不良地质病害(如冰雪、滑坡、泥石流等)、优化路线平纵线形指标、保护生态环境和提高运输效率等方面都有着不可比拟的优越性。
    目前，四川省已建和在建公路隧道共52座，单洞总长达128.9km。按长度分类，特长、长、中、短隧道座数和单洞长度见图2。其中，高速公路隧道共39座，双洞总长约50km；非高速公路隧道共13座，单洞总长27.6km；特长隧道共9座，单洞总长65km。     注：隧道长度L(m)分类标准为：特长隧道(L>3000)；长隧道(3000≥L>1000)；中隧道(1000≥L>500)；短隧道(L≤500)
    四川已建成3座特长公路隧道，详见表1。其中华蓥山隧道为省内已建成最长的公路隧道，鹧鸪山隧道为省内建成海拔最高的特长公路隧道。这些隧道的建成通车，为区域交通环境的改善和经济发展创造了良好的基础条件。
    近年来，开工建设的特长公路隧道也越来越多，目前四川在建特长公路隧道6座，长度在3000-6000m之间(见表1)。     2.3 建设特点
    近年来四川省的公路建设已从盆地向周边山区发展，工程越来越艰巨，技术难度越来越大，就特长隧道而言，表现为以下特征：
    a．越岭隧道多，隧道长度越来越大。已建成的华蓥山隧道长4706m，为目前省内最长的公路隧道；在建的邻垫路明月山隧道长6557m，将刷新这一记录；即将开工建设的雅泸路大相岭泥巴山隧道长10300m，将国内公路隧道的长度推至新高。
    b．地应力高，地质条件复杂。四川地处三江地槽褶皱的东部，受青藏高原不断抬升和东移的影响，地壳活动强烈，地震活动频繁。隧道穿越区域受构造影响强烈，断层多，地应力高。
    c．山区气候条件差，外营力风化剥蚀作用强，地表岩体破碎，偏压、浅埋洞口多，隧道进洞困难。很多洞口明挖不行(刷坡太高)、暗挖不成(洞壁太薄)，只能采取地表注浆或水泥混合土改造山体这样的特殊工法进行施工，加大了工程难度和造价。
    d．高寒隧道多。如已建成的二郎山隧道海拔2200m，鹧鸪山隧道海拔3400m，正在规划中的雀儿山隧道海拔4300m。高海拔隧道的设计和施工都有很多新课题，如结构的抗防冻问题、衬砌和水沟的保温问题、运营通风问题、施工缺氧的劳动保护问题等。
    e．大涌水隧道的设计和施工问题。西部山区多灰岩、岩溶管道大涌水以及长大隧道的砂岩裂隙水问题比较突出。华蓥山隧道设计时预计最大水量25×104m3/d，已经给排水设计带来很大困难，实际施工时左洞最大突水为68×104m3/d，右洞最大突水为52×104m3/d，最后不得不在隧道下方设置总长达2472m的纵横泄水洞并结合注浆才得到解决。
    f．瓦斯隧道瓦斯含量高，个别具有瓦斯突出可能。如华蓥山隧道，勘察资料表明，其瓦斯压力达到1.87MPa，瓦斯含量达8.94m3/t，瓦斯涌出量为3.66-17.68m3/min。后经过从设计措施、施工工序、安全设备等一系列调整后，顺利通过了该隧道的瓦斯地层。目前在建的都汶路董家山、龙溪隧道也有类似的瓦斯段落。
    g．隧道结构趋于复杂化。近年来特长隧道越来越长，随着工程规模的增大，隧道通风和防灾救灾的要求也越来越高，因而一些项目采用了平导、竖井或斜井等作为通风或防灾救灾的工程措施，进一步增加了隧道结构的复杂程度。如已建成的鹧鸪山隧道，采用平导作为通风或防灾救援通道；在建的明月山和铜锣山隧道采用竖井作为通风通道；拟建的大相岭泥巴山隧道采用斜井和竖井相结合作为通风通道。
    2.4 有关科研与建设成就
    交通部和我省有关部门非常重视特长隧道工程的有关科研工作，为此集中了有限的物力人力，进行了多项技术攻关。为提高设计质量、施工技术水平和解决工程中面临的很多技术难题做出了特殊的贡献。
    隧道设计需要由地质、结构、交通工程等众多专业技术人员通力合作完成，专业交叉和学科融合频繁，工作量大，易错难改。设计质量的高低直接影响到整个隧道工程的质量优劣。通过组织有关科研人员开发了隧道CAD辅助设计系统，使设计人员从简单和重复性的劳动中解脱出来，将更多的精力投入到关键和重点的技术研究上，有效地提高了设计质量，缩短了设计周期，特别是应用于施工现场信息反馈设计后，进一步地保证了施工安全、质量与进度。
    在新型结构形式方面，我省有关研究机构和设计部门主持和参与了“双洞小净距隧道设计与施工关键技术研究”和“连拱隧道建设关键技术的研究”等课题的研究工作，以实际建设的工程项目为依托，加强理论与实践的结合，在这些新型结构形式的应用做了很多有益的探索。目前这些项目仍在按照研究大纲制定的计划进度在顺利推进。
    在特长隧道的施工技术方面，经过设计、施工和科研人员的共同努力，取得了很多宝贵的实践经验并获多项殊荣。如已建成的华蓥山隧道，在溶洞处理、揭煤过煤工艺、气密性混凝土施工工艺以及施工通风等方面都做出了很多创新性的成果，先后获2001年铁道部优质工程一等奖、四川省优秀设计一等奖和天府杯优质工程奖、2002年国家优质工程银奖，以及第三届詹天佑土木工程大奖等多个奖项。已建成的川藏公路二郎山隧道，在围岩变形破坏、高地应力、岩爆、大变形等围岩稳定问题以及高海拔地区隧道营运通风和海拔高度系数问题多个技术难题的科研攻关上也取得了突出成绩，先后获得了2004年度中国建筑工程鲁班奖(国家优质工程)、第四届詹天佑土木工程大奖，以及四川省建筑行业最高“天府杯”奖等10多项部、省级奖项和荣誉称号。
    随着四川隧道逐步向高海拔复杂地质条件地区的延伸，很多技术难题也迫在眉睫地需要得到解决。为此交通部西部交通科技建设中心专门立项对高海拔隧道的抗防冻、高海拔地区特长隧道的通风与防灾、高海拔地区公路隧道施工技术和高烈度地震区的抗减震技术等有关课题开展了研究工作，为已建成的鹧鸪山隧道、在建国道318川藏路黄草坪隧道以及规划中的雀儿山隧道提供技术支持和研究验证。
    3 四川特长隧道建设展望
    从实施“西部大开发”战略、完善国家公路路网和四川省公路网主骨架、开发山区资源、振兴少数民族和贫困地区经济等方面的实际需要出发，实现有关公路路网规划，四川省内还有若干个重大的特长隧道工程需要建设。
    根据四川省高速公路网规划目标：2005年底，实现高速公路通车里程1700km，全省所有市州政府所在地一天到达成都，这个目标已基本得到实现；2010年，建成高速公路2700km，全面建成国家规划的国道主干线，实现打通和完善十二条进出川快速大通道目标；2020年，高速公路达到4300km，实现目前15万人口以上的中等城市通过高速公路连接，除三州部分县城所在地外，省内136个县城所在地到达成都的车程不超过半天。基本实现“内联市县、外接周边、通江达海”的目标。今后5-15年内，四川省计划还将修建2500km的高速公路。具体实施计划是：
    2005—2010年，新建雅泸路、垫邻路等九条高速公路872km，实现高速公路通车里程达到2716km。
    2011～2015年，新建广元—南充、纳溪—赤水河等5条高速公路745km，实现高速公路通车里程达到3460km。
    2016-2020年，修建泸州-江津、巴中—达州—万州等七条高速公路813kin，实现高速公路通车里程4274km。
    在以上建设项目中，路线中桥隧比例高，隧道数量多，隧道规模大的典型项目有：雅(安)泸(沽)路，垫(重庆垫江)邻(四川邻水)路，达(州)陕(西)路，广(元)巴(中)路，巴中—达州—万州等。
    目前已进入设计阶段并即将投入建设的雅安-石棉-泸沽高速公路大相岭泥巴山隧道为超特长隧道，长度达10.3km，洞身埋深大(最大埋深达1600m)，具有通风特点显著、工程规模大、施工难度大、工期长的特点。
    拟建的达州-陕西高速公路，穿越大巴山脉，山高谷深，壁峭崖悬，为不多见的隧道群。全线共设隧道26座，总长47.2km，其, 中大巴山隧道为特长隧道，长5090m。
    在一些重要的省道公路和进藏公路方面，为了穿越一些大的山脉，尤其是常年积雪区，打通区域交通通道，解决这些地区交通运输困难问题，也拟定了几个重大的特长隧道方案。
    拟建项目巴朗山隧道地处四川盆地西部边缘，位于阿坝藏族羌族自治州南部小金县以东的小金、汶川、宝兴三县交界处，周围聚集了卧龙大熊猫自然保护区、四姑娘山风景名胜区、夹金山国家森林公园、丹巴千碉之国、美人谷等一系列的旅游资源，然而由于交通条件的制约，许多人只闻其名而不敢贸然前往。现有公路(省道303线)技术等级低、海拔高、地势陡峭，地质稳定性极差，路基沉降现象突出，滑坡、雪灾、冰冻、水毁等自然灾害与地质病害严重，抗灾害能力弱，经常造成交通阻塞，甚至断道，致使车辆行驶速度慢、服务水平低、运输效率差、交通事故时有发生。目前拟订的巴朗山隧道方案洞口海拔高程约为4050m，隧道长5.7km，按单洞对向交通设计。该隧道的建成将有效改善这一区域的交通状况。
    拟建的国道317线(川藏公路北线)雀儿山隧道所处路段地势险峻、气候恶劣、地质复杂、海拔高(主峰海拔6168m，公路通过垭口海拔5050m)，致使该路段道路崎岖狭窄、技术等级低、通行能力差、运输效率低、灾难性交通事故时有发生。该路段成为制约川藏公路北线畅通的瓶颈，严重影响了沿线地区社会经济的发展。拟建的雀儿山隧道计划建设长度约为6.8km，隧道洞口高程约为4400m。该项目的建成，将对加强战备、维护民族团结、加大扶贫和加快川西矿产、水力、旅游资源的开发和利用等方面发挥重大作用。
    4 四川特长隧道建设面临的突出问题
    4.1 特长隧道的防灾与救援
    随着特长隧道的增多，隧道的营运安全越来越受到人们的重视。隧道属于半封闭空间，一旦发生火灾，其烟雾浓度大且扩散慢，洞内温度升高快，疏散救援都比较困难，易发生群死群伤危及公众安全的恶性事件。
    近年来著名的几个特长公路隧道发生的火灾事故，给我们提出了重要警示。1999年3月在法国与意大利相连的勃朗峰公路隧道内发生的火灾，持续燃烧了近3天，至少有41人死亡，36辆汽车(其中24辆为载重卡车)被毁。勃朗峰隧道火灾后仅两个月，奥地利中部穿越阿尔卑斯山的陶恩隧道内再次发生火灾，导致12人死亡，50人受伤。随后于2001年在连接瑞士与意大利的圣哥达隧道内因两辆货车迎面相撞而发生的爆炸并燃烧，大火燃烧了一整天后被消防人员扑灭，至少造成10人死亡，有100多人下落不明。
    这些血的教训告诉我们，必须将特长隧道的防灾和救援工作从设计到后期的运营管理上都给与充分的考虑。保证隧道具备合理的避难场所和疏散通道，配备完善的消防设施和紧急疏散指示标志，做好隧道的监控管理和应急预案处理，防患于未然，为公众提供一个舒适、安全的交通通道。
    4.2 高寒隧道越岭标高的选择
    高寒隧道越岭标高的选择，是涉及隧道的工程规模、路线平纵指标优化和运营安全等方面的重大决策性问题。隧道采用高线方案，可以有效缩短隧道长度和控制工程规模，但也带来隧道平纵线型较差，引道较长，不易躲避不良地质病害地段，且行车安全易受冰、雪、雾等气象因素影响；隧道采用低线方案，可以取得较好的路线平纵线型，躲避引道段不良地质地段和可选择较好的进洞位置，行车受气象因素影响小，安全容易得到保证，但也存在隧道工程规模一般较大、投资巨、工期长等缺点。故应综合地质、地形条件以及近远期的交通量等因素，慎重选择合理合适的越岭线隧道标高，以满足和适应不断增长的交通需要。
    在这方面我们也取得了一些经验和教训。著名的二郎山隧道，隧道洞口高程为2200m，隧道长度为4176m，隧道东进口为一大冲沟，1997年雨季泥石流给引道段造成极大的破坏，导致交通断道，处治该泥石流工程费用高达4000余万元。且后来发现东洞口处于复活的大滑坡体上，滑动面深达50m，后期的滑坡治理也造成了重大的经济负担。由于该隧道洞口高程相对较高，因而冬季引道段行车受季节和气候的影响也较大，使得该隧道并未取得预期的社会效益。
    此外，高海拔地区由于低温、低气压、低氧分等方面的条件，导致隧道施工困难，工程进度缓慢以及隧道开裂漏水严重等问题也逐步凸现出来。研究科学合理的衬砌支护结构形式和快速安全的施工工法，从设计理念创新和合理配套施工机具方面下工夫，也许是解决隧道防冻抗冻的基本方向。在这方面，挪威等国取得了一些值得借鉴的经验，如采用挪威法理念进行隧道的设计和施工，采用单层衬砌、离壁式衬砌作为防冻衬砌的结构形式，以及采用高性能喷射混凝土作业工艺等。
    4.3 不良地质、灾害地质预测预报与防治
    隧道工程属于地下工程，会遇到各种可能的不良地质和灾害地质问题，尤其是特长隧道，受地质条件的复杂性和勘察周期的制约，有些复杂场地(岩溶、破碎带、岩性纵横向差异大的地区)在设计阶段难以布置充分的勘察工作量，在勘察阶段将所有的地质问题都做出准确的预测预报，的确不够现实。但重视不良地质、灾害地质的预测预报与防治工作，不仅可以有效地保证施工安全，而且可以对施工质量和工程进度产生重要影响。为此，应加强以下三方面的工作：
    首先，采用先进勘察手段，提高勘察工作质量。特长隧道勘察成本较高，只有依赖先进的技术手段，制定全面、科学、严谨的勘察工作大纲，采用调查、测绘、槽探、坑探、钻探、物探等综合勘察手段，才能对隧道穿越地层的地质情况有比较准确的把握和清楚的认识。
    其次，遵循信息化施工和动态设计的基本原则，及时发现施工中出现的有关地质问题。设计阶段的勘察工作对地质现象和地质规律的认识往往是不全面的，据此进行的设计只能称为预设计。为了保证施工安全和工程质量，必须遵循信息化施工和动态设计的原则，根据实际揭示的地质条件，及时适时调整和完善设计。
    最后，对于重大的地质问题，容易导致比较严重后果，应有应对各种可能性的预防和处理措施，作好预案机制。如对瓦斯地质、岩溶地质或有大涌水可能的隧道，应具有处理预案，保证施工安全。
    4.4  重视质量、依靠科技和提高建设与营运管理水平
    隧道结构物与一般工程结构物相比，在性质上有很大的不同。主要体现在隧道结构物的隐蔽性及其伴随的风险性、力学状态的不确定性和不易维修性。隧道开裂漏水甚至局部失稳引起的维修，不仅影响到隧道的运营通行，而且给国家造成维修费用上沉重的经济负担。在龙泉山隧道、金鸡关隧道的病害整治中，对这一点有深切的体会。因此，切实从设计措施和施工工艺上对隧道的质量加以控制，是保证隧道工程取得良好经济效益和社会效益的根本，“百年大计，质量为本”的建设理念应在隧道工程的建设全过程中得到不折不扣的贯彻。
    今后特长隧道的建设，还会遇到很多技术难题。只有进一步加大科研投入，依靠科研攻关和技术开发，才能实现设计创新和推动科技进步，培养和壮大交通科技人才队伍，为四川乃至于全国的交通建设做出应有的贡献。
    管理也是生产力，科学的管理是实现资源有效利用和调配的重要手段。隧道工程建设的最终目的是为了实现隧道其特有的服务功能，为提高隧道工程的服务效能，需要强化隧道工程的信息化管理。应建立一套包括勘察、设计、施工、营运等全过程的隧道状态信息资料库，分阶段设计隧道状态指标体系，采集信息资料应及时、准确、全面。结合工程实际，不断地总结分析和研究解决这些新情况、新问题，提高公路隧道建设管理和营运服务水平，实现整个交通环境的安全、舒适、高效、优质。
    5 结语
    四川多山的地理环境，给交通建设带来了巨大挑战，也给隧道工程，特别是特长隧道工程的技术进步和发展带来了发展机遇。随着西部大开发的推进，四川的隧道工程建设将会得到日新月异的发展。在全省公路网实现安全、畅通和高效的目标下，“蜀道难”的面貌将成为过去。(陈乐生)