吳剛

摘要：本研究通過(guò)收集并整理相關(guān)隧道工程在建設(shè)中對(duì)資源節(jié)約集約的執(zhí)行情況，提出了隧道工程設(shè)計(jì)中貫徹資源節(jié)約集約理念的策略，為今后資源節(jié)約集約設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道工程；資源；節(jié)約集約

由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，遇到山嶺時(shí)，以前繞山走的想法被公路隧道所替代，采用隧道的交通方式，兼具減少土地長(zhǎng)度的優(yōu)點(diǎn)，但是由于處于地下，對(duì)周邊的水資源和礦產(chǎn)等資源產(chǎn)生一定的影響。

一、隧道設(shè)計(jì)對(duì)資源節(jié)約集約利用的影響

1、對(duì)生物資源的影響。隧道建設(shè)可能切斷或阻截水流，破壞區(qū)域內(nèi)水域，造成地下水流失，對(duì)山體地表植被的生長(zhǎng)帶來(lái)影響，若疏干的是山上植被賴以生存的含水系，則將可能直接影響山上植被的生長(zhǎng)。隧道洞口小面積的林地、灌草地因隧道洞口的開(kāi)挖和施工便道的開(kāi)辟而砍伐，引起植物的流失。

同時(shí)隧道施工期的爆破噪聲還將對(duì)野生動(dòng)物動(dòng)物產(chǎn)生驚擾，據(jù)估算，1kg炸藥當(dāng)其密度在1.5g/cm3時(shí)，爆破時(shí)產(chǎn)生的能量約為4.2*1013erg，采用震級(jí)和震源發(fā)出的總能源的關(guān)系換算，震級(jí)相當(dāng)小于里氏2.5級(jí)的地震。

2、對(duì)土地資源的影響。隧道施工過(guò)程中使用爆破、灌注混凝土等技術(shù)，周邊土地收受到?jīng)_擊波和氣泡脈動(dòng)等強(qiáng)壓作用，從而出現(xiàn)土體棱角變形和斷裂，破壞原有土體的狀態(tài)。另一方面，爆破過(guò)程中使用炸藥等工具，爆破后將形成粉末，覆蓋和融入土體，改變土壤酸堿性，污染土壤，造成土地資源浪費(fèi)。

隧道棄渣若不采取措施或在洞口附近就地隨意亂棄，棄渣將占用和損壞大量水田。一般來(lái)說(shuō)渣場(chǎng)上游都有一定面積的集水區(qū)，遇暴雨天氣，降雨及地表徑流沖刷極易引起水土流失，甚至形成災(zāi)害，流失的渣土進(jìn)入下游農(nóng)田或地表水系對(duì)農(nóng)田和地表水質(zhì)量產(chǎn)生極大影響。隧道棄土如處置不當(dāng)（渣場(chǎng)選址不合理、降水系統(tǒng)設(shè)置不合理、堆填形成邊坡的坡率值不合理等），在雨季及易造成滑坡、泥石流等次生災(zāi)害。

二、典型工程案例分析

1、梯子山隧道設(shè)計(jì)，注重資源節(jié)約。寧杭高速公路梯子山隧道位于江蘇、浙江兩省交界處，全長(zhǎng)332m，為雙向六車道連拱結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖寬度32.54m，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)開(kāi)挖寬度最大的公路隧道之一。隧道最大埋深25m，最小埋深僅2.7m（位于穿越104國(guó)道段）。從一定程度上體現(xiàn)“環(huán)保、旅游、生態(tài)、景觀公路”的指導(dǎo)思想。

（1）事先調(diào)查地質(zhì)情況，合理確定施工。梯子山隧道有兩種不良地質(zhì)現(xiàn)象：一是粘土層，為軟質(zhì)巖，抗風(fēng)化能力弱，親水性強(qiáng)，易軟化、泥化，具有弱膨脹性；二是采空區(qū)，在路線附近發(fā)現(xiàn)多處當(dāng)?shù)卮迕癫删蛘惩翈r開(kāi)鑿的平洞采空區(qū)，已發(fā)現(xiàn)局部地面塌陷，雖規(guī)模小，因其洞口隱蔽，對(duì)施工安全有不利影響。

針對(duì)這些情況，組織勘察設(shè)計(jì)單位調(diào)查地質(zhì)情況，盡量避免不良地質(zhì)區(qū)施工。選擇合適的位置和合適的工藝開(kāi)挖隧道，減少對(duì)礦產(chǎn)的壓覆和礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)。

（2）斜交暗挖，防護(hù)加固，保護(hù)土地資源。梯子山隧道下穿104國(guó)道段具有大跨、超淺埋、偏壓、地質(zhì)條件差、洞頂交通量大的特點(diǎn)，這在國(guó)內(nèi)尚屬首例。本段采用斜交暗挖進(jìn)洞。設(shè)計(jì)方案預(yù)加固措施有兩點(diǎn)：一是地表ф50mm鋼管注漿，間距為1.2m×1.2m梅花型布置，周邊孔加密；二是ф50mm小導(dǎo)管輔助ф108mm大管棚超前支護(hù)，環(huán)向間距35cm。洞內(nèi)初期支護(hù)參數(shù)為：噴C25混凝土30cm，125b工字鋼縱向間距50m，單層ф6鋼筋網(wǎng)，規(guī)格20cm×20cm，取消拱部系統(tǒng)錨桿，僅保留邊墻處系統(tǒng)錨桿。防護(hù)加強(qiáng)，防止土地流失和生物資源等多種資源破壞。

（3）數(shù)據(jù)仿真實(shí)測(cè)，保護(hù)地下水資源。隧道設(shè)計(jì)中，采用軟件仿真爆破破壞力度，不斷修正設(shè)計(jì)參數(shù)，觀察地表水沉降等多種數(shù)據(jù)，選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，使得地表水沉降較少，進(jìn)而保護(hù)水資源。

2、茅山隧道蓋挖法，少開(kāi)發(fā)土方植被量。低山丘陵的地貌特征，使得茅山隧道總體埋深較淺，部分地段超淺埋，甚至負(fù)埋深。在設(shè)計(jì)方案研究過(guò)程中，遵循“不破壞就是最大的保護(hù)”的設(shè)計(jì)理念，在隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、洞口設(shè)計(jì)等多方面無(wú)不體現(xiàn)出“建一座景觀隧道，還一片碧水藍(lán)天”的生態(tài)氣息。綜合考慮環(huán)保、安全等因素，部分超淺埋區(qū)段采用“蓋挖工法”施工。

（1）減少開(kāi)挖量，保護(hù)植被。蓋挖法臨時(shí)開(kāi)挖邊坡坡高較低，坡率較大，大大減少了開(kāi)挖量，因此破壞林木較少，約400m2，有效保護(hù)了自然植被。明挖法臨時(shí)開(kāi)挖邊坡坡高較高，坡率較小，因此破壞林木較多，約1750m2，是蓋挖法的4倍多。因此，采用蓋挖法環(huán)保意義重大，可以保護(hù)生物資源。

（2）降低開(kāi)挖高度，保護(hù)土地資源。采用蓋挖法，臨時(shí)邊坡最大坡高僅8m，若采用明挖，臨時(shí)邊坡最大坡高達(dá)到約18m。與明挖法相比，蓋挖法大大降低了邊坡開(kāi)挖高度，降低使用的土地資源和開(kāi)挖石方，同時(shí)降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，保障了施工安全。

（3）自然沖溝，防排水。該段地形上為一自然沖溝，解決好雨季施工的防排水問(wèn)題至關(guān)重要。蓋挖法地表施工工期較短，施工范圍較小，能很好地解決施工期間沖溝內(nèi)的排水問(wèn)題，解決了跨雨季施工的難題。

3、茅山東隧道洞門，土方回填生態(tài)環(huán)保。茅山隧道在洞門形式選擇、洞口位置選擇、洞門前處理、洞口截排水溝設(shè)計(jì)、洞口景觀設(shè)計(jì)等方面均體現(xiàn)了功能與景觀緊密結(jié)合的設(shè)計(jì)新思路。

（1）融入環(huán)境，自然美。茅山隧道洞門設(shè)計(jì)中重視與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，盡量不設(shè)擋墻，重視明洞回填和地形整治，著眼于洞門的整體布局和協(xié)調(diào)。注重洞口外的路基路段邊坡設(shè)計(jì)對(duì)洞口景觀的影響的新理念，要求洞門設(shè)計(jì)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。

（2）土方回填，植被恢復(fù)，生態(tài)美。茅山隧道地處句容境內(nèi)的茅山風(fēng)景區(qū)，隧道設(shè)計(jì)中非常重視對(duì)原有植被的保護(hù)。在洞口位置選擇上，盡量降低洞頂仰坡和洞外邊坡的開(kāi)挖高度，減少對(duì)既有植被的破壞。以“零開(kāi)挖”理念為指導(dǎo)，遵循“早進(jìn)晚出”的原則，通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)明洞，盡量不擾動(dòng)山體。重視明洞回填的土方調(diào)配和植被恢復(fù)。

洞門位置的確定要考慮洞門的形式、地形的變化、洞門頂仰坡高度、洞外邊坡高度、土方調(diào)配等因素。綜合考慮這些因素，適當(dāng)延長(zhǎng)明洞，盡量降低邊仰坡高度，合理調(diào)配土方進(jìn)行明洞回填，能夠使被破壞的自然景觀得以恢復(fù)，使洞門與周圍自然景觀渾然一體。

（3）動(dòng)畫模擬，與景觀設(shè)計(jì)高協(xié)調(diào)。茅山隧道洞口景觀設(shè)計(jì)中，采用效果圖、三維動(dòng)畫模擬，比設(shè)計(jì)圖紙更形象、直觀的表達(dá)洞門的形狀、規(guī)模，以及與周圍自然景觀的協(xié)調(diào)程度。通過(guò)三維動(dòng)畫的模擬將設(shè)計(jì)方案的總體效果以動(dòng)態(tài)的形式更為形象的反映出來(lái)，如汽車駛向洞門由遠(yuǎn)及近的景觀效果，從而在方案評(píng)價(jià)中為設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

三、隧道資源節(jié)約集約設(shè)計(jì)策略

1、邊坡綠化防護(hù)，保護(hù)生物資源。對(duì)邊坡進(jìn)行綠化和防護(hù)選定隧道洞口位置時(shí)應(yīng)最大限度維持山體的自然狀態(tài)盡可能少的擾動(dòng)山體，避免洞口出現(xiàn)高邊坡與仰坡，以利于行車安全、保持環(huán)境協(xié)調(diào)為保證運(yùn)營(yíng)安全。隧道施工中遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，隧道出口采用生態(tài)洞門，即采取接長(zhǎng)明洞的方式，保持了原始地面形態(tài)，避免了洞口變仰坡的大挖大刷。

2、退地還田。隧道建設(shè)過(guò)程中做到不亂砍亂挖，做到盡量選用荒地，少占用耕地、少拆遷。結(jié)束后，盡可能退地還田，覆蓋腐質(zhì)土恢復(fù)成農(nóng)田或栽種樹(shù)木。把工程范圍嚴(yán)格控制在線路征地界限之內(nèi)，做好了施工場(chǎng)地周圍的植物和野生動(dòng)物保護(hù)。避免植被破壞和獵殺野生動(dòng)物。

3、防止被污染的土體亂分布。隧道建設(shè)過(guò)程中，對(duì)土地資源節(jié)約集約的設(shè)計(jì)主要是防止被污染的泥土分布到地面上。設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能將施工基坑設(shè)計(jì)成最終產(chǎn)品的一部分。引道邊墻可設(shè)計(jì)成像有不透水芯墻的堤壩，其形式有泥漿墻、塑料板圍幕或是常見(jiàn)的鋼板樁墻。對(duì)剛板樁墻增加其擋土的功能，就可節(jié)省有價(jià)值的空間，而且可容易地達(dá)到在水下與不透水底板的連接。底板可以用水下混凝土建成。這種設(shè)計(jì)自己發(fā)展到能控制其高程和表面平整，以致達(dá)到在引道完全排干后，可減少修整工作。采用不透水的塑料板材，加鎮(zhèn)重安放于水下以蓋住基坑底部和邊坡。這種方法不僅適用于隧道的引道，而且用于公路的凹槽段。使用大面積的塑料板材，以泥土作鎮(zhèn)重安放到水下，用在主要公路交叉口起到長(zhǎng)期良好的效果。此種方法只需用疏浚船開(kāi)挖溝槽而不必排水。

4、棄渣再利用。對(duì)隧道開(kāi)挖中產(chǎn)生的大量棄渣進(jìn)行分類處理，對(duì)中硬質(zhì)巖石加工成碎石或機(jī)制砂重新利用。其他廢渣用運(yùn)輸車輛棄置至指定的渣場(chǎng)堆砌整齊。專人清掃施工營(yíng)地和施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)產(chǎn)生的生活垃圾及廢棄物，做到集中堆放至垃圾回收點(diǎn)，統(tǒng)一管理；經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)部門同意后，定期運(yùn)至指定地點(diǎn)進(jìn)行深埋或焚燒。

（作者單位：蘇交科集團(tuán)股份有限公司）