鼓山

鼓山隧道设计

王国昀

【摘要】@@鼓山隧道是青(岛)兰(州)高速公路邯郸至涉县段中一座设计时速为

100km的三车道特长隧道,按单洞计算总长达8.56km,最大开挖宽度达17.17m.像

这样的长大隧道在国内公路隧道中为数不多.本文从多方面介绍了该隧道的设计技

术情况,同时为今后公路隧道设计总结了一些经验.

【期刊名称】《交通世界（建养机械）》

【年(卷),期】2010(000)004

【总页数】3页(P103-105)

【作者】王国昀

【作者单位】河北锐驰交通工程咨询有限公司

【正文语种】中文

鼓山隧道是青(岛)兰(州)高速公路邯郸至涉县段中一座设计时速为100km的三车

道特长隧道，按单洞计算总长达8.56km，最大开挖宽度达17.17m。像这样的长

大隧道在国内公路隧道中为数不多。本文从多方面介绍了该隧道的设计技术情况，

同时为今后公路隧道设计总结了一些经验。

工程概况

青(岛)兰(州)高速公路邯郸至涉县段是2005年2月国家交通部规划的国家高速公

路网（7918网）中“横6”的重要组成部分，是河北省“五纵六横七条线”高速

公路主骨架中“横6”鲁冀界（聊城）—邯郸—涉县—冀晋界（长治）的重要路

段，既是晋煤外运的大通道和内陆与沿海联系的大动脉，又是连接邯郸西部各旅游

景点及其运送矿产资源的主干道。该路段东起邯郸县户村，终点为涉县更乐，全长

65.7km。全路段共设置了三车道隧道5座，总长达25.3km。其中特长隧道3座，

总长23.4km;中、短隧道2座，总长1.9km。

鼓山隧道坐落在太行山余脉的高山下，地质结构极为复杂，安全施工难度非常大，

被列为青兰高速公路重点控制工程，鼓山隧道是该路段中唯一一座设计时速为

100km的特长隧道。它的设计路线从武安市云台村至武安市双玉泉村，隧道右线

全长3905m，左线全长3890m。平面线形为两反向大半径曲线相连，左线进口

位于R=3850m的圆曲线上，右线进口位于R=3600m的圆曲线上，超高均为

2%。隧道最大埋深约264m，隧道设计采用标准分离式三车道设置，相邻两侧轴

间距约45.0m，隧道最大宽开挖宽度约17.17m，开挖高度约11.86m。

本隧道进口位于鼓山东侧云台村西侧低山山脊上，场地东侧为一宽平冲沟，山脊较

平缓，地形地貌较简单。岩性主要为弱风化白云质角砾灰岩，中厚层状，细晶结构，

为较坚硬岩。受闪长岩侵入体影响，岩体裂隙较发育，钻探时漏水较严重，围岩稳

定性较差。隧道出口位于鼓山西侧山前冲洪积扇上，地形地貌较简单，地势较平缓，

但地质构造复杂，鼓山断层位于出口东侧约K117+900～K118+100，该断层及

其断裂组，自东向西呈阶梯状分布，规模较大，影响范围约300～400m，为不良

地质区段。隧道围岩岩性为第四系坡积及冲洪积亚粘土及碎石，工程性质及稳定性

差，且钻探时漏水严重。

鼓山隧道为目前国内较长的三车道高速公路隧道，跨度大、开挖量大、支护工程量

大的特性使其在施工上具有一定的难度，其主要施工难点为：

隧道出口端存在较长的浅埋段（左线约250m，右线约120m），洞身在此段埋深

仅5～13m,上层为第四系亚粘土，下层为石灰岩组成的碎石土，洞身基础就置于

该地层中。采用超前预支护与预注浆等多种辅助施工措施，在施工过程中要贯彻稳

扎稳打的原则，顺利通过该地段。

鼓山－紫山断裂（F2）：断裂位于鼓山西侧，断裂长60km，总体呈北北东向，

由北东向及南北向断裂联合成折线状延伸。断层东盘上升、西盘下降，为高角度正

断层，最大落差1000m。隧道大约在K117+900～K118+100穿越该断裂。断层

破碎带的处治遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”

原则。应结合勘测成果，采用TSP、EKKO等超前物探手段和超前钻孔，探明断层

的特征。

设计技术

公路隧道在设计施工过程中有一些明显的特点：一方面跨度较大，三车道隧道开挖

跨度为16～17m，在同样的支护参数条件下，结构的承载能力要小很多，在施工

过程中支护开挖要花费更多的工序与时间，这样对洞室的稳定极为不利；另一方面，

高速公路由于平面线性标准较高，多数情况下是路线走向决定隧道位置，同时由于

是上下行分离的双洞隧道，建设宽度较宽（接近80m），在确定洞口时很难找到

地形地质均好的位置，因此洞口段隧道结构设计与防护设计较为复杂，而且由于公

路隧道内通风、照明、通讯以及监控设备较多，为加强隧道防水性，需在复合式衬

砌须在内外衬砌之间夹设防水板，这样使得设计结构复杂化，此外还有洞门的美化

与环保问题，都是设计人员在设计中需要认真考虑的。下面就针对本隧道在设计中

采用的部分重要技术作简要介绍。

内轮廓的拟定

公路隧道内轮廓的形状直接影响到结构的受力,其断面开挖量的大小又是控制隧道

土建投资的关键之一。隧道内轮廓有单心圆、三心圆、五心圆及抛物线等多种形式。

根据《公路隧道设计规范》（JTJD70-2004）并充分考虑了建筑限界、断面经济

性、工程类比、结构受力特点、隧道装饰、防排水、通风、照明等因素，决定本隧

道采用坦三心圆形式。

内轮廓的拟定原则

鼓山隧道为三车道隧道，开挖面积大，拟定内轮廓要注意以下几点：

不是内轮廓净空断面面积越小越好，好的内轮廓首先必须结构受力分析合理。

内轮廓确定要考虑司机的行车感受，减少墙壁效应。

要考虑足够的预留量，特别是隧道进口位于曲线上，具有2%的超高。不同的横坡

情况下，建筑限界也有不同，二者同为线性变化，需要选取几个控制横坡位置下的

建筑限界来控制隧道内轮廓满足所有断面。

内轮廓拟定

鼓山隧道建筑限界净宽为：(0.75+0.5+3×3.75+1.00+1.00)m=14.50m，隧道建

筑限净高为5.0m。隧道拱部圆半径鼓山为8.361m，隧道内净空面积鼓山隧道为

96.42m(详见图1)。

表1鼓山隧道支护衬砌参数表注：带★为钢筋混凝土

隧道洞口设计

设计原则

公路隧道洞门设计总的原则是自然、简洁，与环境协调，不刻意渲染，保护隧道的

自然景观。洞口位置根据隧道洞口地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关

工程及施工条件、运营要求，通过技术、经济比较确定。

按因地制宜、早进晚出的原则确定洞口位置，尽可能避开滑坡、崩坡积体等不良地

质现象。

隧道进出口的处理对环境影响较大，为淡化洞口处理，沿线隧道在有条件时，尽可

能采用零开挖洞口。

洞口边仰坡防护组合应合理、有效，以确保洞口边仰坡的稳定。

洞门型式应综合洞口地形、地质、原生植被、洞口排水及边仰坡稳定等因素合理确

定。

隧道洞门设计

根据本隧道的特点，并结合路基及进出口地形地貌、工程地质、水文条件，在充分

考虑隧道进出口综合排水的情况下，尽量减少洞口的开挖并考虑施工开挖边仰坡的

稳定性，本着“早进晚出”的原则，确定隧道进出口位置。洞门型式的选择力求结

构简洁，并与洞口的地形、地貌协调一致。结合两端洞口处地形、地势和地质情况，

洞门均采用削竹式洞门，对边仰坡进行绿化和防护。

明洞开挖后的边仰坡采用锚杆、喷射混凝土、钢筋网防护，明洞洞身两侧回填5

号片石混凝土，片石混凝土上回填粘土，压实度要求达到85%以上，表层为种植

土层，并进行绿化。洞口回填的原则是尽可能的消除人工开挖痕迹，使洞口融入自

然。洞口施工中应尽量减小扰动周围岩体，尽早做好洞口边仰坡的防护和隧道洞门，

确保洞口安全。

复合式衬砌设计

目前公路隧道建设大部分集中于四车道高速公路上，隧道开挖跨度一般在12～

13m左右，而像鼓山隧道这样开挖跨度达到17.17m的六车道隧道还较少，而如

此大规模的建设六车道高速公路隧道在河北省还是首次，因此本路段可以说是开创

了河北省公路隧道建设的新纪元。

图1隧道内轮廓设计图

图2Ⅳ级围岩中隔壁施工方案图

图3Ⅴ级围岩双侧壁导坑施工方案图

设计原则

对于鼓山隧道的支护结构设计，有两方面问题需要考虑：一是施工过程中的安全问

题，二是使用过程中的安全问题。由于跨度大，结构施工时间大大加长，而土压力

荷载增加又较快，因此，在结构设计构成中必须贯彻以下几个原则：

支护参数必须结合具体的围岩级别，结合具体的物理力学参数。

浅埋段、软弱围岩地段的二次衬砌与初期支护都必须进行结构内力分析与强度校核。

支护设计与施工方法设计必须相互协调，改变施工方法也要相应调整支护参数。

施工过程中加强监控量测。

参数拟定

根据上述设计原则，结合理论分析与结构计算，比较切合实际的拟定出了各种地形

条件下的支护参数，见表1。

为了使本隧道的结构设计更加符合“新澳法”原理：首先，在设计中通过计算确定

在给定范围内的物理力学参数条件下，隧道衬砌各部分结构的承载能力曲线，以此

来校核衬砌的可靠性；然后再通过施工过程中的监控量测确定各项参数的变化，以

此来准确了解各结构的工作状态。

施工方法设计

隧道按照“新奥法”原理设计与施工，施工应遵循“弱爆破、短开挖、强支护、早

闭合、勤量测、衬砌紧跟”的原则，结合反馈信息及时优化调整设计参数，以保证

隧道施工安全。作用在隧道结构之上的荷载不仅与地质条件以及隧道跨度有关，而

且与施工工序有关，这一点在中小跨度隧道的设计与施工中可能表现不明显，但对

于大跨度隧道则是不可忽略的因素。

依据以上原则，本隧道设计施工方法主要如下：Ⅱ级围岩采用全断面法、Ⅲ级围岩

采用台阶法、Ⅳ级围岩采用中隔壁法(详见图2)、Ⅴ级岩采用双侧壁导坑法(详见图

3)。

经验总结

地质选线是影响隧道工程质量、施工速度以及工程造价的关键因素，因此在勘察设

计阶段要充分注重隧道工程的地质选线。对于长大隧道，在初步设计阶段应有不同

平面位置的比较方案，如果受路线走向控制不能在较大范围内进行方案比较，也应

在隧道通过区域附近进行地质普查，以便下一阶段可在一定范围内对隧道平面位置

及设计标高进行优化调整。

地质勘察是做好隧道设计与施工的基础。对于隧道工程，勘察、设计与施工三者之

间是相互作用的，良好的地质勘察是良好设计的基础，良好的设计是良好施工的基

础。施工过程中的地质评价工作也是隧道地质勘察的延续，因此要特别注意设计前

期的地质勘察工作与施工过程中的地质评价工作。

对于大跨度软弱围岩地段的隧道，由于地下水的存在与渗透会使围岩软化，降低岩

体强度，诱发隧道坍塌，因此“治水”就成为设计及施工中的一个关键环节，要考

虑到防止地下渗水、地表水下渗以及开挖面附近的积水。路线纵段设计时，不宜在

洞口设计为流向洞内的反坡，因为反坡施工时不易做到及时地排除积水。

为了保证隧道的施工质量，既要强调动态设计的观念，又要强调设计文件的权威性，

在质量管理过程中必须强调按规范施工，按设计文件施工，按指定施工工艺施工，

以保证施工质量。

结束语

目前，青兰高速公路鼓山隧道已顺利贯通，面对国内罕见的大跨径扁平隧道施工挑

战，工程技术人员根据隧道出口不同地质条件，施工中安全穿越近200米浅埋及

断层地带，没有出现任何安全、质量事故。虽然在设计时根据隧道情况在各方面已

进行了详细考虑，但也还会存在一定的问题。鼓山隧道这样的三车道长大隧道在国

内公路隧道中为数不多，所以隧道在施工过程中相当重视监控量测和爆破震动测试，

并根据围岩情况对爆破方案进行动态设计，对监控资料及时分析，及时调整隧道的

支护措施及参数，同时调整隧道的开挖顺序。