秦岭终南山特长公路隧道特殊灯光带结构设计

秦岭终南山特长公路隧道特殊灯光带结构设计
赵秋林
【摘要】秦岭终南山特长公路隧道长度位居亚洲公路山岭隧道第一,其双洞4车道高速公路的隧道建设规模位居世界第一.为了减缓超特长隧道司乘人员行车单调、
紧张、烦躁、恐惧等情绪,保障行车安全,专门为秦岭终南山特长公路隧道设计了特
殊灯光带景观.简要介绍特殊灯光带结构设计方案,包括平纵断面布置、内轮廓设计、衬砌支护设计等,为超特长隧道建设提供借鉴经验.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2007(000)003
【总页数】3页(P72-74)
【关键词】特长隧道;公路隧道;特殊灯光带;结构设计
【作者】赵秋林
【作者单位】铁道第一勘察设计院,西安,710043
【正文语种】中文
【中图分类】U453.7
1 概况
秦岭终南山特长隧道工程是西康高速公路穿越秦岭的控制性工程，隧道全长
18.020 km，为东线、西线双洞4车道，中线间距30 m。

洞内为人字坡，最大纵坡为1.1%。

主隧道轴线基本为直线，仅在南口40 m处设有曲线与洞外路线相连。

最大埋深1 600 m。

设计行车速度为80 km/h。

2 工程地质及水文地质特征
秦岭终南山特长公路隧道横穿秦岭东西向构造带，该带历经了多期构造运动、变质作用、岩浆活动和混合岩化作用，地质构造和地层岩性复杂。

可能发生的地质灾害主要为岩爆、突涌水及围岩失稳。

隧道的工程地质、水文地质条件大致可分为以下4段。

第一段：岩性以混合片麻岩为主，夹有斜长角闪片麻岩和片岩残留体，干抗压强度100.0～148.0 MPa。

大部分段落岩体受构造影响较严重～严重，节理发育～较发育；该段分布有19条断层，均为压性逆断层。

水文地质条件较好，绝大部分位于贫水段，可能发生轻微～中等程度的岩爆。

第二段：岩性为混合花岗岩，局部夹片麻残留体，干抗压强度152～209 MPa。

区域性大断层F4、F5通过本段，受其影响发育有5条小断层、数条挤压结构面及多处节理密集带。

水文地质条较差，包括中等富水和弱富水两段，可能会发生大或较大的涌水，可能发生中等程度的岩爆。

第三段：岩性为混合片麻岩，干抗压强度82～325 MPa。

局部夹云母片岩残留体或穿插花岗质伟晶岩脉的地段岩质软弱，加之受高应力影响，围岩失稳现象严重。

本段发育数条断层。

大部分位于贫水段，可能发生轻微～中等程度岩爆，局部发生中等～强烈岩爆。

第四段：岩性以含绿色矿物混合花岗岩为主，干抗压强度117～226 MPa。

共发育15条断层，且均为逆断层。

本段发育数条挤压软弱结构面及多处节理密集带。

水文地质条件较好，不会出现大段落的涌、突水，可能发生轻微～中等程度岩爆。

3 特殊灯光带设计
秦岭终南山特长隧道全长18.020 km，若按60 km/h的车速计算，约需要20 min左右才能通过。

在修建这种超特长隧道时，应考虑如何预防司机们通过隧道
时的烦躁、恐惧感和由此带来的安全隐患。

与挪威SINTEF公司合作，设计了用灯光带进行缓解的方案，达到公路使用者有安全感、舒适感、缓解单调感、保证交通安全、方便交通管理的目的，并结合美学方面要求综合设计。

通过对长隧道内司机行为和反应的研究，比选了“时光旅行”照明方案、“航线”方案、“热闹”方案、“反差式灯光和结构”方案、“阴阳”方案共5个；并通过39名挪威和中国司机在SINTEF的驾驶模拟器上驾驶试验，收集了他们对照明设计的意见。

实验表明，通过与艺术家和试验参加者合作，既美观吸引人又安全的照明方案得以设计成功。

在每个隧道设3处照明灯光带，最终采用“时光旅行”照明方案。

4 平纵断面布置
根据特殊灯光带位置、地质情况及现场施工情况，本着安全、经济、合理，在功能上充分满足行车需要，在结构上安全可靠的原则进行设计。

东西线特殊灯光带间距约为4～6 km，将每个隧道分为4段，类似于4个较短隧道。

平纵断面如图1、
图2所示。

图1 特殊灯光带总平面(单位：m)
图2 特殊灯光带纵断面、平面(单位：m)
特殊灯光带长150 m，根据宽度、长度以及结构安全要求，分为Ⅰ区、Ⅱ区，特
殊灯光设计段断面与正常断面采用渐变过渡。

最大断面为A-A断面，最大断面两
侧100 m和50 m渐变段中点处断面为B-B断面，2个B-B断面之间地段为特殊灯光段Ⅱ区，其余地段为特殊灯光段Ⅰ区。

特殊灯光带绝大部分位于混合花岗岩、混合片麻岩等硬岩地区，围岩级别Ⅰ级、Ⅱ级，约有70 m地段位于Ⅲ级、Ⅳ级围岩。

5 特殊灯光带隧道内轮廓设计
特殊灯光带内轮廓拟定过程中充分考虑本隧道埋深大，地应力复杂，岩石坚硬，易产生岩爆等主要地质特点，结合公路、铁路隧道设计及施工经验，在内轮廓设计中
充分考虑尽可能使衬砌圆顺、受力合理，以提高隧道开挖后的整体稳定及施工安全，采用曲墙衬砌。

隧道内轮廓满足建筑限界和灯光设计要求，同时考虑预留其他设备要求等，工程类比确定其内轮廓。

综上几个方面考虑，经比选采用三心圆内轮廓形式，最大断面处隧道建筑限界净宽为：7.5(行车道)+0.5(路缘带)×2+5.0(路面板)×2+1.2(右侧检修道及余
宽)+1.22(左侧检修道及余宽)=20.92 m，限高5.0 m，最高11.99 m；隧道断面
由正常宽10.92 m，高7.6 m至最大断面线性渐变。

最大断面内轮廓如图3所示。

图3 最大断面内轮廓(单位：cm)
6 特殊灯光段衬砌支护设计
设计参照现行国家标准《工程结构可靠度设计统一标准》(GB50153—92)及《公
路工程结构可靠度设计统一标准》(GB50283—1999)规定的结构可靠度选定。

隧
道结构的设计基准期暂考虑为100年。

安全等级为一级。

衬砌结构的设计是根据
正洞施工过程中编录的工程地质、水文地质、围岩类别、施工条件并结合正洞紧急停车带、行车横通道交叉口的设计成果，类比类似公路隧道的设计经验并进行结构检算后综合确定。

按喷锚构筑法技术要求设计。

特殊灯光带支护设计中将锚喷衬砌和复合式衬砌进行了比较，现介绍如下。

复合式衬砌中Ⅲ级、Ⅳ级围岩地段采用曲墙带仰拱衬砌，Ⅰ级、Ⅱ级围岩地段采用曲墙无仰拱衬砌。

衬砌支护参数见表1。

表1 衬砌支护参数围岩级别ⅣⅢⅡⅠ分区ⅠⅠⅠⅡⅠⅡ初期支护二次衬砌喷混
凝土/cm锚杆(ϕ22)长度/m间距/mϕ8网间距/cm钢拱架位置间距/m预留变形量/cm拱墙/cm仰拱/cm274 0拱墙0 8×0 8拱墙20×20拱墙3榀/2m格栅
1060∗60∗253 5拱墙0 8×0 8拱墙20×20拱墙1榀/1m格栅850∗50∗193 0
拱墙1 0×1 0拱墙25×25——545—304 0拱墙1 2×1 2拱墙20×20拱墙1榀
/1mI20b650∗—132 5拱部1 5×1 5拱部25×25——345—304 0拱墙1 5×1 5
拱墙25×25拱墙1榀/1mI20b445∗—
注：表中二次衬砌带*号为C25钢筋混凝土。

特殊灯光带最大断面衬砌如图4所示。

图4 特殊灯光带最大断面衬砌(单位：cm)
喷锚衬砌Ⅲ级、Ⅳ级围岩地段采用曲墙带仰拱衬砌，Ⅰ级、Ⅱ级类围岩地段采用曲墙无仰拱衬砌。

衬砌支护参数见表2。

表2 衬砌支护参数围岩级别ⅣⅢⅡⅠ分区ⅠⅠⅠⅡⅠⅡ初期支护二次衬砌喷混
凝土/cm锚杆(ϕ22)长度/m间距/mϕ8网间距/cm钢拱架位置间距/m预留变形量/cm拱墙/cm仰拱/cm277 0拱墙0 8×0 8拱墙20×20拱墙3榀/2m格栅1060256 0拱墙0 8×0 8拱墙20×20拱墙1榀/1m格栅850245 0拱墙1 0×1
0拱墙25×25—1榀/1m格栅5—3010 0拱墙1 2×1 2拱墙20×20拱墙1榀
/1mI20b6—235 0拱部1 5×1 5拱部25×25—1榀/1m格栅3—308 0拱墙1
5×1 5拱墙25×25拱墙1榀/1mI20b4—
特殊灯光段Ⅰ级、Ⅱ级围岩Ⅱ区系统锚杆采用MZ51预应力锚杆，其余均采用
YF1506H预应力锚杆。

为满足该段特殊灯光要求及改善洞内视觉效果，待锚喷衬
砌完成后在洞壁内采用装饰板材饰面以利美观。

特殊灯光带最大断面衬砌见图5。

图5 特殊灯光带最大断面衬砌(单位：cm)
复合式衬砌具有工程经验成熟，造价低的优点，但由于二次衬砌为大跨度渐变断面，施工较困难，工期较长；喷锚衬砌施工方便，工序少，尤其对渐变断面衬砌具有优势，但造价高，在硬岩地段施工长预应力锚杆困难。

本次考虑工期紧等因素，经过经济、技术比较采用复合式衬砌。

7 结语
通过特殊灯光带结构设计和目前施工状况来看，在混合花岗岩、混合片麻岩等硬岩地区，断面变化较大时，可考虑复合式衬砌和喷锚衬砌的经济、技术比较，结合已
有的国内、国外工程，可将喷锚衬砌作为一种快捷、较经济的施工工法和结构形式推广应用。

参考文献：
[1] SINTEF集团岩土力学研究所。

秦岭终南山公路隧道照明洞室岩石力学研究报告[R]。

2005。

[2] 铁道第一勘察设计院。

秦岭终南山隧道特殊灯光带施工图设计[Z]。

兰州：2006。

[3] GB50153—92，工程结构可靠度设计统一标准[S]。

[4] GB50283—1999，公路工程结构可靠度设计统一标准[S]。