刚刚！这条连通新乡与山西的高速正式通车，隧道设计方式世界独有

作者：高晓培，范占超 | 河南省交通规划设计研究院股份有限公司，轨道交通与地下工程设计院

(资料图片)

编辑：齐张丽 | 校核：李昂，郭炎伟 | 审核：龙志刚

原标题：新晋高速螺旋隧道群关键技术解析

新晋高速块村营至营盘（省界）段高速公路项目是我省高速公路网规划的一条重要的南北运输通道，于2022年12月26日正式建成通车。项目起于新乡市红旗区菏宝高速块村营互通，与山西陵侯高速在省界营盘村相接，是连接豫、晋两省的重要通道，全线采用双向四车道高速公路标准建设，路线全长69.75公里。项目区域位于华北平原西部边缘和太行山山岭地带，地势呈北高南低，西高东低，路线自南向北跨越平原微丘区、重丘及山间盆地、深山区三个地貌单元，沿线海拔高度从70m到1730m，地形起伏极大。为解决这一难题，河南省交通规划设计研究院项目设计团队经过多方案比选，最终选择采取螺旋隧道群的方式进行设计，是目前世界上独有的三层螺旋隧道群。

三层螺旋展线克服地形高差过大难题

项目末段位于太行山主脉的中南段，峰峦叠嶂，悬崖陡壁，海拔高度从800m到1730m，地势起伏极大。其中新庄枢纽至终点段直线距离7km，设计高差780m，普通展线方式无法满足需求。经过多方案比选，最终采取螺旋隧道群的方式进行展线，减小纵坡，克服高差。螺旋隧道群段路线长度28km，设计速度80km/h，共设置隧道18.1km/9座，沿轿顶山进行三层螺旋展线，最小半径700m，最大纵坡3.95%，最小纵坡1.5%，是目前世界上独有的三层螺旋隧道群。

专项设计确保结构物交叉安全

项目螺旋展线方式造成主线竖向多处叠合交叉，其中南马鞍隧道与韩口隧道交叉（垂直高差343米）、柳园隧道与轿顶山隧道交叉（垂直高差156.8米），蒿坪隧道与石板坡二号大桥交叉（垂直高差55.3米），桥梁桩基与隧道最近处约9米，蒿坪隧道下穿金牛寺服务区及金牛寺村（垂直高差111.9米）。设计时针对构造物竖向叠合相交特点，同时考虑结构交叉施工扰动工况，开展优化桥梁跨径、桩基计算、控制爆破等专项方案设计，确保交叉结构物安全。

动态设计穿越多种不良地质

项目所在太行山区由于多次构造活动形成了复杂的地质结构，泥岩、砂岩、泥质粉砂岩、灰岩多种岩性分层或互层分布，岩层倾角5~6°，倾角较小。存在水平岩层、岩溶、断层、危岩体等多种不良地质。

水平岩层

项目区岩层近似水平，隧道开挖时，顶部不稳定块体易沿软弱结构面或夹层剪切错位、拉裂坠落，受到爆破振动和开挖扰动后，隧道顶部易掉块、形成超挖、塌方，形成门架形状，严重改变结构的受力状态，容易引起岩体的应力集中现象，造成安全事故，对施工安全威胁较大。如图为白楝树隧道洞内开挖后拱顶整块坍塌，长度20米。施工过程中采用超前支护、优化控制爆破参数、开挖后弱找顶、重视初喷、调整锚杆角度等措施解决相关技术难题。

岩溶

项目区地层岩性以灰岩为主，隧道开挖过程中出现大量岩溶溶洞，严重影响施工及运营的安全。如王莽岭隧道溶洞涌水，造成隧道内积水30万方，施工中针对问题采取“固（加强支护结构）、跨（下部桥梁跨越）、防（上部回填透水材料防落石）、排（保证系统排水能力）”等经济有效的措施，解决了隧道工程难题。

洞口危岩体

项目区地形陡峭，大部分隧道进洞坡面近似90°，岩体经过多年风化形成大量的危岩体，严重影响隧道施工以及后期运营的安全。针对这种情况在设计过程中，设计人员攀藤揽葛，逐一排查，根据实际情况分别采取清除危岩、主动防护网、被动防护网以及预应力锚索加固、设置倒削竹洞门等措施，确保隧道顺利进洞及洞口施工安全。

突涌水

隧道群穿越多个断层破碎带，节理裂隙发育，岩石破碎，围岩稳定性较差，地下水发育，施工过程中多处出现突涌水现象。根据现场地质情况采用全断面深孔预注浆进行堵水以及加强衬砌支护，确保施工安全，同时衬砌背后增加排水系统便于排出岩体水，通过“堵、排”相结合措施确保证隧道施工及运营安全。

多坐标带转换为工程贯通保驾护航

项目起点位于华北平原，地面海拔高度70米；终点为太行深山，地面海拔高度1730米，起、终点自然高差1660米，设计高差1210米，其中螺旋隧道群段设计高差780米。由于山区段测量变形大，投影面多，在测设过程中设计了6个独立的坐标系，相邻坐标段设置两个以上公用点，并给出转换参数，最终实现测区内投影长度变形值≤2.5cm/km，大型构造物投影长度变形值≤1cm/km，确保设计坐标精度满足要求，保障工程高质量施工。

统筹考虑隧道群通风消防实现节能节地

通风

隧道群路段隧道均为长、特长隧道，且均为单向坡，坡度为2.5%，坡度较大且隧道线型多为曲线，最小半径700m，部分隧道洞口间距不足50m，相邻隧道存在污染物窜流的问题。设计中统筹考虑部分隧道通风系统，将多个隧道（白楝树隧道与蒿坪隧道、轿顶山隧道与南马鞍隧道）按一个隧道进行通风系统设计，采用射流风机和通道通风相结合的方式进行通风。另外考虑到隧道进出口高差大这一有利因素，研究自然风的有效利用，结合坡度差异性配置通风设备，从而实现节能降耗。

消防

由于地形陡峭，隧道洞口大多为近垂直的坡面，部分隧道洞口间距较小，消防水池受地形、地貌限制无法施做，且水源补给难度较大。在设计过程中，针对相关情况进行逐一排查，经多方案比选，最终采用设置增压设备的稳高压消防供水系统以及多种供水水源的设计方案，为保证隧道安全运营提供了有力支持，同时部分隧道共用消防水池，解决了消防水池选址、用地难题，节约占地24亩。

多措并举助力长大下坡隧道群运营安全

项目作为豫晋两省重要通道，车流量大。螺旋隧道群展线段为28km长下坡路段，桥隧比82.3%，最大纵坡3.95%，最小纵坡1.5%，平均纵坡2.78%，且雨、雾天气较多，道路的运营安全面临严重挑战。

设计中通过在小半径位置增加主动发光标志、减速标线等安全设施，洞口设置彩色路面、遮光棚，设置雾区行车安全主动诱导系统等措施为行驶车辆提供安全诱导。同时克服复杂地形限制设置避险车道（LK61+800）、停车区（K45+700）等设施，在紧急情况时为车辆遇提供自救服务；考虑到隧道内如遇紧急事故救援无法及时到达情况，在柳园隧道（LK59+933）、南马鞍隧道（LK66+363）设置两处应急救援辅助通道，多种措施相结合确保项目的运营安全。

结语

新晋高速块村营至营盘（省界）段高速公路的建成通车，将进一步完善优化我省高速公路网布局，增强河南北部高速公路网的互补性，打通全省南北运输走廊，促进南太行旅游业的发展，加强晋豫两省之间的联系，为沿线地区的经济快速发展创造更好的基础条件。同时，大高差螺旋隧道群的设计和应用，也为设研院后续开展山区项目积累了宝贵经验和技术优势。

责编:史健 | 审核:李震 | 总监:万军伟