山区高速公路桥隧相连过渡段差异沉降成因及处治探讨

张　弢　王　冠

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

山区高速公路桥隧相连过渡段差异沉降成因及处治探讨

张弢王冠

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要桥隧相连是山区高速公路中常见的工程组合形式，其过渡段差异沉降的现象普遍存在，这给高速公路结构物的稳定性和行车安全带来了极大的影响。文中针对桥隧相连过渡段差异沉降产生的机理及常见的预防处治措施进行了简要的分析。

关键词山区高速公路桥隧相连差异沉降

山区高速公路因地形、地质条件复杂，桥梁和隧道占路线总长的比例往往较大，从而导致各种类型的桥梁工程与隧道工程前后相连的现象十分普遍[1]，见图1。

图1　山区桥隧相连示意图

大多数桥隧相连工程地段具有地势险峻、施工场地狭窄局促等特点，并且很多隧道洞口或紧邻深谷，或处在地形、地质条件较差的地段，或有时桥台紧邻隧道洞口布置等，往往给相关工程的设计、施工和后期管理或养护等带来很大的困难。此外，由于近年来我国各地交通流量呈逐年猛增的趋势以及各地普遍出现的车辆重载或超载较多的现象，长期的车辆荷载及其振动或冲击使得桥隧相连工程(尤其在软弱围岩条件下)过渡段的差异沉降现象频繁出现，对公路的安全营运带来了不利影响，已越来越引起人们的广泛关注。

1　桥隧过渡段差异沉降产生的机理

桥隧相连工程中，由于桥梁刚度和隧道衬砌之间的差异、工后沉降差等原因，在桥梁与隧道之间往往会形成沉降差。当车辆通过桥梁，特别是重型卡车通过桥梁的时候，会出现跳车现象。跳车在一方面影响行车的安全和舒适度，另一方面会对路面形成一个很大的冲击力，进一步增大路面的沉降差，从而加剧跳车和对路面及相关结构物的损伤或破坏。

在车辆荷载及其振动或冲击作用影响下，桥隧相连工程过渡段差异沉降产生的机理及过程大致如下[2]。

(1) 当车辆通过桥梁时，在车辆荷载及其振动或冲击作用下，桥梁结构与车辆产生耦合振动。

(2) 车辆荷载所引起桥梁的各种振动响应，传递至桥头附近的桥台、桩基础及附近的隧道洞口的围岩体或斜坡岩土体中，对其产生扰动效应。

(3) 长期的、大小变化的、持续不断的扰动或振动效应，逐渐导致桥台、桩基及附近岩土体不断产生变形或位移等，当这类变形累积到一定程度后，进而产生差异沉降现象。

2　桥隧相连过渡段差异沉降的危害

差异沉降是反映土木工程结构或地基的变形或位移特征的重要指标，如果差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力；当超过一定限度时，将会产生裂缝、倾斜甚至破坏。路面对差异沉降特别敏感，微小的差异沉降就会导致路面的平整度降低，影响车辆的平稳行驶；当差异沉降较大时，就会导致路面开裂或破坏。

桥隧相连工程中，尤其在工程地质或隧道围岩条件较差的情况下，很多桥隧相连段各结构或部位间在工程建成后不久便易出现各种差异沉降或工程病害现象[3](多由差异沉降引发的)，如软弱地基、软弱或破碎围岩条件下隧道洞口与桥台之间、隧道洞口段和过渡段软弱路基之间、路桥过渡段桥台与引道之间的差异沉降现象，或桥面、桥台或伸缩缝局部破损，以及隧道入口或出口段路基路面局部凹陷或破损等病害，并已逐渐成为近年来引起桥头或隧道洞口跳车现象，影响行车安全和工程结构物的稳定与安全，诱发交通安全事故的一个重要原因。

3　桥隧相连段差异沉降的预防与处治

3.1预防和处治过渡段差异沉降需考虑的因素

如何预防或处理好桥隧相连段的差异沉降现象或由此引发的各种工程病害，常常涉及到桥梁上部结构与桥台和基础的选型，隧道洞门的选型，隧道结构的安全与稳定，相连段的差异沉降与地基处理，洞口围岩、边坡或仰坡的稳定性，复杂地质条件中(如软弱、破碎围岩)隧道沉降，对桥隧相连段相关工程病害(如隧道衬砌局部开裂和破损，桥梁端部、桥台及基础的疲劳破损、端部位移或跨中挠度过大等)的控制与处理等诸多重要内容。

3.2可采取的措施或处治方法

(1) 从设计阶段来说，在桥隧搭接工程设计方案比选时，应尽量远离地质灾害区域(易发生滑坡、塌方、崩塌、落石、泥石流或岩溶发育区等)，尽量避开大的地层断裂带、构造破碎带等不良地质地段[4]。

此外，合理地选择桥台及基础的形式，也是有效控制差异沉降的重要措施。一般来说，在地基较为软弱的地段，宜采用桩柱式和肋板式桥台，减少地基沉降，避免桥头沉陷。在地基承载力较高的路段，可选用重力式桥台以及扩大基础的形式。

(2) 预防与控制桥隧相连过渡段的车辆跳车现象。为避免或有效地减小甚至消除车辆跳车现象，以减小各种车辆通过时的振动或冲击作用，目前主要采取设置桥台搭板、钢筋混凝土厚整体式刚性路面过渡以及铺设土工格栅等几种做法。

①设置桥台搭板。这是较常见的一种控制和预防桥头跳车的做法。在桥隧邻接段(尤其是地质情况较差时)应作相应的加长或加厚处理，并在施工时注意控制好搭板后填料的压实度和设置好防排水设施等。

②设置钢筋混凝土厚整体式刚性路面。此方法可以避免邻接段短距离内的2次刚柔过渡，使桥隧之间较短的衔接段在线路纵向上刚度连续，并可以从一定程度上减轻衔接段短路基或桥台、隧道洞口病害、破损和跳车现象，因而也是一种很值得参考或借鉴的预防和控制桥隧相连段车辆跳车的处理方法。

③ 铺设土工格栅。此方法主要是采用铺设土工格栅，约束土体的侧向变形，提高土体的抗剪强度和抗变形能力，减少路基的不均匀沉降，从而很好地协调桥台与路堤之间沉降差，增加路堤填土的整体承载力，达到预防桥头跳车的目的。

(3) 处理好桥隧相连段隧道洞口的排水问题。处理好桥隧相连时隧道洞口段的排水问题，可以减小或避免各种因排水不畅、雨水侵蚀或冻害而导致的工程病害(如桥梁伸缩缝积水锈蚀，隧道内路面破损、翻浆冒泥，衬砌渗漏水、腐蚀或破损，隧道洞底围岩局部沉降、下陷或滑塌等)，因而对控制或减轻桥隧相连过渡段差异沉降现象也是有益的。

因此，要做好隧道仰拱洞口处和洞内以及桥头的排水、防水工程，确保隧道结构与桥面排水设施通畅，选择固结性好、变形小、渗透性好的填筑材料，减少雨水或污水对桥隧结构各部位的浸蚀、腐蚀和破坏，避免或减少路基软化、水土流失、路面水毁等现象。

(4) 重视隧道仰拱底部及桥台回填土处理，严格控制施工质量，采用合理可靠的工艺，选用合适的压实机具，分层压实，保证回填土地基的密实程度和均匀性。同时，确保仰拱底和台后及时回填，保证回填压实度达到要求。

(5) 改善桥隧搭接处的地基性能，采取合适的地基处理或加固方法，提高地基承载力，确保桥头软基处理深度符合要求，严格控制软基处理质量，减少差异沉降。

(6) 确保搭接处桥面和隧道内路面及路基的施工质量，避免路面开裂破损，路面翻浆冒泥，板块错台、不均匀沉陷、板块脱空等现象的出现。

(7) 在条件允许的情况下，长期连续地进行搭接段的沉降观测和检测监控，坚持病害调查与处治工作，并加强对工程重要部位的养护、维修与加固，确保桥隧搭接工程的安全与稳定。

收稿日期：2015-03-15

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.029