道路下穿既有高速公路技术方案比选分析

徐孝辉

（贵州省贵阳公路管理局，贵州 贵阳 550002）

0 引言

进入21 世纪以来，国内高速公路建设里程明显增加，对区域经济发展水平及城市化进程均起到了促进作用。在现代城市工程日益完善的背景下，高速公路项目建设也暴露出一些问题，其中最为明显的是隔断了两侧城市功能区，使相邻城市经济及交通运输业发展受限。客观分析造成交通拥堵的原因，道路和既有高速公路交叉处的问题最为突出，可能对区域经济的运营发展起到一定的制约作用。在市政道路施工实践中，要尽可能地将工程施工给高速公路交通运输带来的影响降到最低，并且确保工程的安全性及低投资。

1 工程概况

A 新建次干道工程和既有高速公路交叉，交叉点通过下穿形式施工；新建道路规划了双向4 车道，红线宽30.0m，机动车道正常通行高度4.6m，顶部照明、标识牌部署等的组装空间统一为0.6m。既有高速公路和新建道路之间的断面、平面关系图如图1 所示。经专业仪器测量发现，新建道路和既有高速公路平面交叉角81°，高速公路宽26.0m，填方路基，路基全宽32.0m；新建道路设计标高最低点和高速公路路面相差6.5m，估计建成通车空间后现场覆土4.0m。该地区内项目建设时，要求尽量追求工程和既有景观协调统一，并且已经勾画出具体的规划图纸，所以，很难大幅度整改新建道路的设计标高。

图1 既有高速公路和新建道路的关系图（单位：cm）

2 下穿施工方案的对比选择

2.1 不影响高速公路交通运输的方案

2.1.1 暗挖法，已知新建道路施工时，追求降低断面高程值，所以单拱断面不满足该工程建设要求。建议使用连拱且小矢跨比的断面，当然也可以应用分离机动车道与人非混行道的工法。可以用双连拱暗挖法执行主洞的现场施工任务，通过暗挖法或顶推法成功建造人非混行道（见图2）。

图2 暗挖断面图示（两侧混行道仅应用其中一种）

中洞法配合CRD 法开挖建设机动车连拱隧道，基于矩形箱涵顶进（见图2 左）、直墙仰拱暗挖（见图2右）工法，处理左右两侧的人非混合车道。

超前大管棚与拱顶注浆加固处理后，使双连拱隧道更具可实施性。但在实际中，为了确保双连拱暗挖断面构造符合覆土厚度的设计要求，建议把新建路面的设计标高向下调整1.0m 左右，以上操作过程中潜匿较多的风险因素。

在现场施工中，为了缩小暗挖法下顶底部不能应用的空间资源，建议应用洞桩法组织作业活动，具体方法可以作出如下阐述：先把互为锁扣的钢管打进隧道顶面与侧面，用来构建大管棚；随后，在左右两侧与中间局部位置开凿导洞，经检查确认贯通导洞后，根据工程设计图的要求，施工处理桩基、纵向支撑及洞顶横梁；上述工程项目完成后，再组织另一组导洞的现场施作活动，将以上步骤重复执行。顶部横梁有效连通以后，在两侧可靠支护的工况下，可以逐渐朝下方开挖作业[1]。

既往研究发现，对于大部分新建道路来说，在浅覆土施工过程中，增加路面沉降问题的控制难度，风险系数相对较高。

2.1.2 顶推法，面对浅覆土现状，要求最大程度地降低施工给高速公路交通运输带来的影响，推荐使用管幕箱涵施工方案。具体操作过程相对较简单：把处于锁扣状态的钢管沿着箱涵顶部和两侧逐一打开，并注浆加固，以上是十分安全、合理的方案。并且，为了降低施工操作难度及减少临时作业量、节省开支，在非软土地质上，不建议应用单个大断面推进功阀，推荐把断面细分成2～4 个平行箱涵，分别顶推施工，参照既有工程建设经验，把2 个毗邻箱涵净距控制在1.0m 左右。

2.1.3 整体临时改道，因为该新建道路地处城市郊区，高速公路左右两侧都是建设用地，有进行整体化临时改道的客观条件，所以和管幕箱涵法或暗挖法相比较，临时改道方案执行过程更加简单、安全，造价更低，基本上不影响高速公路交通运输过程。在临时改道中，可以不依照现行降速要求开工建造，按照相关技术规范要求，组织箱涵放坡明挖施工活动能顺利下穿地道。

经运算后发现，管幕箱涵顶推、暗挖、整体化临时改道土建造价分别约5500 万元、4850 万元、1720 万元。

2.2 对高速公路交通运输产生一定影响的方案

2.2.1 明推法，明推法是在既有道路局部搭建临时性钢便桥后，在道路左右两侧筑造工作井。按照设计图纸，在井中分节段预制尺寸适宜的箱涵，向下开挖钢便桥并建设顶推的滑板与滑槽构造，逐渐把箱涵推到设计部位；后续各孔箱涵均循环执行以上操作流程，直到全部箱涵顶推就位。由于具体施工时，开挖操作在前，顶推在后，所以据此将其命名为“明推法”。既往有道路工程建设时应用了这种工法，与盖挖法做对比，尽管均需要在临时便桥下进行开挖作业。但明推法的突发开挖和箱涵预制两者并没有设定严格的先后次序，准许并行开展，进而明显缩短桥下顶推的持续时间，使项目工期更具合理性，整体造价高于4000 万元，具体施工流程如图3 所示。

图3 明推法现场施工图示

明推法利弊共存，最大的不足是需要屡次导改既有道路交通及破除局部路面等，现场施工工序烦琐复杂，需要架设诸多临时性工程，如修筑顶推作业坑、反力支架等。

2.2.2 路改桥，路改桥实质上就是整改既有道路建设成桥梁，进而于桥梁下，直接建造道路或箱涵的形式。参照跨度大小差异，可以建设实心板式或预应力空心板式桥梁。对于新建道路而言，应用两跨跨度达20.0m 的预应力空心板桥更具经济性、合理性，断面构造情况如图4 所示。

图4 高速公路改桥梁方案图示

也可尝试使用桥面+U 形结构，开展路改桥建设活动，但以上这种形式最大的特点是：桥面下U 形构造与路面铺装和桩基之间相互脱节，而且不能构成连接部分。在桥下施工环节中，左右两边的桥桩基均兼用基坑与支挡构造（参照现场开挖深度在局部布置锚索），因此，U 形结构外墙面与悬臂型结构的相似程度很高，并且桥梁实际占地宽度较为狭小，桥整体跨度偏小，适用于场地宽度受限的情景。在实践中，应用半幅路交通封闭形式施工，要减轻或避免道路局部变形，减少对行人舒适感和稳定性的影响。先在中心隔离带内布设板桩，随后组织半幅桥梁的施工建设活动，在半幅施工完毕后，再进入另外半幅桥梁的施工工序，具体施工流程和前半幅保持一致。最后，再组织U 形槽钢筋混凝土构件的浇筑施工[2]。

2.2.3 盖桥法，这种工法的现场整体施工次序和路改桥相像，同样是先建成全新的行车路面板构造，随后在路面下方挖掘土方。针对新的行车路面性质不做具体要求，可以是临时性的或永久性的。

结合临时性路面跨度差异，合理应用铁路D 型梁或贝雷架等型钢梁进行精准拼装，在预算不足的情况下，还可以应用钢筋混凝土结构；永久路面以钢筋混凝土板为主。综合分析现场施工过程的简洁度及对高速公路交通运输产生的影响，道路建设时应用基于永久路面的盖挖逆做箱涵更具合理性，具体施工工序如图5 所示。

图5 盖挖逆做箱涵断面图示

与路改桥+U 形方案相比较，盖挖逆做箱涵的独特之处通过刚性连接的方式使路面板和下部结构形成一个整体，这也决定了其和U 形结构相比受力更具合理性；施工建造永久路面板环节要精准预留外墙、隔墙及相应钢筋；基于单墙形式筑造外墙时，能进一步减少成本支出。对于新建道路项目来说，与路改桥相比较，盖挖法的支护施工要求更高，需要临时进行半幅封闭交通，并且在工程造价控制方面没有体现出明显优势，所以没有特殊情况时，不推荐使用。

2.2.4 明挖法，明挖法即应用半幅交替形式由地面开挖建设。在具体实践中，要在局部布置临时性基坑支护构造，如图6 所示。该方案先用明挖法开挖既有高速公路，为确保其能维持正常的通行力，要另修筑一条便道。土方开挖工序结束后，即可浇筑箱涵结构，后期循序渐进恢复箱涵顶上既有高速公路的路面、路基等。

图6 明挖现浇箱涵的下穿施工图示（1/2 幅）

3 整体比选以及执行

3.1 整体比选

综合上文论述分析的内容，从技术先进性、造价控制、操作难度及风险系数等方面进行比较。

在对既有高速公路基本不产生影响的几个项目方案内，整体临时改道明挖法的成本最低，并且操作工序最为简单、风险系数最低。结合新建道路的现场条件，可以把整体临时改道作为首选方案。如果新建道路所在区域地下管线错综复杂、周围建（构）筑物密集分布、人流密度大等，经分析判断，不具有临时性改道建设的客观条件时，则推荐用暗挖法与顶推法施工。针对会对既有高速公路交通产生影响的实施方案，半幅式明挖、盖挖逆做和路改桥方案的投资均较低，之间没有产生显著差异。其中，路改桥方案实施时，影响正常交通运输的时间较短暂，并且土方开挖环节对临时性支护质量没有严格要求等。因为，现场勘查发现，新建道路适合路改桥方案，并且路改桥自身有执行过程简单、风险系数小等优势，故而可以作为首选工法。

3.2 方案执行

实施路改桥方案时，选择预应力空心板作为上部构造。现场具体实施流程如下：先留存半幅用于交通（以确保双向4 车道正常运营，临时向外扩建出1 个车道），封闭施工建造的半幅逐渐向下方挖掘至盖梁底部，以上过程配合钢板桩进行临时支护，随后逐一施工处理桩基、盖梁构造，经测量确认达到设计强度后，稳妥地吊装空心板板梁，有序施工路面并恢复正常交通运营状态。在实际中，为了降低临时性支护作业的要求，不可以即刻在桥梁下开挖土方，而是通过封闭另外半幅路面的形式，反复执行以上过程，直到整个桥面恢复正常通行状态，随后才可以组织工人挖掘桥下土方，严格按照普通道路的规范要求进行施工操作即可。

在整个桥面完全恢复正常运输状态之前，路改桥方案现场实施时，开挖深度最大达到了4.5m 左右，施工处理桥台时，大部分范围的挖掘总深度≤2.0m。现场执行这种路改桥方案时，侧重点是完善施工组织及不同工序的部署工作，如土方具体开挖时间，空心板梁预制和现场之间实现同步化等。风险因素集中存在于桥台梁建筑与空心板吊装两个工序内。所以，综合来讲，这种方案的执行难度偏低，能协助施工单位创造出较好的经济效益。

4 结语

综上所述，考虑诸多方面因素比较道路下穿高速公路的各种实施方案，权衡利弊后作出最合理的决断：若明文规定不可影响既有高速公路运营时，则建议应用整体临时改道明挖法；若要确保工期内高速公路至少有4 车道能正常运营，则路改桥方案可以作为首选方案；对于新建道路来说，路改桥方案实施期间在技术合理性、低风险性等方面更占据优势，能协助施工单位创造更多的经济效益，推广普及价值更大。