探讨高速公路桥隧连接工程中的隧道洞门施工技术

蒙重光

(广西交通实业有限公司 广西南宁 530000)

据数据显示：在高速公路的施工建设中，桥隧连接工程的所占比超过70%。这一数据足以表明高速公路施工经常性面对桥梁、相邻隧道之间的距离较近的特点。为了充分保障工程的施工质量、施工安全性和正常运营，必须做好桥隧连接部位的施工设计，严格把握隧道洞口的施工质量。高速公路桥隧连接形式并非只有一种，常见的有整体形、紧靠形、连接形3 种连接形式，下文依次展开论述。

1 高速公路桥隧连接工程概述

很多高速公路的施工建设需要经过山区，如果桥梁端点距离相邻隧道洞门较近，那么从施工设计阶段开始，就要充分考虑桥梁和隧道对彼此的影响。与高速公路对应的隧道、桥隧之间、桥端部间的连接路段被称为桥隧连接工程，不仅包括桥梁建设，还涉及山岭中的隧道建设。尽管现阶段高速公路施工技术已经足够完善和成熟，但桥隧连接工程的设计与施工，受到多种客观因素的制约，很难完全解决[1]。

根据高速公路的施工环境、运营需求，桥隧连接方式也有所不同，常见的连接方式有以下3种。

1.1 整体形

这种桥隧连接的特点是桥梁桥台和隧道洞口是一个整体，没有完全分开，在连接部位变形与受力的情况下，桥台、隧道洞口共同承载负荷，而且变形程度基本相同。设计整体形的隧桥连接工程，也要把桥台、隧道洞口当作一个整体来看待，进行整体结构的计算与分析。施工过程中不能破坏连接部位的完整性。当前的相关规定只涉及了桥台与隧道洞口，并未对整体形桥隧连接工程的施工技术提出统一要求，而且隧道洞口与桥台共同组成的结构，其承重能力至少要承受住隧道围岩、自重以及车辆的荷载。桥隧连接工程的自重与车辆荷载可通过计算得出具体数值，但围岩荷载则会随着地质条件的改变而改变[2]。所以整体形的桥隧连接工程需要承担隧道洞口和桥台负荷，这种形式的结构一旦出现施工质量问题，很可能造成极为严重的后果。

1.2 紧靠形

这种桥隧连接的特点是桥梁桥台和隧道洞口只是表面上紧靠在一起，之间没有衔接的路段，但实际上两个结构并没有相连，而是彼此分开，有着十分明显的施工缝。然而，从道路表面看，桥台与隧道洞口的表层结构却是统一的，几乎察觉不出彼此分离。桥台的负荷主要源自桥梁自重、荷载效应、温度效应、桥台基础变化、周边岩石压力等；而隧道洞口的负荷主要来自车辆与周边的岩石。由于桥台和隧道洞口之间有施工缝，因此两个结构的位移与变形并无关联。然而，桥台、隧道洞口无法统一会让连接部位出现很大缝隙，严重情况下可能错台，影响行车安全与舒适度，甚至还可能引发重大交通事故。

1.3 连接形

这种桥隧连接方式的特点是桥台、隧道洞口二者的结构尽管相互分开，但是之间有衔接的路段。桥台与隧道洞口的变形并不会对其受力情况产生直接影响，二者彼此独立。施工中的主要难点在于，桥梁、隧道、衔接路段尽管有关联，但是缺少相同的路面基层，隧道路面与桥梁路面都采用的是刚性基层，半刚性基层通常用于衔接路段的路面施工。桥梁、隧道、衔接路段之间的路面彼此影响，与车辆行驶、交通状况密切相关。

2 高速公路桥隧连接工程施工特点

连接工程的施工，需要将桥台与隧道洞口看作一个整体，二者相互影响，所以不能单独设计和施工，必须要将二者放在一个整体结构中考虑施工方案，保证施工的连续性和工程良好的受力状况。桥隧连接工程的施工特点，主要体现在以下几方面。

2.1 独立性

桥隧连接工程的整体性是针对其结构与施工而言，但作为高速公路的组成结构，也有较强的独立性。制订施工方案时，需要充分考虑桥隧连接区域，合理选择技术解决此区域的施工难题。桥梁、隧道、路面的设计通常是分开进行，由不同科室和设计师来完成，这也在一定程度上体现出独立性的特点。

2.2 干扰性

以整体性桥隧连接工程为例，施工设计时，考虑地形与地质的限制，须在隧道内部完成桥台的浇筑，然后在桥台上直接架设桥梁梁板，将其伸到隧道内部。与隧道相比，高速公路的桥梁更宽、更广，桥梁伸进隧道的部分可能和前几跨的梁板尺寸不相符，因此需要通过加大加宽隧道明洞的方式使之符合桥梁梁板尺寸。这种情况下，就不能独立设计桥梁或者隧道，因为单独设计任何一个结构，都会对另一个结构的设计产生干扰[3]。

2.3 综合性

桥隧连接工程施工包括路基路面、桥梁、隧道这3个部分，本身就具有综合性的特点。在设计工程的施工方案时，需要考虑上文提到的3种不同结构类型，在保持其本身结构特点的同时，又能充分考虑各个部分在连接区域的共性，这便是方案设计中所体现出的综合性。施工期间，需要协调好桥梁、隧道、路基路面这3个部分的施工进度。

2.4 后续性

桥隧连接工程的施工设计需要考虑多方面因素，作为高速公路施工建设中的特殊结构形式，即使是施工结束投入运营，仍然需要面临很多问题，这便是工程的后续性特点。高速公路运营过程中最突出的问题是道路、桥梁、隧道等部位的地质特点不同，桥台、隧道围岩、路面的沉降有差异，导致桥隧连接部位的路面凹凸不平，很多部位跳车严重。随着运营时间的延长、路面状况的恶化，还可能出现排水不畅、连接段积水等问题，严重影响车辆通行。车辆从桥梁进入隧道，再从隧道驶上桥梁后，部分司机无法适应明暗度的变化，很容易发生追尾等交通事故。如果边坡植被受到严重破坏，还可能引发泥石流。

3 高速公路桥隧连接工程中隧道洞门施工技术的应用

3.1 明确连接部位的施工参数

施工前，准确计算高速公路桥隧连接区域的标准荷载。其计算公式如下。

荷载=1/2×（空心板自重＋二期铺装自重）＋桥台自重

空心板自重=0.5×1 片空心板截面积×空心板片数×跨径×容重

采用建模方式计算桥隧连接工程参数，能够充分保证计算结果的准确性[4]。洞口采用喇叭形设计，壁厚与过渡段的长度均0.6～10 m，洞口宽度的过渡为12～15 m。构建好洞口模型后，选择计算参数，参数具体如表1所示。

表1 高速公路桥隧连接参数

模型具备数值模拟功能，能够准确计算出过渡段与内部隧道的受力等重要参数，为后续隧桥连接工程的施工奠定良好基础。

3.2 隧道洞口的选址

高速公路施工所处的环境不同，山体形态、地形地质特点有很大差异，每座山体的承载力亦不相同。例如：广西大部分为典型岩溶发育区，地形复杂，山岭绵亘，岩溶的存在给隧道工程带来了困难，若不能合理、正确处治，施工过程中将可能引起坍塌、突泥和涌水等灾害，直接造成人员生命和财产损失；也可能引起地表水流失、地表塌陷等，给后期隧道的运营埋下安全隐患。

此外，在预修建的隧道上方，岩石承载力的大小与工程施工进度、施工质量密切相关。修建隧道之前，必须详细调查周边环境，充分了解施工区域的水文、地质、地形，记录相关数据，以此为依据合理选择隧道洞口的施工位置。例如：最终确定隧道洞口在连续岩层的山体处施工，此区域没有山体滑坡和断裂等问题，说明山体稳定性良好，可修建隧道。如果山体岩石以承载力较差的强风化砂岩组成，则很容易出现坍塌等问题，出于安全考虑，不可在此处修建隧道。

3.3 施工流程

3.3.1 浅埋段施工

如果隧道洞口的施工位置处于浅埋段，施工人员应予以高度重视，因为浅埋段的施工质量将会直接影响后续工程的施工。为了提高隧道基层的稳定性与安全性，必须在隧道洞口做好科学的支护措施，尽可能采用人工挖掘施工，如无十分必要不刷坡。进入隧洞之前务必完善、检查防护措施；上部围岩和地表都需要进行加固，尤其要控制好围岩变形。通过二次加固措施避免人工开挖破坏土体结构，增强岩体强度，防止山体坍塌。与机械开挖相比，人工挖掘对山体造成的破坏较轻，安全性较高[5]。浅埋段有一层较薄的覆盖层，隧道上方的土方承载能力弱，自身稳定性差，岩土基本不具备自承体系。开始施工后，围岩因为承受巨大压力而出现变形，所以开挖过程中，应使用锚杆、工字钢架、钢筋网、格栅钢架等支护设施，并且要注意围岩变形程度，结合实际情况调整施工方式。初期支护时，选择强度和刚度足够大的材料，以避免隧道上方的岩层遭到破坏，同时还要根据测点对开挖施工过程实施动态监控，分析已知数据和参数，确定施工进度。

二次衬砌是预防、控制围岩变形的重要手段，洞口开挖和初期支护后，在岩体变形量未超过设计值的70%时，应及时采取二次衬砌措施，否则很可能无法起到支护效果。初期支护完成后，还需要在衬砌断面增加厚250 mm的混凝土衬砌断面，以维持支护设施的刚度，避免围岩变形。

（1）将施工区域的杂物、杂草、石块、树木、垃圾等清理干净，采用超前支护喷锚技术对洞口边坡实施加固处理。拱部衬砌轮廓部位沿着水平方向打入两排φ42，排列要均匀，长度4 m，每个导管之间的平行间距为40 cm，环向间距为30 cm，纵向每3 m为一环。施工结束后通过注浆的方式加固围岩，增强围岩的稳定性。注入岩浆、喷锚施工结束后再挖洞。

（2）采用台阶法开挖隧道，分为上部核心、下部、仰拱这3 个阶段的施工，每个阶段挖掘结束后都需要采取保护措施，然后使用小导管做好超前支护，用格栅钢架做支撑。锚杆长度3 m、纵向间距50 cm、环向距离100 cm，插入后，钢筋挂网，喷射20 mm混凝土。

（3）套拱施工过程中，开挖断面至少要比预期数值增加0.3 cm，这样才会维持混凝土衬砌支护的稳定性，不会让支护因为套拱施工而发生断裂。

（4）挖掘隧道下部时，需要做好围岩暴露面的保护，如果暴露面积太大，很可能会引起山体滑坡灾害。为了防范滑坡，建议采用上下层台阶的开挖方式，以保证两侧可以错开3～5 m。开挖施工完成后，设置混凝土、格栅钢架、锚喷支护，保证拱部参数与支护参数的一致性，每层之间的格栅钢架要焊接牢固，避免松动引发意外事故。

（5）衬砌施工需要与掌子面相互接轨，完善保护措施，衬砌环施工结束，且通过质检后，再开始仰拱施工。仰拱衬砌要比拱部衬砌高出2 cm。

3.3.2 偏压段施工

受到地形、地貌、天气等客观因素的影响，隧道洞口顶部的覆盖层往往较为薄弱，隧道洞口外围的岩体密度较低，从而使隧道底板上方的岩石朝下倾斜，导致洞口两边的承受力完全不对称，这便是偏压段的形成机制。开挖施工中，很容易因承受力不对称而引起坍塌，或者在衬砌施工后开裂。鉴于此，偏压段施工之前应该完善支护措施，以增强对围岩压力的抵抗力，可使用钢筋混凝土修建挡墙，也可以提前修建衬砌，还可以设置锚杆挡墙护坡等辅助设施，以充分抵抗围岩施加的巨大压力。施工过程中需要注意以下4点：（1）开挖过程中尽量不要破坏原本的植被，采用机械与人工相结合的开挖方式，妥善处理压力不平衡的问题，必要情况下可以对边坡采取刷坡处理；（2）在隧道洞口修建排水系统，为洞口两侧与隧道顶部增设排水通道、排水口，保证地下水不会渗透，同时在所有必要位置增加支撑；（3）在施工前制作大管棚，目的是在隧道洞口施工过程中为其提供压力支撑。灌浆用来加固隧道开口，增强其承载能力，以更好地应对施工期间产生的压力；（4）施工过程中对洞口、洞口支护、隧道等位置采取动态、实时监测措施，根据监测结果随时调整施工参数。

3.3.3 岩堆段施工

岩堆在桥隧连接区域非常常见，主要由石灰石、碎石等组成。岩堆是表层岩体在长时间风化过程中，因重力影响堆积而成。堆积物以体积较大的石块、砾石为主，还有很少一部分的细颗粒状的泥沙，结构空隙比较大，十分松散，结构不稳定。由于堆积物的角度、坡度基本一致，在受到施工振动后，很容易坍塌、倾覆。为了保障施工安全，在岩堆区域施工之前，应该做好支护措施，尽可能排净岩堆中的水分，然后使用混凝土支护。在初期支护与二次衬砌施工时，如果发现岩堆积水，应立刻采取处理措施，保证围岩的干燥性和稳定性，消除安全隐患。如果岩堆的体积较大，还需要对整个坡面采取支护措施，在地表注浆，避免地下水渗透[6]。施工注意事项主要集中在以下5 个方面。（1）排除岩堆水分的过程中，需要对地下水采取拦截措施，清除洞门中的悬石，挖好排水沟，设置钢筋网混凝土作为锚喷支护。使用二级螺纹钢作为锚杆，锚杆长度2 m，φ28，间隔1.5 m×1.5 m，钢筋网片20 cm×20 cm。挂好网片后，喷射5 cm 厚的C25 混凝土。（2）隧道紧靠山体一侧1 m 内通过注浆的方式进行加固施工，以增强对侧面压力的抵抗能力。注浆管长13 m，呈梅花桩设置三排，每排间隔1 m。通过注浆的方式加固地表。（3）开挖40 m 后，使用φ42 型号的小导管再次注浆，小导管长度5 m、纵间距4 m、环间距30 cm，注浆施工中使用10°与30°的外插角，两种角度相互交叠。后续每挖进40～50 m 便进行注浆，注浆操作同上。（4）施工隧道洞门的拱部、中下层时，拱部挖进80 cm后应用支护技术，使用拱架、钢筋网、锚杆、喷射混凝土（厚度0.25 cm）。把中部格栅与拱部格栅支架焊接成环状，以增强侧面压力。（5）每当隧道挖进一段距离，就要进行超前支护，并设置仰拱，让隧道形成完全封闭的环状结构，以此来维持隧道洞口的稳定，保障施工安全。

4 结语

综上所述，高速公路桥隧连接工程的施工具有一定的复杂性、风险性，尤其是隧道洞口，此区域是整个工程的施工难点和重点。由于山体的地形和地质条件不同，施工环境尤为复杂。现阶段，我国并没有针对高速公路桥隧连接工程明确的施工规范，很多情况下需要施工人员根据现场勘查结果采取施工技术，因此企业需要更多优秀、专业的人才提高自身的核心竞争力，促进我国建筑行业的长远发展。