公路隧道下穿既有橋梁的施工影響及工程措施

文／繆培剛 甘肅路橋第三公路工程有限責任公司 甘肅蘭州 730000

引言：

在區域經濟交流頻率不斷提升的背景下，地區公路交通網的密度、通達度也在不斷提升。在公路隧道工程的施工中，經常面臨下穿既有橋梁的情況，若不能對其施工影響進行合理化處理，會影響到橋梁結構的穩固性，縮減橋梁工程的使用壽命。由此可見，加強公路隧道下穿既有橋梁的施工影響及工程措施研究，具有良好的發展意義。

1、公路隧道下穿既有橋梁的施工影響

1.1 隧道變形

公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，隧道變形屬于常見的施工影響類型，而導致此類問題出現的主要原因如下：

（1）公路隧道工程的施工過程中，需要對土體進行卸載處理，這也打破了施工區域土層應力平衡，在土層重新恢復平衡態的過程中，土層應力會向著薄弱區域（即開挖位置）積聚，在超出開挖地區圍巖上限值之后，便會帶來隧道變形問題，影響到隧道結構的穩固性。

（2）公路隧道上部的橋梁結構，其自重相對較大，下部隧道工程開挖時上部橋梁結構也會產生較大的重力荷載，共同作用下也會促使結構發生位移，而產生的擠壓力也會持續作用于隧道頂部和側面，帶來隧道變形或頂部塌落問題。

（3）在隧道開挖后沒有做好臨時支護施工，在面對多方應力作用時，也容易滋生隧道變形問題，威脅到后續工程的安全進行。

1.2 混凝土裂縫

公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，混凝土裂縫也屬于常見的施工影響類型，而導致此類問題出現的主要原因如下：

（1）公路隧道工程的施工過程中，混凝土屬于常用的施工材料，在混凝土入模處理時，沒有控制好相應的溫差，并且澆筑過程中的分層合理性較弱，出現分層澆筑厚度較大、間隔時間較大等情況，加上養護措施不合理、養護時間不足，從而造成了溫度裂縫、干縮裂縫等問題，影響到結構的穩定性。

（2）在混凝土振搗過程中，單次振搗的時間、振搗棒插入深度、抽拔時速度的不合理都會影響到混凝土振搗結果的均勻性，在凝固受壓后更容易出現結構裂縫問題。另外，在振搗工作結束后沒有對振搗完整性進行檢查，使得邊緣位置的區域沒有得到充分振搗，從而帶來結構裂縫問題。

（3）在混凝土強度規劃時，沒有考慮到上部橋梁結構所帶來的持續作用，在超出負荷上限的作用力下，更容易出現應力裂縫。

1.3 隧道樁基沉降

公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，隧道樁基沉降也屬于常見的施工影響類型，而導致此類問題出現的主要原因如下：

（1）開展公路隧道工程樁基施工時，所使用到的樁基類型為抗拔樁、止水帷幕、封底樁等，在前期設計時，沒有考慮到橋梁位移產生的側壓力，使得設計樁身直徑、長度不滿足實際需求，在多向合力的作用下，使樁基出現了不規則沉降問題。

（2）公路隧道所使用到的樁結構深度較大、直徑較大，由于在前期沒有做好科學布控，并且所使用的鉆機設備工作效率較低，這樣也使得結構在施工時更容易出現孔壁形變、孔壁塌陷等問題，從而影響到樁基的成型質量，增加樁基沉降問題的發生概率。

（3）在隧道樁基鋼筋籠的制作中，沒有對鋼筋籠尺寸、單節長度等內容進行合理規劃，使得鋼筋籠安裝時出現相應的質量問題，導致隧道樁基結構出現沉降問題。

1.4 隧道涌水

公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，隧道涌水也屬于常見的施工影響類型，而導致此類問題出現的主要原因如下：

（1）開展公路隧道工程施工時，沒有提前做好科學的降水工作，或在降水井施工時未均衡考慮降水對已有橋梁工程的影響，這樣使得降水措施的應用效果較差，無法將地下水位控制在安全范圍內，這樣在隧道施工時則更容易出現涌水問題，影響到隧道工程施工結果的可靠性。

（2）公路隧道在施工時沒有提前處理好節理發育、結構裂隙區域，這樣也使得結構應力平衡破壞后，結合水和毛細水也會沿著裂隙聚集在隧道底部，從而帶來涌水問題。

1.5 通風不暢

公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，隧道通風不暢也屬于常見的施工影響類型，而導致此類問題出現的主要原因如下：

（1）在已有橋梁工程下進行公路隧道工程施工，所需要考慮的綜合影響因素較多，所以在施工時也會盡量縮小作業空間，這也增加了通風環境的搭建難度，影響到通風結果的順暢性。

（2）在通風方式的選擇中也存在合理性較弱的情況，如所選通風設備功率較小、通風方式適應性較低等，這樣也會影響到隧道工程的通風狀態，影響到通風結果的可靠性。

（3）在隧道爆破施工時，沒有做好相應的降塵處理，使得大量灰塵積聚在通風設備中，從而影響到通風設備的正常工作狀態，帶來了通風不暢的問題。

1.6 基礎外形變化

除上述提到的相關內容外，在公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，基礎外形變化也屬于常見的施工影響類型，而造成這類問題出現的主要原因如下：

（1）在工程施工過程中，沒有按要求做好相應的監測工作，如監測點布設不合理、檢測頻率不合理、數據采集完整度較低，這樣也使得形變問題沒有得到及時發現，從而影響到整個隧道工程施工過程的安全性。

（2）公路隧道所使用到的樁結構深度較大，為了確保整個隧道工程的穩定性，需要在前期做好施工管理，并做好施工過程的全面監督，但是從實際作業情況來看，在前期施工活動中，缺少完善的監督管理計劃，無法對整個施工過程進行全面監督，這樣也使得部分施工質量不達標的內容無法及時被發現，導致基礎外形變量累積的情況，進而影響到公路隧道工程施工結果的可靠性。

2、公路隧道下穿既有橋梁的工程措施

2.1 做好隧道支護

為了應對隧道變形問題，在工程具體的施工活動中需要做好隧道支護工作，具體的作業內容及要點如下：

（1）公路隧道工程的施工過程中，需要控制好單次土體卸載量，土地卸載過程中也需要做好相應的監測工作，避免超挖問題的出現，這樣也可以降低隧道開挖活動中所帶來的土層擾動，降低土層應力波動帶來的負面影響，以此來降低隧道變形總量，提高隧道結構的穩固性。

（2）考慮到公路隧道上部橋梁結構自重較大，會對下部隧道帶來直接影響，因此在前期施工時也需要做好超前支護、初期支護、二次襯砌等工作，以提高隧道作業環境的安全性。以初期支護為例，會在土方開挖的同時利用鋼支撐、拱架來組成初期支護結構，以此來為隧道工程提供足夠的支撐力，減少隧道變形或頂部塌落問題。另外，對于不良地質區域的工程施工，也需要提前做好超前支護施工，從而構建穩定的工程作業環境，加快相關施工活動的開展進行。

2.2 混凝土施工措施

為了降低混凝土裂縫問題的發生幾率，在具體的施工過程中也需采取以下措施進行處理：

（1）公路隧道工程的施工過程中，需要做好混凝土入模處理時的溫差（模內外溫差不超過15℃），并且澆筑過程中也需要控制好分層澆筑時的相關參數，如分層澆筑厚度不超過50cm，澆筑間隔時間不超過60min（氣溫較高時間隔時間不超過45min）等，另外在養護時也需要做好保溫、保濕等養護工作，養護時間不少于14d，從而降低溫度裂縫問題發生幾率，提高結構的穩定性。

（2）在混凝土振搗過程中，單次振搗的時間應控制在20-30s、振搗棒插入深度應控制在液面1.0m 以下、抽拔過程保持較慢速度，以此來提高混凝土振搗結果的均勻性，降低結構裂縫問題發生概率。另外，在振搗工作結束后也需要做好振搗完整性檢查，尤其是結構邊緣位置等容易忽略的區域，都需要保持充分振搗的狀態，減少結構裂縫問題。

（3）在混凝土強度規劃時，會基于BIM 技術建立綜合分析模型，充分考慮上部橋梁結構所帶來的持續作用，使混凝土綜合強度可以滿足相應要求，減少應力裂縫。

2.3 隧道樁基施工管理

做好隧道樁基施工管理，也可以提升樁基基礎的穩定性，減少不均勻沉降問題。在具體實踐中也需注意以下內容：

（1）開展公路隧道工程樁基施工時，需要做好前期設計工作，公路隧道所使用的樁結構類型較多，包括抗拔樁、止水帷幕、封底樁等，在前期設計及活動中需要充分考慮橋梁位移產生的側壓力，以此為基礎來確定樁身直徑、長度等內容，使其可以具有更強的承載性能，減少樁基不規則沉降的問題。

（2）公路隧道所使用到的樁結構深度較大、直徑較大，為提高所使用結構的合理性，在前期也需要做好科學布控工作，確保所使用鉆機設備的工作效率，這樣也可以降低結構在施工時孔壁形變、孔壁塌陷等問題的發生幾率，從而提高樁基的成型質量，使其可以具有足夠的承載性能。

（3）在隧道樁基鋼筋籠的制作中，也需要根據設計方案對鋼筋籠尺寸、單節長度等內容進行合理規劃，加強施工過程的監督工作，從而減少鋼筋籠安裝時的質量問題，最大限度規避隧道樁基結構沉降問題。

2.4 隧道注漿施工

公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，也需要按要求做好隧道注漿施工，借此來起到降低隧道涌水問題的作用。在具體的施工活動中應注意以下內容：

（1）開展公路隧道工程施工時，需要做好前期各項科學資料的統計分析工作，以此來擬定科學的降水計劃，在不影響已有橋梁工程穩定性的基礎上，確保所擬定降水措施的應用效果，將地下水位控制在安全范圍內，提高隧道工程施工結果的可靠性。

（2）公路隧道在施工時也需要在節理發育、結構裂隙區域，利用壓力注漿的方法將拌和好水泥漿（水灰比0.45左右）以0.3-0.5MPa 的壓力注入到結構中，等待水泥漿凝結后可以和周圍土層形成穩固結構，更好的避免涌水問題。

2.5 完善通風管理環境

公路隧道下穿既有橋梁的施工過程中，也需要做好通風管理環境的完善工作，具體采取的處理措施如下：

（1）在已有橋梁工程下進行公路隧道工程施工時，可利用信息技術來整理多項因素所帶來的影響性，以此來確定隧道工程施工時的通風口位置、通風設備功率等內容，提高施工時通風環境的穩定性。

（2）在隧道爆破施工時，也需要及時做好相應的降塵處理，如在巷道兩側安裝高壓水管，爆破完成后利用高壓水霧加快粉塵下落速度，以此來延長灰塵積聚在通風設備中的周期，搭配可靠的定期檢修計劃，確保通風設備一直處于穩定工作狀態，營造良好的工程作業環境。

2.6 加強基礎監測工作

為做好基礎外形變化控制工作，在實際工作中也需要加強基礎監測工作，具體的工作內容如下：

（1）在工程施工過程中，需要根據相關要求在區域內布置合理的監測網絡，監測點位置選擇在橋墩、蓋梁、隧道頂部、掌子面等位置，使其可以形成良好的監測環境，獲取到更加完整地采集數據

（2）基于全站儀、GPS、反光片等設備來采集相應數據，將監測頻率設置為全天候，每4-6h 匯總一次監測數據，在計算機軟件中進行綜合處理，從而得到可靠的數據分析結果，為相關活動的及時展開奠定基礎。

（3）公路隧道所使用到的樁結構深度較大，為了確保整個隧道工程的穩定性，也需要做好施工過程的全面監督，制定完善的監督管理計劃，對整個施工過程進行全面監督，及時發現施工質量不達標的內容，避免基礎外形變量累積的情況，提高公路隧道工程施工結果的可靠性。

3、公路隧道下穿既有橋梁實例分析

3.1 隧道基礎情況

某公路隧道工程最大埋深約420 m。隧道平面線形進口段位于圓曲線上，圓曲線半徑為1770 m；出口段位于圓曲線上，圓曲線半徑為900 m。進口左右線測設間距8.0 m，出口左右線測設間距23.5 m。左、右幅都為上坡隧道，縱坡坡度為2.356%。該隧道在進口下穿既有橋梁，影響長度為100 m。既有橋梁2#樁基距下穿隧道右幅隧道外輪廓線直線距離25.37 m、水平距離16.35 m、垂直距離17.26 m，距左幅隧道外輪廓線直線距離21.36 m、水平距離6.25 m、垂直距離16.35 m（如圖1所示）。

圖1 隧道與橋墩的位置示意圖

3.2 監控方案設置

結合該工程的基礎特征，需要布置合理的監控方案，以提高監控結果的合理性與可靠性。該工程監測方案內容如下：

（1）在工程施工過程中，參考相關要求在區域內布置完善監測網絡，此工程的監測點位置選擇在橋墩（2 個）、蓋梁（2 個）、隧道頂部（3 個）、掌子面（3 個）等位置，圖2 為隧道斷面監控點布置示意圖，使現場可以形成完善的數據監測環境，提高所獲取數據信息的完整性。

圖2 隧道斷面監控點布置示意圖

（2）利用全站儀、GPS、反光片等設備來采集相應數據，每6h 匯總一次監測數據，在計算機軟件中進行綜合處理，而且在數據整理過程中也會根據實際情況來繪制折線圖，提高數據整理結果的直觀性。

3.3 現場監測數據整理

現場監測數據整理結果如下：

（1）對既有2#橋梁、3#橋墩進行60d 位移監測，以此來得到蓋梁位移平均值和橋墩上移平均值，根據所得數據可以得知，2#橋梁60d 位移平均值為1.8mm，3#橋墩60d 位移平均值為1.4mm。

（2）橋墩正下方的斷面位置會進行20d 沉降監測，根據所得數據可以得知，圖二中A 監測點的沉降平均值為8.6mm；B 監測點的沉降平均值為9.1mm；C 監測點的沉降平均值為7.1mm。綜合分析這些數據后發現橋墩位移和隧道拱頂下沉規律如下：在第Ⅰ階段，橋墩位移和隧道拱頂下沉速度較快，導致此問題出現的原因為初期開挖時的圍巖穩定性較弱，結構也會受影響出現位移和沉降，該環節產生位移總量占比總位移的60%-90%。在第Ⅱ階段，橋墩位移和隧道拱頂下沉速度開始變慢，導致此問題出現的原因為，再說應力平衡作用下圍巖開始穩定，該環節產生位移總量占比總位移的10%-30%。在第Ⅲ階段，橋墩位移和隧道拱頂下沉量基本保持不變，此時圍巖處于穩定狀態。

3.4 工程應對措施

（1）減少隧道開挖活動中的沉降量，參考該工程的發展情況，選擇對上部結構影響較小的開挖方式進行施工。此次工程施工所使用的開挖方法為雙側壁導坑技術，秉持“短進尺、弱爆破、強支護、勤測量”的順序進行施工，確保施工結果的合理性。

（2）利用帷幕注漿的方法來加固周邊地層，部分路段則會使用帶大管棚結構進行支護，從而提高地層支護結果的合理性。

（3）對于橋墩結構進行加固施工，在橋梁樁基礎施工時可利用注漿加固方法進行處理，并且也會利用樁基托換的方法來處理樁基，以此來提高整個結構的穩固性。

3.5 工程措施應對效果

完成工程措施的應用后，重新整理相應的監測數據后得到以下分析結果：

（1）對既有2#橋梁、3# 橋墩進行60d 位移監測，根據所得數據可以得知，2#橋梁60d 位移平均值為0.2mm，3#橋墩60d 位移平均值為0.4mm。

（2）橋墩正下方的斷面位置會進行20d 沉降監測，根據所得數據可以得知，圖2 中A 監測點的沉降平均值為2.1mm；B 監測點的沉降平均值為2.6mm；C 監測點的沉降平均值為1.6mm。由此可見，所采用的工程措施具有良好的加固效果，可滿足相應的使用需求。

結語：

綜上所述，基于公路隧道下穿既有橋梁的施工影響，采取恰當的工程措施，對于提高工程施工結果可靠性，加快工程項目施工進度有著積極的促進作用。