探討高速公路橋隧連接工程中的隧道洞門施工技術

蒙重光

(廣西交通實業有限公司 廣西南寧 530000)

據數據顯示：在高速公路的施工建設中，橋隧連接工程的所占比超過70%。這一數據足以表明高速公路施工經常性面對橋梁、相鄰隧道之間的距離較近的特點。為了充分保障工程的施工質量、施工安全性和正常運營，必須做好橋隧連接部位的施工設計，嚴格把握隧道洞口的施工質量。高速公路橋隧連接形式并非只有一種，常見的有整體形、緊靠形、連接形3 種連接形式，下文依次展開論述。

1 高速公路橋隧連接工程概述

很多高速公路的施工建設需要經過山區，如果橋梁端點距離相鄰隧道洞門較近，那么從施工設計階段開始，就要充分考慮橋梁和隧道對彼此的影響。與高速公路對應的隧道、橋隧之間、橋端部間的連接路段被稱為橋隧連接工程，不僅包括橋梁建設，還涉及山嶺中的隧道建設。盡管現階段高速公路施工技術已經足夠完善和成熟，但橋隧連接工程的設計與施工，受到多種客觀因素的制約，很難完全解決[1]。

根據高速公路的施工環境、運營需求，橋隧連接方式也有所不同，常見的連接方式有以下3種。

1.1 整體形

這種橋隧連接的特點是橋梁橋臺和隧道洞口是一個整體，沒有完全分開，在連接部位變形與受力的情況下，橋臺、隧道洞口共同承載負荷，而且變形程度基本相同。設計整體形的隧橋連接工程，也要把橋臺、隧道洞口當作一個整體來看待，進行整體結構的計算與分析。施工過程中不能破壞連接部位的完整性。當前的相關規定只涉及了橋臺與隧道洞口，并未對整體形橋隧連接工程的施工技術提出統一要求，而且隧道洞口與橋臺共同組成的結構，其承重能力至少要承受住隧道圍巖、自重以及車輛的荷載。橋隧連接工程的自重與車輛荷載可通過計算得出具體數值，但圍巖荷載則會隨著地質條件的改變而改變[2]。所以整體形的橋隧連接工程需要承擔隧道洞口和橋臺負荷，這種形式的結構一旦出現施工質量問題，很可能造成極為嚴重的后果。

1.2 緊靠形

這種橋隧連接的特點是橋梁橋臺和隧道洞口只是表面上緊靠在一起，之間沒有銜接的路段，但實際上兩個結構并沒有相連，而是彼此分開，有著十分明顯的施工縫。然而，從道路表面看，橋臺與隧道洞口的表層結構卻是統一的，幾乎察覺不出彼此分離。橋臺的負荷主要源自橋梁自重、荷載效應、溫度效應、橋臺基礎變化、周邊巖石壓力等；而隧道洞口的負荷主要來自車輛與周邊的巖石。由于橋臺和隧道洞口之間有施工縫，因此兩個結構的位移與變形并無關聯。然而，橋臺、隧道洞口無法統一會讓連接部位出現很大縫隙，嚴重情況下可能錯臺，影響行車安全與舒適度，甚至還可能引發重大交通事故。

1.3 連接形

這種橋隧連接方式的特點是橋臺、隧道洞口二者的結構盡管相互分開，但是之間有銜接的路段。橋臺與隧道洞口的變形并不會對其受力情況產生直接影響，二者彼此獨立。施工中的主要難點在于，橋梁、隧道、銜接路段盡管有關聯，但是缺少相同的路面基層，隧道路面與橋梁路面都采用的是剛性基層，半剛性基層通常用于銜接路段的路面施工。橋梁、隧道、銜接路段之間的路面彼此影響，與車輛行駛、交通狀況密切相關。

2 高速公路橋隧連接工程施工特點

連接工程的施工，需要將橋臺與隧道洞口看作一個整體，二者相互影響，所以不能單獨設計和施工，必須要將二者放在一個整體結構中考慮施工方案，保證施工的連續性和工程良好的受力狀況。橋隧連接工程的施工特點，主要體現在以下幾方面。

2.1 獨立性

橋隧連接工程的整體性是針對其結構與施工而言，但作為高速公路的組成結構，也有較強的獨立性。制訂施工方案時，需要充分考慮橋隧連接區域，合理選擇技術解決此區域的施工難題。橋梁、隧道、路面的設計通常是分開進行，由不同科室和設計師來完成，這也在一定程度上體現出獨立性的特點。

2.2 干擾性

以整體性橋隧連接工程為例，施工設計時，考慮地形與地質的限制，須在隧道內部完成橋臺的澆筑，然后在橋臺上直接架設橋梁梁板，將其伸到隧道內部。與隧道相比，高速公路的橋梁更寬、更廣，橋梁伸進隧道的部分可能和前幾跨的梁板尺寸不相符，因此需要通過加大加寬隧道明洞的方式使之符合橋梁梁板尺寸。這種情況下，就不能獨立設計橋梁或者隧道，因為單獨設計任何一個結構，都會對另一個結構的設計產生干擾[3]。

2.3 綜合性

橋隧連接工程施工包括路基路面、橋梁、隧道這3個部分，本身就具有綜合性的特點。在設計工程的施工方案時，需要考慮上文提到的3種不同結構類型，在保持其本身結構特點的同時，又能充分考慮各個部分在連接區域的共性，這便是方案設計中所體現出的綜合性。施工期間，需要協調好橋梁、隧道、路基路面這3個部分的施工進度。

2.4 后續性

橋隧連接工程的施工設計需要考慮多方面因素，作為高速公路施工建設中的特殊結構形式，即使是施工結束投入運營，仍然需要面臨很多問題，這便是工程的后續性特點。高速公路運營過程中最突出的問題是道路、橋梁、隧道等部位的地質特點不同，橋臺、隧道圍巖、路面的沉降有差異，導致橋隧連接部位的路面凹凸不平，很多部位跳車嚴重。隨著運營時間的延長、路面狀況的惡化，還可能出現排水不暢、連接段積水等問題，嚴重影響車輛通行。車輛從橋梁進入隧道，再從隧道駛上橋梁后，部分司機無法適應明暗度的變化，很容易發生追尾等交通事故。如果邊坡植被受到嚴重破壞，還可能引發泥石流。

3 高速公路橋隧連接工程中隧道洞門施工技術的應用

3.1 明確連接部位的施工參數

施工前，準確計算高速公路橋隧連接區域的標準荷載。其計算公式如下。

荷載=1/2×（空心板自重＋二期鋪裝自重）＋橋臺自重

空心板自重=0.5×1 片空心板截面積×空心板片數×跨徑×容重

采用建模方式計算橋隧連接工程參數，能夠充分保證計算結果的準確性[4]。洞口采用喇叭形設計，壁厚與過渡段的長度均0.6～10 m，洞口寬度的過渡為12～15 m。構建好洞口模型后，選擇計算參數，參數具體如表1所示。

表1 高速公路橋隧連接參數

模型具備數值模擬功能，能夠準確計算出過渡段與內部隧道的受力等重要參數，為后續隧橋連接工程的施工奠定良好基礎。

3.2 隧道洞口的選址

高速公路施工所處的環境不同，山體形態、地形地質特點有很大差異，每座山體的承載力亦不相同。例如：廣西大部分為典型巖溶發育區，地形復雜，山嶺綿亙，巖溶的存在給隧道工程帶來了困難，若不能合理、正確處治，施工過程中將可能引起坍塌、突泥和涌水等災害，直接造成人員生命和財產損失；也可能引起地表水流失、地表塌陷等，給后期隧道的運營埋下安全隱患。

此外，在預修建的隧道上方，巖石承載力的大小與工程施工進度、施工質量密切相關。修建隧道之前，必須詳細調查周邊環境，充分了解施工區域的水文、地質、地形，記錄相關數據，以此為依據合理選擇隧道洞口的施工位置。例如：最終確定隧道洞口在連續巖層的山體處施工，此區域沒有山體滑坡和斷裂等問題，說明山體穩定性良好，可修建隧道。如果山體巖石以承載力較差的強風化砂巖組成，則很容易出現坍塌等問題，出于安全考慮，不可在此處修建隧道。

3.3 施工流程

3.3.1 淺埋段施工

如果隧道洞口的施工位置處于淺埋段，施工人員應予以高度重視，因為淺埋段的施工質量將會直接影響后續工程的施工。為了提高隧道基層的穩定性與安全性，必須在隧道洞口做好科學的支護措施，盡可能采用人工挖掘施工，如無十分必要不刷坡。進入隧洞之前務必完善、檢查防護措施；上部圍巖和地表都需要進行加固，尤其要控制好圍巖變形。通過二次加固措施避免人工開挖破壞土體結構，增強巖體強度，防止山體坍塌。與機械開挖相比，人工挖掘對山體造成的破壞較輕，安全性較高[5]。淺埋段有一層較薄的覆蓋層，隧道上方的土方承載能力弱，自身穩定性差，巖土基本不具備自承體系。開始施工后，圍巖因為承受巨大壓力而出現變形，所以開挖過程中，應使用錨桿、工字鋼架、鋼筋網、格柵鋼架等支護設施，并且要注意圍巖變形程度，結合實際情況調整施工方式。初期支護時，選擇強度和剛度足夠大的材料，以避免隧道上方的巖層遭到破壞，同時還要根據測點對開挖施工過程實施動態監控，分析已知數據和參數，確定施工進度。

二次襯砌是預防、控制圍巖變形的重要手段，洞口開挖和初期支護后，在巖體變形量未超過設計值的70%時，應及時采取二次襯砌措施，否則很可能無法起到支護效果。初期支護完成后，還需要在襯砌斷面增加厚250 mm的混凝土襯砌斷面，以維持支護設施的剛度，避免圍巖變形。

（1）將施工區域的雜物、雜草、石塊、樹木、垃圾等清理干凈，采用超前支護噴錨技術對洞口邊坡實施加固處理。拱部襯砌輪廓部位沿著水平方向打入兩排φ42，排列要均勻，長度4 m，每個導管之間的平行間距為40 cm，環向間距為30 cm，縱向每3 m為一環。施工結束后通過注漿的方式加固圍巖，增強圍巖的穩定性。注入巖漿、噴錨施工結束后再挖洞。

（2）采用臺階法開挖隧道，分為上部核心、下部、仰拱這3 個階段的施工，每個階段挖掘結束后都需要采取保護措施，然后使用小導管做好超前支護，用格柵鋼架做支撐。錨桿長度3 m、縱向間距50 cm、環向距離100 cm，插入后，鋼筋掛網，噴射20 mm混凝土。

（3）套拱施工過程中，開挖斷面至少要比預期數值增加0.3 cm，這樣才會維持混凝土襯砌支護的穩定性，不會讓支護因為套拱施工而發生斷裂。

（4）挖掘隧道下部時，需要做好圍巖暴露面的保護，如果暴露面積太大，很可能會引起山體滑坡災害。為了防范滑坡，建議采用上下層臺階的開挖方式，以保證兩側可以錯開3～5 m。開挖施工完成后，設置混凝土、格柵鋼架、錨噴支護，保證拱部參數與支護參數的一致性，每層之間的格柵鋼架要焊接牢固，避免松動引發意外事故。

（5）襯砌施工需要與掌子面相互接軌，完善保護措施，襯砌環施工結束，且通過質檢后，再開始仰拱施工。仰拱襯砌要比拱部襯砌高出2 cm。

3.3.2 偏壓段施工

受到地形、地貌、天氣等客觀因素的影響，隧道洞口頂部的覆蓋層往往較為薄弱，隧道洞口外圍的巖體密度較低，從而使隧道底板上方的巖石朝下傾斜，導致洞口兩邊的承受力完全不對稱，這便是偏壓段的形成機制。開挖施工中，很容易因承受力不對稱而引起坍塌，或者在襯砌施工后開裂。鑒于此，偏壓段施工之前應該完善支護措施，以增強對圍巖壓力的抵抗力，可使用鋼筋混凝土修建擋墻，也可以提前修建襯砌，還可以設置錨桿擋墻護坡等輔助設施，以充分抵抗圍巖施加的巨大壓力。施工過程中需要注意以下4點：（1）開挖過程中盡量不要破壞原本的植被，采用機械與人工相結合的開挖方式，妥善處理壓力不平衡的問題，必要情況下可以對邊坡采取刷坡處理；（2）在隧道洞口修建排水系統，為洞口兩側與隧道頂部增設排水通道、排水口，保證地下水不會滲透，同時在所有必要位置增加支撐；（3）在施工前制作大管棚，目的是在隧道洞口施工過程中為其提供壓力支撐。灌漿用來加固隧道開口，增強其承載能力，以更好地應對施工期間產生的壓力；（4）施工過程中對洞口、洞口支護、隧道等位置采取動態、實時監測措施，根據監測結果隨時調整施工參數。

3.3.3 巖堆段施工

巖堆在橋隧連接區域非常常見，主要由石灰石、碎石等組成。巖堆是表層巖體在長時間風化過程中，因重力影響堆積而成。堆積物以體積較大的石塊、礫石為主，還有很少一部分的細顆粒狀的泥沙，結構空隙比較大，十分松散，結構不穩定。由于堆積物的角度、坡度基本一致，在受到施工振動后，很容易坍塌、傾覆。為了保障施工安全，在巖堆區域施工之前，應該做好支護措施，盡可能排凈巖堆中的水分，然后使用混凝土支護。在初期支護與二次襯砌施工時，如果發現巖堆積水，應立刻采取處理措施，保證圍巖的干燥性和穩定性，消除安全隱患。如果巖堆的體積較大，還需要對整個坡面采取支護措施，在地表注漿，避免地下水滲透[6]。施工注意事項主要集中在以下5 個方面。（1）排除巖堆水分的過程中，需要對地下水采取攔截措施，清除洞門中的懸石，挖好排水溝，設置鋼筋網混凝土作為錨噴支護。使用二級螺紋鋼作為錨桿，錨桿長度2 m，φ28，間隔1.5 m×1.5 m，鋼筋網片20 cm×20 cm。掛好網片后，噴射5 cm 厚的C25 混凝土。（2）隧道緊靠山體一側1 m 內通過注漿的方式進行加固施工，以增強對側面壓力的抵抗能力。注漿管長13 m，呈梅花樁設置三排，每排間隔1 m。通過注漿的方式加固地表。（3）開挖40 m 后，使用φ42 型號的小導管再次注漿，小導管長度5 m、縱間距4 m、環間距30 cm，注漿施工中使用10°與30°的外插角，兩種角度相互交疊。后續每挖進40～50 m 便進行注漿，注漿操作同上。（4）施工隧道洞門的拱部、中下層時，拱部挖進80 cm后應用支護技術，使用拱架、鋼筋網、錨桿、噴射混凝土（厚度0.25 cm）。把中部格柵與拱部格柵支架焊接成環狀，以增強側面壓力。（5）每當隧道挖進一段距離，就要進行超前支護，并設置仰拱，讓隧道形成完全封閉的環狀結構，以此來維持隧道洞口的穩定，保障施工安全。

4 結語

綜上所述，高速公路橋隧連接工程的施工具有一定的復雜性、風險性，尤其是隧道洞口，此區域是整個工程的施工難點和重點。由于山體的地形和地質條件不同，施工環境尤為復雜?，F階段，我國并沒有針對高速公路橋隧連接工程明確的施工規范，很多情況下需要施工人員根據現場勘查結果采取施工技術，因此企業需要更多優秀、專業的人才提高自身的核心競爭力，促進我國建筑行業的長遠發展。