公路隧道下穿既有桥梁的施工影响及工程措施

文／缪培刚 甘肃路桥第三公路工程有限责任公司 甘肃兰州 730000

引言：

在区域经济交流频率不断提升的背景下，地区公路交通网的密度、通达度也在不断提升。在公路隧道工程的施工中，经常面临下穿既有桥梁的情况，若不能对其施工影响进行合理化处理，会影响到桥梁结构的稳固性，缩减桥梁工程的使用寿命。由此可见，加强公路隧道下穿既有桥梁的施工影响及工程措施研究，具有良好的发展意义。

1、公路隧道下穿既有桥梁的施工影响

1.1 隧道变形

公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，隧道变形属于常见的施工影响类型，而导致此类问题出现的主要原因如下：

（1）公路隧道工程的施工过程中，需要对土体进行卸载处理，这也打破了施工区域土层应力平衡，在土层重新恢复平衡态的过程中，土层应力会向着薄弱区域（即开挖位置）积聚，在超出开挖地区围岩上限值之后，便会带来隧道变形问题，影响到隧道结构的稳固性。

（2）公路隧道上部的桥梁结构，其自重相对较大，下部隧道工程开挖时上部桥梁结构也会产生较大的重力荷载，共同作用下也会促使结构发生位移，而产生的挤压力也会持续作用于隧道顶部和侧面，带来隧道变形或顶部塌落问题。

（3）在隧道开挖后没有做好临时支护施工，在面对多方应力作用时，也容易滋生隧道变形问题，威胁到后续工程的安全进行。

1.2 混凝土裂缝

公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，混凝土裂缝也属于常见的施工影响类型，而导致此类问题出现的主要原因如下：

（1）公路隧道工程的施工过程中，混凝土属于常用的施工材料，在混凝土入模处理时，没有控制好相应的温差，并且浇筑过程中的分层合理性较弱，出现分层浇筑厚度较大、间隔时间较大等情况，加上养护措施不合理、养护时间不足，从而造成了温度裂缝、干缩裂缝等问题，影响到结构的稳定性。

（2）在混凝土振捣过程中，单次振捣的时间、振捣棒插入深度、抽拔时速度的不合理都会影响到混凝土振捣结果的均匀性，在凝固受压后更容易出现结构裂缝问题。另外，在振捣工作结束后没有对振捣完整性进行检查，使得边缘位置的区域没有得到充分振捣，从而带来结构裂缝问题。

（3）在混凝土强度规划时，没有考虑到上部桥梁结构所带来的持续作用，在超出负荷上限的作用力下，更容易出现应力裂缝。

1.3 隧道桩基沉降

公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，隧道桩基沉降也属于常见的施工影响类型，而导致此类问题出现的主要原因如下：

（1）开展公路隧道工程桩基施工时，所使用到的桩基类型为抗拔桩、止水帷幕、封底桩等，在前期设计时，没有考虑到桥梁位移产生的侧压力，使得设计桩身直径、长度不满足实际需求，在多向合力的作用下，使桩基出现了不规则沉降问题。

（2）公路隧道所使用到的桩结构深度较大、直径较大，由于在前期没有做好科学布控，并且所使用的钻机设备工作效率较低，这样也使得结构在施工时更容易出现孔壁形变、孔壁塌陷等问题，从而影响到桩基的成型质量，增加桩基沉降问题的发生概率。

（3）在隧道桩基钢筋笼的制作中，没有对钢筋笼尺寸、单节长度等内容进行合理规划，使得钢筋笼安装时出现相应的质量问题，导致隧道桩基结构出现沉降问题。

1.4 隧道涌水

公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，隧道涌水也属于常见的施工影响类型，而导致此类问题出现的主要原因如下：

（1）开展公路隧道工程施工时，没有提前做好科学的降水工作，或在降水井施工时未均衡考虑降水对已有桥梁工程的影响，这样使得降水措施的应用效果较差，无法将地下水位控制在安全范围内，这样在隧道施工时则更容易出现涌水问题，影响到隧道工程施工结果的可靠性。

（2）公路隧道在施工时没有提前处理好节理发育、结构裂隙区域，这样也使得结构应力平衡破坏后，结合水和毛细水也会沿着裂隙聚集在隧道底部，从而带来涌水问题。

1.5 通风不畅

公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，隧道通风不畅也属于常见的施工影响类型，而导致此类问题出现的主要原因如下：

（1）在已有桥梁工程下进行公路隧道工程施工，所需要考虑的综合影响因素较多，所以在施工时也会尽量缩小作业空间，这也增加了通风环境的搭建难度，影响到通风结果的顺畅性。

（2）在通风方式的选择中也存在合理性较弱的情况，如所选通风设备功率较小、通风方式适应性较低等，这样也会影响到隧道工程的通风状态，影响到通风结果的可靠性。

（3）在隧道爆破施工时，没有做好相应的降尘处理，使得大量灰尘积聚在通风设备中，从而影响到通风设备的正常工作状态，带来了通风不畅的问题。

1.6 基础外形变化

除上述提到的相关内容外，在公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，基础外形变化也属于常见的施工影响类型，而造成这类问题出现的主要原因如下：

（1）在工程施工过程中，没有按要求做好相应的监测工作，如监测点布设不合理、检测频率不合理、数据采集完整度较低，这样也使得形变问题没有得到及时发现，从而影响到整个隧道工程施工过程的安全性。

（2）公路隧道所使用到的桩结构深度较大，为了确保整个隧道工程的稳定性，需要在前期做好施工管理，并做好施工过程的全面监督，但是从实际作业情况来看，在前期施工活动中，缺少完善的监督管理计划，无法对整个施工过程进行全面监督，这样也使得部分施工质量不达标的内容无法及时被发现，导致基础外形变量累积的情况，进而影响到公路隧道工程施工结果的可靠性。

2、公路隧道下穿既有桥梁的工程措施

2.1 做好隧道支护

为了应对隧道变形问题，在工程具体的施工活动中需要做好隧道支护工作，具体的作业内容及要点如下：

（1）公路隧道工程的施工过程中，需要控制好单次土体卸载量，土地卸载过程中也需要做好相应的监测工作，避免超挖问题的出现，这样也可以降低隧道开挖活动中所带来的土层扰动，降低土层应力波动带来的负面影响，以此来降低隧道变形总量，提高隧道结构的稳固性。

（2）考虑到公路隧道上部桥梁结构自重较大，会对下部隧道带来直接影响，因此在前期施工时也需要做好超前支护、初期支护、二次衬砌等工作，以提高隧道作业环境的安全性。以初期支护为例，会在土方开挖的同时利用钢支撑、拱架来组成初期支护结构，以此来为隧道工程提供足够的支撑力，减少隧道变形或顶部塌落问题。另外，对于不良地质区域的工程施工，也需要提前做好超前支护施工，从而构建稳定的工程作业环境，加快相关施工活动的开展进行。

2.2 混凝土施工措施

为了降低混凝土裂缝问题的发生几率，在具体的施工过程中也需采取以下措施进行处理：

（1）公路隧道工程的施工过程中，需要做好混凝土入模处理时的温差（模内外温差不超过15℃），并且浇筑过程中也需要控制好分层浇筑时的相关参数，如分层浇筑厚度不超过50cm，浇筑间隔时间不超过60min（气温较高时间隔时间不超过45min）等，另外在养护时也需要做好保温、保湿等养护工作，养护时间不少于14d，从而降低温度裂缝问题发生几率，提高结构的稳定性。

（2）在混凝土振捣过程中，单次振捣的时间应控制在20-30s、振捣棒插入深度应控制在液面1.0m 以下、抽拔过程保持较慢速度，以此来提高混凝土振捣结果的均匀性，降低结构裂缝问题发生概率。另外，在振捣工作结束后也需要做好振捣完整性检查，尤其是结构边缘位置等容易忽略的区域，都需要保持充分振捣的状态，减少结构裂缝问题。

（3）在混凝土强度规划时，会基于BIM 技术建立综合分析模型，充分考虑上部桥梁结构所带来的持续作用，使混凝土综合强度可以满足相应要求，减少应力裂缝。

2.3 隧道桩基施工管理

做好隧道桩基施工管理，也可以提升桩基基础的稳定性，减少不均匀沉降问题。在具体实践中也需注意以下内容：

（1）开展公路隧道工程桩基施工时，需要做好前期设计工作，公路隧道所使用的桩结构类型较多，包括抗拔桩、止水帷幕、封底桩等，在前期设计及活动中需要充分考虑桥梁位移产生的侧压力，以此为基础来确定桩身直径、长度等内容，使其可以具有更强的承载性能，减少桩基不规则沉降的问题。

（2）公路隧道所使用到的桩结构深度较大、直径较大，为提高所使用结构的合理性，在前期也需要做好科学布控工作，确保所使用钻机设备的工作效率，这样也可以降低结构在施工时孔壁形变、孔壁塌陷等问题的发生几率，从而提高桩基的成型质量，使其可以具有足够的承载性能。

（3）在隧道桩基钢筋笼的制作中，也需要根据设计方案对钢筋笼尺寸、单节长度等内容进行合理规划，加强施工过程的监督工作，从而减少钢筋笼安装时的质量问题，最大限度规避隧道桩基结构沉降问题。

2.4 隧道注浆施工

公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，也需要按要求做好隧道注浆施工，借此来起到降低隧道涌水问题的作用。在具体的施工活动中应注意以下内容：

（1）开展公路隧道工程施工时，需要做好前期各项科学资料的统计分析工作，以此来拟定科学的降水计划，在不影响已有桥梁工程稳定性的基础上，确保所拟定降水措施的应用效果，将地下水位控制在安全范围内，提高隧道工程施工结果的可靠性。

（2）公路隧道在施工时也需要在节理发育、结构裂隙区域，利用压力注浆的方法将拌和好水泥浆（水灰比0.45左右）以0.3-0.5MPa 的压力注入到结构中，等待水泥浆凝结后可以和周围土层形成稳固结构，更好的避免涌水问题。

2.5 完善通风管理环境

公路隧道下穿既有桥梁的施工过程中，也需要做好通风管理环境的完善工作，具体采取的处理措施如下：

（1）在已有桥梁工程下进行公路隧道工程施工时，可利用信息技术来整理多项因素所带来的影响性，以此来确定隧道工程施工时的通风口位置、通风设备功率等内容，提高施工时通风环境的稳定性。

（2）在隧道爆破施工时，也需要及时做好相应的降尘处理，如在巷道两侧安装高压水管，爆破完成后利用高压水雾加快粉尘下落速度，以此来延长灰尘积聚在通风设备中的周期，搭配可靠的定期检修计划，确保通风设备一直处于稳定工作状态，营造良好的工程作业环境。

2.6 加强基础监测工作

为做好基础外形变化控制工作，在实际工作中也需要加强基础监测工作，具体的工作内容如下：

（1）在工程施工过程中，需要根据相关要求在区域内布置合理的监测网络，监测点位置选择在桥墩、盖梁、隧道顶部、掌子面等位置，使其可以形成良好的监测环境，获取到更加完整地采集数据

（2）基于全站仪、GPS、反光片等设备来采集相应数据，将监测频率设置为全天候，每4-6h 汇总一次监测数据，在计算机软件中进行综合处理，从而得到可靠的数据分析结果，为相关活动的及时展开奠定基础。

（3）公路隧道所使用到的桩结构深度较大，为了确保整个隧道工程的稳定性，也需要做好施工过程的全面监督，制定完善的监督管理计划，对整个施工过程进行全面监督，及时发现施工质量不达标的内容，避免基础外形变量累积的情况，提高公路隧道工程施工结果的可靠性。

3、公路隧道下穿既有桥梁实例分析

3.1 隧道基础情况

某公路隧道工程最大埋深约420 m。隧道平面线形进口段位于圆曲线上，圆曲线半径为1770 m；出口段位于圆曲线上，圆曲线半径为900 m。进口左右线测设间距8.0 m，出口左右线测设间距23.5 m。左、右幅都为上坡隧道，纵坡坡度为2.356%。该隧道在进口下穿既有桥梁，影响长度为100 m。既有桥梁2#桩基距下穿隧道右幅隧道外轮廓线直线距离25.37 m、水平距离16.35 m、垂直距离17.26 m，距左幅隧道外轮廓线直线距离21.36 m、水平距离6.25 m、垂直距离16.35 m（如图1所示）。

图1 隧道与桥墩的位置示意图

3.2 监控方案设置

结合该工程的基础特征，需要布置合理的监控方案，以提高监控结果的合理性与可靠性。该工程监测方案内容如下：

（1）在工程施工过程中，参考相关要求在区域内布置完善监测网络，此工程的监测点位置选择在桥墩（2 个）、盖梁（2 个）、隧道顶部（3 个）、掌子面（3 个）等位置，图2 为隧道断面监控点布置示意图，使现场可以形成完善的数据监测环境，提高所获取数据信息的完整性。

图2 隧道断面监控点布置示意图

（2）利用全站仪、GPS、反光片等设备来采集相应数据，每6h 汇总一次监测数据，在计算机软件中进行综合处理，而且在数据整理过程中也会根据实际情况来绘制折线图，提高数据整理结果的直观性。

3.3 现场监测数据整理

现场监测数据整理结果如下：

（1）对既有2#桥梁、3#桥墩进行60d 位移监测，以此来得到盖梁位移平均值和桥墩上移平均值，根据所得数据可以得知，2#桥梁60d 位移平均值为1.8mm，3#桥墩60d 位移平均值为1.4mm。

（2）桥墩正下方的断面位置会进行20d 沉降监测，根据所得数据可以得知，图二中A 监测点的沉降平均值为8.6mm；B 监测点的沉降平均值为9.1mm；C 监测点的沉降平均值为7.1mm。综合分析这些数据后发现桥墩位移和隧道拱顶下沉规律如下：在第Ⅰ阶段，桥墩位移和隧道拱顶下沉速度较快，导致此问题出现的原因为初期开挖时的围岩稳定性较弱，结构也会受影响出现位移和沉降，该环节产生位移总量占比总位移的60%-90%。在第Ⅱ阶段，桥墩位移和隧道拱顶下沉速度开始变慢，导致此问题出现的原因为，再说应力平衡作用下围岩开始稳定，该环节产生位移总量占比总位移的10%-30%。在第Ⅲ阶段，桥墩位移和隧道拱顶下沉量基本保持不变，此时围岩处于稳定状态。

3.4 工程应对措施

（1）减少隧道开挖活动中的沉降量，参考该工程的发展情况，选择对上部结构影响较小的开挖方式进行施工。此次工程施工所使用的开挖方法为双侧壁导坑技术，秉持“短进尺、弱爆破、强支护、勤测量”的顺序进行施工，确保施工结果的合理性。

（2）利用帷幕注浆的方法来加固周边地层，部分路段则会使用带大管棚结构进行支护，从而提高地层支护结果的合理性。

（3）对于桥墩结构进行加固施工，在桥梁桩基础施工时可利用注浆加固方法进行处理，并且也会利用桩基托换的方法来处理桩基，以此来提高整个结构的稳固性。

3.5 工程措施应对效果

完成工程措施的应用后，重新整理相应的监测数据后得到以下分析结果：

（1）对既有2#桥梁、3# 桥墩进行60d 位移监测，根据所得数据可以得知，2#桥梁60d 位移平均值为0.2mm，3#桥墩60d 位移平均值为0.4mm。

（2）桥墩正下方的断面位置会进行20d 沉降监测，根据所得数据可以得知，图2 中A 监测点的沉降平均值为2.1mm；B 监测点的沉降平均值为2.6mm；C 监测点的沉降平均值为1.6mm。由此可见，所采用的工程措施具有良好的加固效果，可满足相应的使用需求。

结语：

综上所述，基于公路隧道下穿既有桥梁的施工影响，采取恰当的工程措施，对于提高工程施工结果可靠性，加快工程项目施工进度有着积极的促进作用。