高速公路隧道内桥梁跨越溶洞设计研究

方水平，邱金亮

（1.江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330000；2.抚州赣东公路设计院，江西 抚州 344000）

1 工程概况

某工程为山区高速公路隧道，属于双洞分修隧道，其左右洞轴线之间的距离在18～23m 范围内，该隧道的右线和左线长度分别为1 453m 和1 410m，隧道进口以及洞身在平面上均为直线，出口则是R=1500 的右偏曲线，该隧道的左右两洞纵坡均为0.8%的上坡[1]。隧道设计时，主要采用喷锚构筑法，使用复合式衬砌结构，具体为通过应用钢架、喷射混凝土、钢筋网以及锚杆进行初期支护，将模筑混凝土衬砌作为其二次衬砌组成，在初期支护和二次衬砌拱墙之间完成对防水隔离层的设置。本工程使用复合衬砌形式，采用C25以及S8防水混凝土。

2 高速公路隧道内桥梁跨越溶洞的施工规划

在采用跨越式桥梁施工工艺的过程中，应事先进行全面的施工规划，确定相应的施工方案，一般采用逐段式施工模式。对溶洞地质条件进行勘察和核查工作，进一步确定相关施工技术的应用情况和条件，完成浇筑底板以及侧墙修筑等作业。正式施工前，科学准备相应的辅助施工条件，应用工字钢架等相关材料搭建施工平台。确定跨越的溶洞后，测量中轴线，打开中间段位置，并将相应的施工平台建设在出口的上方，对侧壁进行爆破作业，以实现对于部分溶洞内部空间的有效拓展。按照隧道安全施工标准，将临时性锚喷支护结构搭设在溶洞当中，以保障施工平台结构的安全性以及稳定性。完成溶洞两端辅助性操作平台的搭建后，使用工字钢和钢槽相结合的方式在溶洞的中间悬空位置进行焊接，然后在隧道凹槽处对焊接结构进行固定，建立相应的跨越式作业平台机构，确保施工作业过程中人员的生命安全。应在施工作业平台处合理进行防护栏的设计，在其中架设悬挂安全网，并采用工字钢的支承结构进行底部支撑，以增加作业平台的强度。

3 高速公路隧道内桥梁跨越溶洞设计方案分析

3.1 桥梁设计

案例桥梁的上部使用预应力混凝土现浇简支箱梁，下部使用台座式桥台，以有效达到扩大基础的效果，应用桥梁博士和MIDAS结构计算程序对施工和运营过程进行分析和验算，确保基底能够稳定落在中风化完整基岩之上。为更好地降低车辆荷载对于隧道二衬所造成的负面影响，需要单独为隧道二衬设置两片箱梁，并保证隧道二衬箱梁同行车道基础箱梁之间的距离在3cm 以上。设计的过程中，调整腹板高度，实现梁顶横坡[2]。如果纵横向筋之间存在冲突，应对其进行优化调整。桥面的防水等级为Ⅰ级，在桥面板和沥青层之间设置防水层，在全桥面上进行涂刷，立面沿电缆沟槽外壁展开涂刷工作，使其比沥青顶层高2cm，同时采取相应的保护措施，避免其受到污染。按照20℃的施工温度确定桥梁伸缩缝宽度，使用80型伸缩缝，施工时先埋设固定钢筋，安装阶段根据实际温度合理进行缝宽的调整。在终点桥台位置完成伸缩缝的安装，在桥梁起点桥台处使用背墙连续方式安装伸缩缝[3]。伸缩缝构件以及支座钢板等外露钢构件应采取防锈处理措施。

3.2 隧道设计

对K77+858—K77+864 段以及K77+890—K77+896段隧道断面进行扩挖，预留检修通道，完成扩挖工作后，其围岩同二衬内轮廓线之间的距离应在2.1m以上，保证检修人员的顺利通行。隧道二衬预留人行门洞，K77+863左侧和K77+891右侧按照纵向的方向同时增设隧道检修通道。人行门洞的净宽和净高分别为2m 和2.5m，将人行检修通道设置于二衬外，每隔4m设置爬梯，直至拱顶处，以便后续对其进行拱顶喷锚检修工作。扩挖段基础底面应落在具有较强完整性以及新鲜度的中风化基岩上，在K77+890和K77+858的位置使用锚喷封闭[4]。将30cm的轻质泡沫塑料缓冲层设置在隧道二衬外侧的局部位置，缓冲层材料的密度为50kg/m3。

用C25 喷射混凝土、钢筋网等对隧道范围之内的溶洞欠挖段和超挖段进行封闭，并将双层SNS 主动柔性防护网铺设在喷射混凝土的外侧。选用注浆设备以及注浆工艺时应满足以下几方面要求：①注浆设备应具有良好的性能，可在1h 内实现单根锚杆连续注浆；②对上倾的钻孔注浆时，在孔口设置密封装置；③在孔底设置相应的排气管内端；④注浆锚杆对注浆的饱满度要求较高，钢纤维的抗拉强度应在1 000N/mm2以上，直径控制在0.4～0.8mm，长度应在25～35mm，并确保其数值小于混合料输送管内径的0.7倍，长径在35～80范围内。二衬施工前，在洞顶上方溶洞的汇水点埋设Φ108×6钢管，使水能够排出二衬外，不能直接向基础梁和隧道二衬进行排放，同时，预埋水管不可作用到隧道二衬和基础梁之上。跨越方案如图1所示。

图1 跨越方案示意图

隧道排水主要使用中心管，其过水坡度是0.58%，使用Φ40cm的防锈铸铁管取代溶洞段范围二次衬砌的中心水管，并将其挂在托梁以及桥台中间的位置，用支架对铸铁管进行固定，每隔1m 位置增设检查井，使用C 型检查井对中心排水沟转直角处进行连接，在该路段中不需要设置相应的路面排水沟，同时，将Φ 200mmPVC 管设置在路面排水沟以及中心排水沟的检查井中间，以达到合理的连接效果。在检修通道设计方面，本工程在右洞处设置一人行通道，通道与设计中线间距离6m，距离人行通道端头0.3m 的位置设置一个0.75m×0.75m 的竖直检查通道。在通道内部通过钢爬梯进入溶洞当中，进行C15 混凝土踏步施工，在踏步的两边均使用Φ32mm镀锌钢管扶手[5]。

4 结语

综上所述，本工程使用现浇简直箱梁跨越洞内的大型溶洞，该设计方案在应用效果良好，表明了这种跨越溶洞的方式的可行性。由于隧道二次衬砌结构自重较大，设计人员应分别设置二衬边墙基础和桥梁基础，提升结构受力的科学性以及合理性，为后续的施工和使用提供方便。这种设计方案的应用能够有效消除隧道结构和路面跨越溶洞方面的问题，提升隧道结构整体的合理性，可为此类工程的施工提供参考。