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摘要:
公路桥隧相接的结合型式采用桥梁伸入隧道设计方案,通过设置枕梁和增大明洞净空高度的措施确保结构稳定,减少隧道洞口大开挖,避免洞口边仰坡失稳滑塌、生态环境破坏;对于桥梁桥台与隧道洞门距离较近路段采用短路基相接,并采用填石路堤结合路基冲刷防护保证短路基稳定安全,通过施工技术控制确保施工质量,对山区公路设计和施工具有借鉴作用。
关键词:
山区公路;隧道明洞;桥隧相接;短路基;施工控制
随着我国的基础设施建设不断发展,公路建设的重点逐步进入山岭重丘区。山区公路受地形地貌限制、地质构造丛生、沟谷陡峭、河流环绕,因此山区公路采用桥隧相接型式不可避免,并且桥隧相接成为山岭重丘区新型连接型式。桥隧相接是指桥梁深入隧道明洞、桥梁和隧道以短路基相连或桥梁和隧道起终点桩号重合[1]。受沟谷陡峭、地质条件复杂及线位控制等因素制约,采用桥梁伸入隧道或者采用短路基相连接方案,减少隧道洞口大开挖,避免洞口边仰坡失稳滑塌、影响桥台稳定、破坏生态环境[2]等问题,为山区公路建设提供一种新的理念。
1桥隧相接技术
1.1桥隧相接适用条件
根据山区公路桥隧相接工程的特点,总结其适用条件有:
(1)高差悬殊[3]。地形起伏大,河谷(槽)与陡峭山体直接相连,受桥梁控制高程及线位走向等因素限制,路线多以桥隧相接的型式布线。
(2)地质构造复杂。山区公路破碎带、断层等构造较发育,岩体物理力学性质差异大,桥台位置地质条件差,施工困难,采用桥隧相接可有效解决。
(3)山体陡峭。施做桥台将造成洞口大开挖,破坏生态环境并影响桥台稳定及运营中的次生地质灾害。
(4)桥隧相连路段地形狭窄,施工场地受限,桥台布置难度大,可采用桥台伸入隧道型式。另外山区公路风化严重、剥蚀强烈,滑坡、落石、崩塌及泥石流等地质灾害严重。
1.2桥隧相接结构型式
山区公路桥梁与隧道的断面净宽不等,桥隧相连的方式需遵循桥梁部分与隧道部分行车道平齐,根据桥梁与隧道结合形式将其分为桥梁伸入隧道、隧道洞口进行桥台处理、短路基相连、隧道采用反削竹式类洞门支撑于桥梁上四种型式。
(1)桥梁伸入隧道。通过缩减桥梁断面或加大隧道断面,使桥梁伸入隧道,围岩较好段落的隧道可以取消仰拱,采用枕梁代替,枕梁兼做桥台台帽,与隧道洞门共同受力[4-5]。
(2)隧道洞口进行桥台处理[4]。桥台在隧道洞口进行处理,桥台直接作用于隧道洞口基岩或直接浇注桥台与洞门紧贴,桥台与隧道单独受力,隧道洞门不受桥梁荷载的影响。
(3)短路基相连。桥梁桥台与隧道洞门之间采用短路基相连接,桥台与隧道单独受力,并且施工不相互干扰,通过控制路基施工质量保证桥隧相接的稳定性。
(4)隧道采用反削竹式类洞门支撑于桥梁上[4]。为保证隧道洞口的明暗交替或防止落石直接破坏桥梁,采用反削竹式洞门类的洞口上部向外沿伸,下部采用支撑坐落于桥梁结构上。
2工程应用
2.1工程概况
项目位于桓仁满族自治县与宽甸满族自治县交界处,呈东南走向,路线跨越浑江和下露河,设计采用速度为40km/h的三级公路,山体两侧坡度约50°~70°,纵断高差约17.0m。在浑江与下露河之间为越岭段,采用长度为65m的下露河隧道穿越,隧道净宽9m,净高4.5m;隧道进口端设置12×30m老黑山大桥,其1号桥台伸入隧道明洞,桥梁全长366m,桥面全宽8.5m;隧道出口侧设置6×13m下露河中桥,桥梁全长87.87m,桥面全宽8.5m,与隧道采用短路基的型式连接。
2.2地质概况
(1)隧道进口端。属陡坡地貌,地形坡角在60°~70°。洞口处地表为强风化变粒岩:灰白色,原岩结构构造已大部分破坏,岩体较破碎。其下为中风化变粒岩:灰白色,变晶结构,块状构造,节理裂隙发育,岩质坚硬。洞口处围岩为软岩,破碎,结构面发育,碎、裂结构,判定为V级围岩。
(2)隧道出口端。属陡坡地貌,地形坡角在50°~60°。洞口处地表为碎石土;灰褐色,稍湿,松散,由坡积碎石混粘性土组成。其下为中风化变粒岩:灰白色,变晶结构,块状构造,节理裂隙较发育,岩质坚硬。洞口处围岩为软岩,破碎,结构面发育,碎、裂结构,判定为V级围岩。
(3)不良地质。隧道出口端洞口处有少量第四系松散堆积,开挖高度内岩土体较不稳定,易小范围塌落。
(4)地下水评价。地下水以基岩裂隙水为主,水量随大气降水量及节理裂隙变化而变化,围岩富水性不均一,透水性较弱。
2.3方案设计
(1)方案拟定
隧道进口端地形陡峭,山体坡角达到70°,河槽直接与山体相接,隧道洞口段围岩破碎、风化严重,主要为强风化变粒岩,老黑山大桥1号桥台若采用置于山体上的扩大基础与隧道洞门相接,则山体刷坡面积过大,严重破坏生态环境,并且对后期运营过程中的次生地质灾害不能得到根治;如果采用嵌岩桩建造于山体外的浑江内时,则挤压浑江河道,施工中对浑江水源有较大污染,并且存在汛期浑江水流对1号桥台的冲刷淘蚀潜在风险,台后填筑很难达到规范要求压实度,对后期运营差异沉降很难控制。同时以上两种方案均存在在桥台基础施工时,施工场地受限的问题。采用桥梁伸入隧道的方案,山体刷破小,且不会对生态环境及浑江水源造成污染,可有效降低次生地质灾害发生,施工方便,后期运营维护费用少。故老黑山大桥与下露河隧道的连接型式采用桥梁进入隧道方案,明洞采用增大净空高度的结构型式。隧道出口端地形陡峭,山体坡角达到60°,河槽与山体坡脚有一定距离,在满足桥涵过水孔径及经济型、减小施工难度的情况下,下露河隧道与下露河中桥采用短路基连接型式,填方路基长度为26m,填筑方案采用填石路堤。通过方案综合比选,确定设计方案为进口端采用桥梁伸入隧道的结构型式,出口端采用短路基连接桥隧型式,整体形成桥梁-隧道-桥梁相结合的复合型式。
(2)桥梁伸入隧道型式
老黑山大桥上部结构采用30m装配式预应力混凝土T梁,桥孔布置为12×30m,设计角度90°,下部结构为柱式墩、桩基础;0号桥台结构型式采用U台,1号桥台采用枕梁置于隧道明洞内的桥隧相接结构型式,隧道明洞采用增大净空高度衬砌结构,衬砌厚度为0.6m的钢筋混凝土,采用C22双层钢筋网,仰拱底面标高为-3.5m,桥台枕梁高度为0.8m,宽度为1.50m,1号桥台伸入明洞长度为5m,在桥台与隧道仰拱相接处后施做0.2m的混凝土墙,作为挡水挡土结构并兼做桥台挡块。通过调整T梁湿接缝间距与悬臂长度以达到上部结构宽度略小于隧道净宽的要求,以保证T梁顺利伸入隧道。
(3)短路基连接型式
下露河中桥上部结构采用13m钢筋混凝土空心板,桥孔布置为6×13m,设计交角为90°,下部结构为柱式墩、桩基础;桥台为U台。与隧道采用短路基相接的结构型式,隧道明洞衬砌采用一般断面型式,混凝土厚度为0.6m厚钢筋混凝土,采用C22双层钢筋网,仰拱顶面标高为-1.9m,下露河中桥与隧道出口距离为26m短路基连接,路基填筑方案采用填石路堤,并做好防冲刷措施,避免桥头路基冲毁影响结构稳定和运营安全。为保证排水顺畅设置中心排水沟,排水沟排水方向为隧道出口端,并设置保暖包头防治冻害,在桥隧相接处设置防冲刷措施,做好防排水设计,保证隧道洞口、桥台岸坡稳定。同时在隧道明洞内5m范围内设置防撞墙渐变过渡,保证行车、运营安全。
3施工技术控制
3.1桥隧相接的施工技术控制
为保证桥梁、隧道施工的便捷及运营过程中保证桥隧结构稳定、避免次生灾害为原则,隧道明洞施工中,应遵循“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的措施,通过监控量测结果分析围岩变形规律和支护状态,以指导施工。桥梁T梁采用预制场预制,整孔运输至桥址处架设[6],由于预制T梁的横向刚度较小,预制T梁起吊时注意保持梁体的横向稳定,要求平行匀速移动T梁,以防止出现扭偏。枕梁及湿接缝混凝土达到设计强度85%后,方可进行下一道工序施工;为确保梁体在运输过程及安装就位时的稳定性,应采取有效的防倾倒措施。
3.2短路基施工技术控制
为了充分利用隧道挖出的石方、施工质量控制及运营过程中减少隧道-路基-桥梁之间的差异沉降而采用填石路堤方案,填石路基应采用抗压强度>5MPa,最大粒径≤30cm的优质填料,松铺厚度为30cm,并采用大吨位的震动压力机进行路堤的碾压,保证压实度满足规范要求,并且填石料顶面应无明显孔隙、空洞。
3.3施工工序
下露河隧道长度65m,并且浑江水流急、高差大,故施工采用从下露河侧搭设便桥,施工短路基后隧道采用单侧进洞施工,待隧道二衬施做完毕后,方可进行老黑山大桥1号桥台枕梁施工,并架设第12孔T梁成桥。
4结语
在桥梁-隧道-桥梁复合型式的工程实际,采用桥梁梁体伸入隧道,桥台采用枕梁置于明洞内的桥隧相接结构型式,明洞采用增大净高衬砌结构,桥隧相接的设计方案减少隧道洞口大开挖,避免洞口边仰坡失稳滑塌、生态环境破坏,保证桥台岸坡稳定并避免运营中的次生地质灾害的发生;短路基连接桥梁与隧道的型式,并采取措施保证路基防冲刷和和稳定安全,通过施工技术措施控制施工质量,保证路基稳定安全,对山区公路设计和施工具有较大借鉴作用。
作者:王晓宇 单位:辽宁省公路勘测设计公司
参考文献
[1]曹校勇,张武祥,刘杨,韩常领.公路桥梁伸入隧道方案探讨[J].现代隧道技术,2010,47(2):33-36.
[2]丁浩、蒋树屛,程崇国,王建华.桥隧混合异性结构设计[J].建筑监督检测与造价,2009(12):58-62.
[3]薛杰.山区高速公路桥隧连接关键性技术研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.
[4]白浩,李强生,齐向军.山区高速公路桥隧相接设计浅析[J].公路交通科技,2010,87(3):138-140.
[5]王飞.山区高速公路桥隧相连技术的研究与应用[J].公路工程与运输,2008(11).
[6]赵志明,吴光,王喜华.复杂山区铁路桥隧相连段工程设计对策探讨[J].铁路建筑,2012(8):40-43.