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摘 要:随着我国经济的不断腾飞,作为基础交通建设的高速公路工程正在如火如荼的进行着。其中山区高速公路桥隧连接部分由于没有通用或者较普遍适用的规范,导致其无一定标准可依。而桥隧连接处必须处理得当,否则将会影响桥梁与隧道的舒适性,也容易较早出现病害。所以桥隧连接工程在铁路及道路设计与施工中必须得到足够重视,这样才能保证其顺利投入运营使用。本文结合工程案例对山区高速公路桥隧相接设计要点进行了探析,希望对同类型工程起到参考作用。
关键词:山区;高速公路;桥隧相接;发展状况;设计要点;方案比较
1 工程概况
拟建某大桥位于某省贺家坪村境内,该大桥横跨风景旅游区大峡谷。桥址区位于构造单元的中部。桥址区内岩层连续,岩层产状280°∠11°,产状较稳定,构成缓倾状单斜构造。桥址区及附近未发现断裂活动和山体级别的滑动、错落等变形破坏迹象,属山体稳定区。两端桥台所在位置远离陡崖临空面,岩层倾向与坡面主倾向构成斜交反向关系,桥台位前后及其两侧山体未见卸荷开裂、滑动变形迹象,覆盖层亦较薄,两岸桥台山体稳定。隧道洞口处主要由强风化的石英砂岩组成。强风化石英砂岩垂直节理裂隙发育,当连续分布时,具裂隙岩体变形破坏特点,破坏形式以坍塌及掉块为主。
其地形地质条件很差,做桥隧连接工程较困难。其一,隧道进口地形十分陡峭,桥台无法施作;其二,在隧道进口附近的中导洞岩壁左侧及底板发现裂隙,后经详细勘察,揭示其为卸荷裂隙带,并贯通延伸至洞顶地表;其三,在其中导洞洞口上方的仰坡岩体发现共轭节理与该卸荷裂隙组合,形成了较大规模的危岩。
2 桥隧连接设计发展状况
我国在工程建设及学术研究中隧道洞门的设计与修建取得较大进步,处于世界先进或领先水平。桥梁建设研究随着多条特大桥梁的建设也已取得许多宝贵经验。但对于山岭地区桥梁和隧道连接处的连接技术,此领域研究人员较少,研究还很不充分,在桥隧连接的连接方式、桥隧连接部位的设计和施工优化、连接处地质灾害的预防与处理、桥隧连接处运营安全研究等方面,还有待进一步研究。在以前研究成果基础上,总结出桥隧连接技术还存在以下问题还需解决。
(1)在桥隧连接工程中还未将两者结合起来设计与施工,没有考虑桥隧连接工程的特殊性,施工中常常出现桥梁与隧道施工相互干扰;
(2)对于桥隧连接工程还未形成一定的标准规范,不能有效指导设计施工;
(3)在桥隧连接工程建设中已经积累了一定经验,但有些经验对于某些桥隧连接工程并不适用,还需总结普遍适用的设计经验。
3 桥隧连接方案设计分析与技术比较
桥隧连接较多出现于山岭地区,其地形陡峭,围岩条件较差,修建难度非常大。且桥隧相连地段一般地形较为狭窄,施工场地局促,并且线位较高,桥台紧贴隧道洞口,布置十分困难。目前,山区高速公路中桥隧相连主要有两种情况,即整体式路基段桥梁与连拱隧道相连,或者单幅桥梁与分离式隧道相连。铁路桥隧连接处与高速公路相似,处理方法无外乎桥梁伸入隧道处理或者是桥梁在隧道洞口处理这两种方案都有运用实例,如西康铁路复线上的油坊湾隧道即为桥梁伸入隧道,而太平隧道为桥梁不伸入隧道的设计方式。根据两种方案的技术特点,分析两者的优缺点。
方案一:桥梁伸入隧道。方案简介:隧道洞口段采用加大、加深断面,桥梁伸入隧道,小箱梁直接置于基岩上。施工难易度:大断面隧道施工难度较大,且小箱梁吊装较困难。防排水处理:需加深中央排水沟,排水处理困难。环境影响及运营安全:环境影响小,基本不破坏原山体;在运营中对列车运行基本无影响。工程造价:隧道加宽段需设至少10m,且需调整梁长,造价较高。
方案二:桥梁不伸入隧道。方案简介:桥台置于基岩上,未伸入隧道,桥梁与隧道无直接联系。施工难易度:桥梁与隧道施工之间无干扰,且施工较方便,风险较小。防排水处理:台帽与隧道紧贴,排水设计较复杂。环境影响及运营安全:对高速公路环境有一定影响,基本不破坏原山体;在隧道洞外渐变,行车安全、舒适。工程造价:取消原扩大基础,增加了C20片石混凝土挡墙,但造价较低。
桥梁伸入隧道技术特点:
桥梁伸入隧道即桥隧连接时将隧道断面加大,将桥台包在隧道里面,即桥梁进洞。明洞不需要设仰拱,与桥台不是整体,但必要时洞口一段暗洞也要加大断面,桥隧连接工程施工完成后根据隧道正常断面,在扩大断面中做套拱,使隧道断面恢复到正常断面,从而避免在隧道内的突变。但这种施工方案因为桥梁宽度比隧道里的路面宽,同时考虑到桥梁梁片的预制,隧道洞门与桥台为一个整体,所以隧道衬砌必须加大加深。(桥梁伸入隧道示意图、桥梁伸入隧道实例图分别如图1、图2所示)
此方案在结构方面,桥梁的桥台与隧道洞口段形成一个整体,彼此没有分离。从受力和变形方面讲,桥台与隧道共同承受荷载作用,而且两者变形连续一致。从桥隧连接设计上讲,桥台和隧道洞口段应作为一个整体结构进行结构分析和计算。
4 山区高速公路桥隧连接设计要点
在前期工作过程中,应加强区域地质及遥感地质资料的使用和分析,将地质选线贯穿于总体设计的始终。运用GPS、GIS、RS集成的3S技术,选择有利的地形条件和地质条件布设线位,减少工程对自然环境的影响,绕避不良地质及灾害,对环境保护、水土保持可以起到积极的作用。对于桥隧连接工程设计施工方案的选择需结合地形地质条件来选择,必须保证采用合适的方案,否则在桥隧连接部以后的运营中会出现较多病害。
桥梁伸进隧道方案在地形较陡峭,边坡仰坡围岩情况较差的情况下经常运用。但其对隧道洞口段衬砌稳定性是有一定的影响的。桥梁不伸进隧道方案在地形缓和,地基基础适于做桥台的条件下采用,由于桥梁与隧道相对独立,桥隧连接段对隧道稳定性无影响。但其对实施条件有一定要求,必须有足够空间放置桥台结构。
隧道洞门作为桥隧连接工程中隧道与桥梁相交的重要部分,特别是当桥台在隧道洞门内时,在隧道与桥梁相互传递受力、保持边坡稳定性、保证公路通行顺畅无阻等方面都起着重要的作用。因此隧道洞门施工质量的好坏直接影响着整个隧道的施工质量,间接影响着桥台或路面路基的位移和沉降大小,并最终影响高速公路的运营状况。洞门开挖时围岩支护等级的确定:当桥台在隧道洞门内时,由于桥台在洞门开挖后施工,桥台的开挖会对隧道围岩造成二次扰动,因此在洞门开挖的时候应该实施较正常开挖时更强一等级的支护,以使围岩在经受二次扰动时有更强的稳定性。
在空间上设计上,桥梁桥台与隧道洞口只是形式上紧紧贴靠在一起,但在结构上是分离的,二者之间存在施工缝。从变形和位移方面看,在正常情况下,由于施工缝的存在,桥台和隧道洞口的变形和位移将各自独立、相互无关。二者的变形和位移往往不协调,其后果是桥隧施工缝处的路面可能出现横向裂缝,甚至形成错台,影响行车舒适,严重者带来行车安全隐患。
5 结束语
随着中国经济的高速发展,快速便捷的交通成为各个地方政府发展重中之重。俗话说“要想富,先修路”就是对当前形式的贴切说明,但由于平原地区交通早已发展较成熟,现在交通发展重点转移到山区等落后地区,这样就不可避免出现大量桥隧相连的情况,对隧道设计施工提出新的要求。“穿岩透壁洞复洞,跨谷飞空桥又桥”已是现在山岭地区隧道建设的真实写照。因此,桥隧连接部分如何处理成为了山岭隧道设计不可避免的问题。
参考文献
[1]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(应用技术版),2012,(03)43~44.
[2]王卫东,罗阳圣.山区高速公路桥隧连接工程关键性技术研究[J].中国新技术新产品,2011,(12):20~21.
关键词:山区;高速公路;桥隧相接;发展状况;设计要点;方案比较
1 工程概况
拟建某大桥位于某省贺家坪村境内,该大桥横跨风景旅游区大峡谷。桥址区位于构造单元的中部。桥址区内岩层连续,岩层产状280°∠11°,产状较稳定,构成缓倾状单斜构造。桥址区及附近未发现断裂活动和山体级别的滑动、错落等变形破坏迹象,属山体稳定区。两端桥台所在位置远离陡崖临空面,岩层倾向与坡面主倾向构成斜交反向关系,桥台位前后及其两侧山体未见卸荷开裂、滑动变形迹象,覆盖层亦较薄,两岸桥台山体稳定。隧道洞口处主要由强风化的石英砂岩组成。强风化石英砂岩垂直节理裂隙发育,当连续分布时,具裂隙岩体变形破坏特点,破坏形式以坍塌及掉块为主。
其地形地质条件很差,做桥隧连接工程较困难。其一,隧道进口地形十分陡峭,桥台无法施作;其二,在隧道进口附近的中导洞岩壁左侧及底板发现裂隙,后经详细勘察,揭示其为卸荷裂隙带,并贯通延伸至洞顶地表;其三,在其中导洞洞口上方的仰坡岩体发现共轭节理与该卸荷裂隙组合,形成了较大规模的危岩。
2 桥隧连接设计发展状况
我国在工程建设及学术研究中隧道洞门的设计与修建取得较大进步,处于世界先进或领先水平。桥梁建设研究随着多条特大桥梁的建设也已取得许多宝贵经验。但对于山岭地区桥梁和隧道连接处的连接技术,此领域研究人员较少,研究还很不充分,在桥隧连接的连接方式、桥隧连接部位的设计和施工优化、连接处地质灾害的预防与处理、桥隧连接处运营安全研究等方面,还有待进一步研究。在以前研究成果基础上,总结出桥隧连接技术还存在以下问题还需解决。
(1)在桥隧连接工程中还未将两者结合起来设计与施工,没有考虑桥隧连接工程的特殊性,施工中常常出现桥梁与隧道施工相互干扰;
(2)对于桥隧连接工程还未形成一定的标准规范,不能有效指导设计施工;
(3)在桥隧连接工程建设中已经积累了一定经验,但有些经验对于某些桥隧连接工程并不适用,还需总结普遍适用的设计经验。
3 桥隧连接方案设计分析与技术比较
桥隧连接较多出现于山岭地区,其地形陡峭,围岩条件较差,修建难度非常大。且桥隧相连地段一般地形较为狭窄,施工场地局促,并且线位较高,桥台紧贴隧道洞口,布置十分困难。目前,山区高速公路中桥隧相连主要有两种情况,即整体式路基段桥梁与连拱隧道相连,或者单幅桥梁与分离式隧道相连。铁路桥隧连接处与高速公路相似,处理方法无外乎桥梁伸入隧道处理或者是桥梁在隧道洞口处理这两种方案都有运用实例,如西康铁路复线上的油坊湾隧道即为桥梁伸入隧道,而太平隧道为桥梁不伸入隧道的设计方式。根据两种方案的技术特点,分析两者的优缺点。
方案一:桥梁伸入隧道。方案简介:隧道洞口段采用加大、加深断面,桥梁伸入隧道,小箱梁直接置于基岩上。施工难易度:大断面隧道施工难度较大,且小箱梁吊装较困难。防排水处理:需加深中央排水沟,排水处理困难。环境影响及运营安全:环境影响小,基本不破坏原山体;在运营中对列车运行基本无影响。工程造价:隧道加宽段需设至少10m,且需调整梁长,造价较高。
方案二:桥梁不伸入隧道。方案简介:桥台置于基岩上,未伸入隧道,桥梁与隧道无直接联系。施工难易度:桥梁与隧道施工之间无干扰,且施工较方便,风险较小。防排水处理:台帽与隧道紧贴,排水设计较复杂。环境影响及运营安全:对高速公路环境有一定影响,基本不破坏原山体;在隧道洞外渐变,行车安全、舒适。工程造价:取消原扩大基础,增加了C20片石混凝土挡墙,但造价较低。
桥梁伸入隧道技术特点:
桥梁伸入隧道即桥隧连接时将隧道断面加大,将桥台包在隧道里面,即桥梁进洞。明洞不需要设仰拱,与桥台不是整体,但必要时洞口一段暗洞也要加大断面,桥隧连接工程施工完成后根据隧道正常断面,在扩大断面中做套拱,使隧道断面恢复到正常断面,从而避免在隧道内的突变。但这种施工方案因为桥梁宽度比隧道里的路面宽,同时考虑到桥梁梁片的预制,隧道洞门与桥台为一个整体,所以隧道衬砌必须加大加深。(桥梁伸入隧道示意图、桥梁伸入隧道实例图分别如图1、图2所示)
此方案在结构方面,桥梁的桥台与隧道洞口段形成一个整体,彼此没有分离。从受力和变形方面讲,桥台与隧道共同承受荷载作用,而且两者变形连续一致。从桥隧连接设计上讲,桥台和隧道洞口段应作为一个整体结构进行结构分析和计算。
4 山区高速公路桥隧连接设计要点
在前期工作过程中,应加强区域地质及遥感地质资料的使用和分析,将地质选线贯穿于总体设计的始终。运用GPS、GIS、RS集成的3S技术,选择有利的地形条件和地质条件布设线位,减少工程对自然环境的影响,绕避不良地质及灾害,对环境保护、水土保持可以起到积极的作用。对于桥隧连接工程设计施工方案的选择需结合地形地质条件来选择,必须保证采用合适的方案,否则在桥隧连接部以后的运营中会出现较多病害。
桥梁伸进隧道方案在地形较陡峭,边坡仰坡围岩情况较差的情况下经常运用。但其对隧道洞口段衬砌稳定性是有一定的影响的。桥梁不伸进隧道方案在地形缓和,地基基础适于做桥台的条件下采用,由于桥梁与隧道相对独立,桥隧连接段对隧道稳定性无影响。但其对实施条件有一定要求,必须有足够空间放置桥台结构。
隧道洞门作为桥隧连接工程中隧道与桥梁相交的重要部分,特别是当桥台在隧道洞门内时,在隧道与桥梁相互传递受力、保持边坡稳定性、保证公路通行顺畅无阻等方面都起着重要的作用。因此隧道洞门施工质量的好坏直接影响着整个隧道的施工质量,间接影响着桥台或路面路基的位移和沉降大小,并最终影响高速公路的运营状况。洞门开挖时围岩支护等级的确定:当桥台在隧道洞门内时,由于桥台在洞门开挖后施工,桥台的开挖会对隧道围岩造成二次扰动,因此在洞门开挖的时候应该实施较正常开挖时更强一等级的支护,以使围岩在经受二次扰动时有更强的稳定性。
在空间上设计上,桥梁桥台与隧道洞口只是形式上紧紧贴靠在一起,但在结构上是分离的,二者之间存在施工缝。从变形和位移方面看,在正常情况下,由于施工缝的存在,桥台和隧道洞口的变形和位移将各自独立、相互无关。二者的变形和位移往往不协调,其后果是桥隧施工缝处的路面可能出现横向裂缝,甚至形成错台,影响行车舒适,严重者带来行车安全隐患。
5 结束语
随着中国经济的高速发展,快速便捷的交通成为各个地方政府发展重中之重。俗话说“要想富,先修路”就是对当前形式的贴切说明,但由于平原地区交通早已发展较成熟,现在交通发展重点转移到山区等落后地区,这样就不可避免出现大量桥隧相连的情况,对隧道设计施工提出新的要求。“穿岩透壁洞复洞,跨谷飞空桥又桥”已是现在山岭地区隧道建设的真实写照。因此,桥隧连接部分如何处理成为了山岭隧道设计不可避免的问题。
参考文献
[1]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(应用技术版),2012,(03)43~44.
[2]王卫东,罗阳圣.山区高速公路桥隧连接工程关键性技术研究[J].中国新技术新产品,2011,(12):20~21.