公路隧道改扩建设计

公路隧道改扩建设计Change an extension design of The Highway tunnel韩常领，王万平，卢晓玲(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安710068)摘要：随着我国国民经济的快速发展以及公路等级的提高,出现了不少已建公路、隧道不能适应交通运输的需要,公路隧道改扩建问题日趋突出,本文结合公路隧道特点，对公路隧道改扩建类型、原则与方案设计及改造案例作了简要介绍。

关键词：公路隧道新建改扩建病害整治随着我国国民经济的飞速发展，交通量在日益增大，出现了原有公路，甚至是高速公路已不能适应交通运输的需要，公路需要改扩建才能达到相应的服务水平，在经济发达地区这些问题已日趋突出，如沈大高速公路、沪杭高速公路的改扩建。

不论是一般等级公路的改造还是高速公路的扩建，对于隧道而言，作为公路的一部分，同样也要遇到了改扩建问题。

隧道不同于地面结构，因此对于已建隧道的改扩建方案应结合工程的具体条件综合论证，寻求最合理的改扩建方式。

1公路隧道改扩建类型公路隧道改扩建可分为以下三大类，即新建、改扩建及洞（口）外接线改造。

1.1新建该类该建方案是原有道路交通量已经饱和，采取另辟新线来增加车道，提高道路的服务水平，该方式对原交通影响基本没有影响，目前高速公路扩建基本上都是采用新增隧道方案。

对于低等级公路，有些隧道线形差、事故率高或病害严重，影响安全行车，经综合比较后也可采用重建新线方案。

1.2改扩建对已建隧道进行改建，可分为以下四种情况：一种是隧道内原有机电设施已不能适应交通量增长的需要，需提高监控设施规模等级，或者是原有隧道内采用的是喷锚衬砌（渗漏水严重或有落石隐患）或仅安装了简易照明、通风，需施工隧道二衬并完善运营管理设施；二是随着道路等级的提高，原有隧道平纵线形已不能满足需要，局部改造可满足改建要求。

三是需增加行车道宽度，将已建隧道进行扩挖。

四是已建隧道内出现衬砌开裂、漏水等病害，危及行车安全，需对病害进行整治以满足安全行车需要。

1.3洞（口）外接线改造已建隧道可满足正常运营需要，但隧道接线组合不当，易发生交通事故，需对洞外接线进行调整、改造；或者进出口边仰坡过高、过陡，存在安全隐患，需接长明洞或加固洞口不稳定坡体。

2公路隧道改扩建原则公路隧道改扩建应满足道路交通运输功能，在改扩建过程中应遵循以下原则：2.1遵循“安全、经济、环保”的原则，合理选择改扩建方案。

隧道处于地质围岩体内，在已建隧道进行改扩建，其围岩已经扰动，受力状态复杂，其技术难度比新建隧道要大。

为此对于既有隧道需充分掌握已建隧道的各种技术资料与运营状态，遵循“安全、有效、经济、系统最优”的原则，进行充分技术经济比较，合理确定扩容方案。

2.2有利于交通组织，减少对原有道路交通的影响隧道改扩建势必会对原有交通产生一定的影响，在设计中应根据改建工程规模与工期来确定是封闭改建还是实行交通管制施工。

当实行交通管制施工时，应有专人管理，施工用风、水、电要合理布置，并做好各项避险措施，有必要时制定合理的分流措施，以确保改建工程的顺利实施与车辆的安全通行。

2.3节约用地，有利于工程的可持续发展在山区地形狭窄，地质条件复杂，生态环境脆弱，土地宝贵，为此路线走廊带也就成为不可再生的资源，在隧道改扩建方案确定中还考虑已建公路、铁路等的影响，合理确定改扩建工程规模与工程布局，节约土地，兼顾长远进一步扩容的需要。

2.4充分利用原有工程，降低工程造价当有条件时应尽可能利用原有工程，对原建隧道进行改造，或者将原隧道直接利用，如可作为高速公路的上行或下行线，另辟新线作为另一幅上行或下行线，以降低工程费用。

3公路隧道改扩建方案公路隧道改扩建应根据道路等级、技术标准，并结合地形、地质、路线总体、已建构造物以及隧道运营情况、既有隧道现状，通过技术经济比较后确定。

3.1新建方案高速公路扩建基本上是由原来四车道扩建成六车道或八车道高速公路，对于隧道来讲，考虑到增加需在既有隧道内增加1-2个车道，会使其跨径更大，建设难度增大，经过综合经济技术比较后多采用新建方案。

对于扩建成八车道的情况，可根据新选隧道轴线地质、地形条件采用双洞四车道（结合隧道长度采用分离式、小净距或连拱形式）或单洞四车道的布置方式。

对于扩建成六车道的情况可采用单洞三车道或在两隧道一侧或中间设一单洞双车道隧道(隧道较短、无横洞)，对于后者最不利因素是其中一个隧道要对向行车，对安全行车会产生一定的影响，若设在两隧道中间还存在新建隧道与既有隧道相距较近的施工影响问题。

对于一般公路而言，当原有隧道不能满足使用功能，或存在重大安全隐患，进行改造所需投入比新建还高时，经综合比较后，也往往会采用新建方案。

新建隧道与已建隧道间距一般应满足表1要求，以尽量减轻新建隧道在施工中对已建隧道的影响，当新建隧道与已建隧道间距小于表中规定数值时，应详细调查既有隧道的现状，根据需要对既有线衬砌结构以及既有线隧道与增建隧道之间的岩体进行加固。

在施工中应严格控制装药量，将最大振速限制在允许范围内，将爆破开挖对岩柱稳定性和既有衬砌结构的不利影响降低到最低限度。

表1 分离式独立双洞间的最小净距围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ最小净距（m） 1.0×B 1.5×B 2.0×B 2.5×B 3.5×B 4.0×B 注：B——隧道开挖断面的宽度3.2.2局部改建方案设计、施工情况与运营使用状态有一个准确的理念；三是制定出完善的超前探测、预加固以及临时安全防护措施；四是在施工过程中应制定出切实可行的施工组织设计，如在拆出原有部分衬砌时应采用控制爆破或静态爆破技术，布眼要密，打眼要浅，装药要少；五要体现“信息化”施工，在拆除过程中应做好既有衬砌的稳定性监测、爆破震动监测、围岩变形量测，根据量测信息及时调整支护参数与施工方案。

3.2.4隧道病害整治已建隧道出现侵限、衬砌开裂、路面破损、渗漏水、结冰等病害，危及行车安全，此时需针对出现的病害进行整治改造。

在整治前应分析其产生原因，并有一个准确的评价，如是设计不完善、施工质量缺陷，还是外荷载改变、近接工程施工、地下水影响。

在确定整治方案时需根据病害成因“对症下药”，常用处理措施有：衬砌背后（或围岩）注浆、增加套拱、增加仰拱或加固侧墙、喷锚加强、嵌轨、更换衬砌、改善排水设施、凿槽引水、增加作防水层、稳固山坡等。

隧道结构除了由于各种因素导致不同程度的破损以外，还存在老化问题，即建筑材料会慢慢的腐蚀、脱落、强度降低，因此除了对隧道病害破损进行及时修复外，还要对修复的效果及隧道的安全性、稳定性进行监测与评价。

图5隧道漏水图6隧道边墙开裂3.3洞（口）外接线改造据统计有70%以上的事故发生在隧道引道与进洞后200米范围内，这是隧道交通事故的一大特点。

为此在地形条件允许及工程规模适中的情况下对隧道洞口事故多发点进行改造，使隧道内外线形顺畅，指标均衡，满足3s行程长度。

早期建设隧道，隧道边仰坡过高，存在高边坡的安全隐患问题，如边坡失稳、落石等问题，需采取接长明洞，加固边坡等措施。

4改造案例4.1高速公路扩建—韩家岭隧道沈大高速公路改建由四车道扩建为八车道，在韩家岭越岭段原沈大路是以大开挖的方式穿越，最大开挖深度超过30m。

在这次改扩建过程中，对该段越岭方案进行了比较：方案一是在老高速公路基础上加宽，但由于该处上坡坡度较大，超过规范要求，要改善纵坡就需继续下挖，必然会带来更深的挖方边坡，破坏山体和环境。

方案二是离开老高速公路适当距离修一单洞三车道或一座两车道联体隧道（两洞同时为下行线），前者会在隧道处出现瓶颈现象，后者四车道隧道作为下行线，老沈大高速公路作为上行线，但该方案的实施技术相对复杂。

经过反复论证采用方案三，即新建单洞四车道隧道，该隧道长521m ，隧道纵坡为1.6%，图7隧道建筑限界与内轮廓断面图 图8建成后的洞口4.2隧道局部改建某公路改建工程按山岭二级公路标准设计，其中有一座长157m 隧道，经过综合比较采取了局部改建方案，其中41.351m 为改建段，将既有隧道扩挖，另侧超出空间采取浆砌片石与混凝土回填，重新修建该段二次衬砌， 115.649m 为利用已建隧道段，对利用段衬砌背后空洞还进行了压浆处理。

图10 隧道平面图4.3洞（口）外接线改造某一级公路隧道长770米左右，直线隧道，洞外计算行车速度100km/h，超高为10%，运营中北上（4%坡度）车道经常出现交通事故，特别是重心高、货量大、速度慢的汽车，尤其容易出现向曲线横坡倾斜方向倾翻的现象。

分析其原因是车辆实际行驶速度远低于设计车速，设置超高值过大。

最终采取了将引线超高值调整至5%，使交通状况大为改观。

4.4隧道病害整治在某一级公路高速化升级改造路段，有5座隧道，经过近10年的运营，均出现了不同程度的渗漏水、衬砌开裂、侵限、路面破损、排水不畅、电缆槽损坏、机电设备老化损坏、照明亮度低等问题，经过系统检测与安全评估，采取了对隧道病害进行综合整治、完善机电设施，将既有隧道加以利用。

5 结语为满足日益增长的交通需求，保证道路的通行能力与行车安全，公路改扩建问题已愈来愈突出，对于高速公路，交通部早在2004年度工作计划中就列入了“统筹研究和规划早期建成的高速公路的改造扩容问题”。

对隧道而言，其改扩建有其特殊性，需认真研究对待，既要作到少投入，又要达到“安全、环保与使用功能”。

参考资料:1万明富、魏明祥、时磊，韩家岭四车道隧道设计与施工技术研究，公路隧道，2004年第四期。