山區高速公路橋隧相連過渡段差異沉降成因及處治探討

張　弢　王　冠

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

山區高速公路橋隧相連過渡段差異沉降成因及處治探討

張弢王冠

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要橋隧相連是山區高速公路中常見的工程組合形式，其過渡段差異沉降的現象普遍存在，這給高速公路結構物的穩定性和行車安全帶來了極大的影響。文中針對橋隧相連過渡段差異沉降產生的機理及常見的預防處治措施進行了簡要的分析。

關鍵詞山區高速公路橋隧相連差異沉降

山區高速公路因地形、地質條件復雜，橋梁和隧道占路線總長的比例往往較大，從而導致各種類型的橋梁工程與隧道工程前后相連的現象十分普遍[1]，見圖1。

圖1　山區橋隧相連示意圖

大多數橋隧相連工程地段具有地勢險峻、施工場地狹窄局促等特點，并且很多隧道洞口或緊鄰深谷，或處在地形、地質條件較差的地段，或有時橋臺緊鄰隧道洞口布置等，往往給相關工程的設計、施工和后期管理或養護等帶來很大的困難。此外，由于近年來我國各地交通流量呈逐年猛增的趨勢以及各地普遍出現的車輛重載或超載較多的現象，長期的車輛荷載及其振動或沖擊使得橋隧相連工程(尤其在軟弱圍巖條件下)過渡段的差異沉降現象頻繁出現，對公路的安全營運帶來了不利影響，已越來越引起人們的廣泛關注。

1　橋隧過渡段差異沉降產生的機理

橋隧相連工程中，由于橋梁剛度和隧道襯砌之間的差異、工后沉降差等原因，在橋梁與隧道之間往往會形成沉降差。當車輛通過橋梁，特別是重型卡車通過橋梁的時候，會出現跳車現象。跳車在一方面影響行車的安全和舒適度，另一方面會對路面形成一個很大的沖擊力，進一步增大路面的沉降差，從而加劇跳車和對路面及相關結構物的損傷或破壞。

在車輛荷載及其振動或沖擊作用影響下，橋隧相連工程過渡段差異沉降產生的機理及過程大致如下[2]。

(1) 當車輛通過橋梁時，在車輛荷載及其振動或沖擊作用下，橋梁結構與車輛產生耦合振動。

(2) 車輛荷載所引起橋梁的各種振動響應，傳遞至橋頭附近的橋臺、樁基礎及附近的隧道洞口的圍巖體或斜坡巖土體中，對其產生擾動效應。

(3) 長期的、大小變化的、持續不斷的擾動或振動效應，逐漸導致橋臺、樁基及附近巖土體不斷產生變形或位移等，當這類變形累積到一定程度后，進而產生差異沉降現象。

2　橋隧相連過渡段差異沉降的危害

差異沉降是反映土木工程結構或地基的變形或位移特征的重要指標，如果差異沉降過大，就會使相應的上部結構產生額外應力；當超過一定限度時，將會產生裂縫、傾斜甚至破壞。路面對差異沉降特別敏感，微小的差異沉降就會導致路面的平整度降低，影響車輛的平穩行駛；當差異沉降較大時，就會導致路面開裂或破壞。

橋隧相連工程中，尤其在工程地質或隧道圍巖條件較差的情況下，很多橋隧相連段各結構或部位間在工程建成后不久便易出現各種差異沉降或工程病害現象[3](多由差異沉降引發的)，如軟弱地基、軟弱或破碎圍巖條件下隧道洞口與橋臺之間、隧道洞口段和過渡段軟弱路基之間、路橋過渡段橋臺與引道之間的差異沉降現象，或橋面、橋臺或伸縮縫局部破損，以及隧道入口或出口段路基路面局部凹陷或破損等病害，并已逐漸成為近年來引起橋頭或隧道洞口跳車現象，影響行車安全和工程結構物的穩定與安全，誘發交通安全事故的一個重要原因。

3　橋隧相連段差異沉降的預防與處治

3.1預防和處治過渡段差異沉降需考慮的因素

如何預防或處理好橋隧相連段的差異沉降現象或由此引發的各種工程病害，常常涉及到橋梁上部結構與橋臺和基礎的選型，隧道洞門的選型，隧道結構的安全與穩定，相連段的差異沉降與地基處理，洞口圍巖、邊坡或仰坡的穩定性，復雜地質條件中(如軟弱、破碎圍巖)隧道沉降，對橋隧相連段相關工程病害(如隧道襯砌局部開裂和破損，橋梁端部、橋臺及基礎的疲勞破損、端部位移或跨中撓度過大等)的控制與處理等諸多重要內容。

3.2可采取的措施或處治方法

(1) 從設計階段來說，在橋隧搭接工程設計方案比選時，應盡量遠離地質災害區域(易發生滑坡、塌方、崩塌、落石、泥石流或巖溶發育區等)，盡量避開大的地層斷裂帶、構造破碎帶等不良地質地段[4]。

此外，合理地選擇橋臺及基礎的形式，也是有效控制差異沉降的重要措施。一般來說，在地基較為軟弱的地段，宜采用樁柱式和肋板式橋臺，減少地基沉降，避免橋頭沉陷。在地基承載力較高的路段，可選用重力式橋臺以及擴大基礎的形式。

(2) 預防與控制橋隧相連過渡段的車輛跳車現象。為避免或有效地減小甚至消除車輛跳車現象，以減小各種車輛通過時的振動或沖擊作用，目前主要采取設置橋臺搭板、鋼筋混凝土厚整體式剛性路面過渡以及鋪設土工格柵等幾種做法。

①設置橋臺搭板。這是較常見的一種控制和預防橋頭跳車的做法。在橋隧鄰接段(尤其是地質情況較差時)應作相應的加長或加厚處理，并在施工時注意控制好搭板后填料的壓實度和設置好防排水設施等。

②設置鋼筋混凝土厚整體式剛性路面。此方法可以避免鄰接段短距離內的2次剛柔過渡，使橋隧之間較短的銜接段在線路縱向上剛度連續，并可以從一定程度上減輕銜接段短路基或橋臺、隧道洞口病害、破損和跳車現象，因而也是一種很值得參考或借鑒的預防和控制橋隧相連段車輛跳車的處理方法。

③ 鋪設土工格柵。此方法主要是采用鋪設土工格柵，約束土體的側向變形，提高土體的抗剪強度和抗變形能力，減少路基的不均勻沉降，從而很好地協調橋臺與路堤之間沉降差，增加路堤填土的整體承載力，達到預防橋頭跳車的目的。

(3) 處理好橋隧相連段隧道洞口的排水問題。處理好橋隧相連時隧道洞口段的排水問題，可以減小或避免各種因排水不暢、雨水侵蝕或凍害而導致的工程病害(如橋梁伸縮縫積水銹蝕，隧道內路面破損、翻漿冒泥，襯砌滲漏水、腐蝕或破損，隧道洞底圍巖局部沉降、下陷或滑塌等)，因而對控制或減輕橋隧相連過渡段差異沉降現象也是有益的。

因此，要做好隧道仰拱洞口處和洞內以及橋頭的排水、防水工程，確保隧道結構與橋面排水設施通暢，選擇固結性好、變形小、滲透性好的填筑材料，減少雨水或污水對橋隧結構各部位的浸蝕、腐蝕和破壞，避免或減少路基軟化、水土流失、路面水毀等現象。

(4) 重視隧道仰拱底部及橋臺回填土處理，嚴格控制施工質量，采用合理可靠的工藝，選用合適的壓實機具，分層壓實，保證回填土地基的密實程度和均勻性。同時，確保仰拱底和臺后及時回填，保證回填壓實度達到要求。

(5) 改善橋隧搭接處的地基性能，采取合適的地基處理或加固方法，提高地基承載力，確保橋頭軟基處理深度符合要求，嚴格控制軟基處理質量，減少差異沉降。

(6) 確保搭接處橋面和隧道內路面及路基的施工質量，避免路面開裂破損，路面翻漿冒泥，板塊錯臺、不均勻沉陷、板塊脫空等現象的出現。

(7) 在條件允許的情況下，長期連續地進行搭接段的沉降觀測和檢測監控，堅持病害調查與處治工作，并加強對工程重要部位的養護、維修與加固，確保橋隧搭接工程的安全與穩定。

收稿日期：2015-03-15

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.029