道路下穿既有高速公路技術方案比選分析

徐孝輝

（貴州省貴陽公路管理局，貴州 貴陽 550002）

0 引言

進入21 世紀以來，國內高速公路建設里程明顯增加，對區域經濟發展水平及城市化進程均起到了促進作用。在現代城市工程日益完善的背景下，高速公路項目建設也暴露出一些問題，其中最為明顯的是隔斷了兩側城市功能區，使相鄰城市經濟及交通運輸業發展受限。客觀分析造成交通擁堵的原因，道路和既有高速公路交叉處的問題最為突出，可能對區域經濟的運營發展起到一定的制約作用。在市政道路施工實踐中，要盡可能地將工程施工給高速公路交通運輸帶來的影響降到最低，并且確保工程的安全性及低投資。

1 工程概況

A 新建次干道工程和既有高速公路交叉，交叉點通過下穿形式施工；新建道路規劃了雙向4 車道，紅線寬30.0m，機動車道正常通行高度4.6m，頂部照明、標識牌部署等的組裝空間統一為0.6m。既有高速公路和新建道路之間的斷面、平面關系圖如圖1 所示。經專業儀器測量發現，新建道路和既有高速公路平面交叉角81°，高速公路寬26.0m，填方路基，路基全寬32.0m；新建道路設計標高最低點和高速公路路面相差6.5m，估計建成通車空間后現場覆土4.0m。該地區內項目建設時，要求盡量追求工程和既有景觀協調統一，并且已經勾畫出具體的規劃圖紙，所以，很難大幅度整改新建道路的設計標高。

圖1 既有高速公路和新建道路的關系圖（單位：cm）

2 下穿施工方案的對比選擇

2.1 不影響高速公路交通運輸的方案

2.1.1 暗挖法，已知新建道路施工時，追求降低斷面高程值，所以單拱斷面不滿足該工程建設要求。建議使用連拱且小矢跨比的斷面，當然也可以應用分離機動車道與人非混行道的工法。可以用雙連拱暗挖法執行主洞的現場施工任務，通過暗挖法或頂推法成功建造人非混行道（見圖2）。

圖2 暗挖斷面圖示（兩側混行道僅應用其中一種）

中洞法配合CRD 法開挖建設機動車連拱隧道，基于矩形箱涵頂進（見圖2 左）、直墻仰拱暗挖（見圖2右）工法，處理左右兩側的人非混合車道。

超前大管棚與拱頂注漿加固處理后，使雙連拱隧道更具可實施性。但在實際中，為了確保雙連拱暗挖斷面構造符合覆土厚度的設計要求，建議把新建路面的設計標高向下調整1.0m 左右，以上操作過程中潛匿較多的風險因素。

在現場施工中，為了縮小暗挖法下頂底部不能應用的空間資源，建議應用洞樁法組織作業活動，具體方法可以作出如下闡述：先把互為鎖扣的鋼管打進隧道頂面與側面，用來構建大管棚；隨后，在左右兩側與中間局部位置開鑿導洞，經檢查確認貫通導洞后，根據工程設計圖的要求，施工處理樁基、縱向支撐及洞頂橫梁；上述工程項目完成后，再組織另一組導洞的現場施作活動，將以上步驟重復執行。頂部橫梁有效連通以后，在兩側可靠支護的工況下，可以逐漸朝下方開挖作業[1]。

既往研究發現，對于大部分新建道路來說，在淺覆土施工過程中，增加路面沉降問題的控制難度，風險系數相對較高。

2.1.2 頂推法，面對淺覆土現狀，要求最大程度地降低施工給高速公路交通運輸帶來的影響，推薦使用管幕箱涵施工方案。具體操作過程相對較簡單：把處于鎖扣狀態的鋼管沿著箱涵頂部和兩側逐一打開，并注漿加固，以上是十分安全、合理的方案。并且，為了降低施工操作難度及減少臨時作業量、節省開支，在非軟土地質上，不建議應用單個大斷面推進功閥，推薦把斷面細分成2～4 個平行箱涵，分別頂推施工，參照既有工程建設經驗，把2 個毗鄰箱涵凈距控制在1.0m 左右。

2.1.3 整體臨時改道，因為該新建道路地處城市郊區，高速公路左右兩側都是建設用地，有進行整體化臨時改道的客觀條件，所以和管幕箱涵法或暗挖法相比較，臨時改道方案執行過程更加簡單、安全，造價更低，基本上不影響高速公路交通運輸過程。在臨時改道中，可以不依照現行降速要求開工建造，按照相關技術規范要求，組織箱涵放坡明挖施工活動能順利下穿地道。

經運算后發現，管幕箱涵頂推、暗挖、整體化臨時改道土建造價分別約5500 萬元、4850 萬元、1720 萬元。

2.2 對高速公路交通運輸產生一定影響的方案

2.2.1 明推法，明推法是在既有道路局部搭建臨時性鋼便橋后，在道路左右兩側筑造工作井。按照設計圖紙，在井中分節段預制尺寸適宜的箱涵，向下開挖鋼便橋并建設頂推的滑板與滑槽構造，逐漸把箱涵推到設計部位；后續各孔箱涵均循環執行以上操作流程，直到全部箱涵頂推就位。由于具體施工時，開挖操作在前，頂推在后，所以據此將其命名為“明推法”。既往有道路工程建設時應用了這種工法，與蓋挖法做對比，盡管均需要在臨時便橋下進行開挖作業。但明推法的突發開挖和箱涵預制兩者并沒有設定嚴格的先后次序，準許并行開展，進而明顯縮短橋下頂推的持續時間，使項目工期更具合理性，整體造價高于4000 萬元，具體施工流程如圖3 所示。

圖3 明推法現場施工圖示

明推法利弊共存，最大的不足是需要屢次導改既有道路交通及破除局部路面等，現場施工工序煩瑣復雜，需要架設諸多臨時性工程，如修筑頂推作業坑、反力支架等。

2.2.2 路改橋，路改橋實質上就是整改既有道路建設成橋梁，進而于橋梁下，直接建造道路或箱涵的形式。參照跨度大小差異，可以建設實心板式或預應力空心板式橋梁。對于新建道路而言，應用兩跨跨度達20.0m 的預應力空心板橋更具經濟性、合理性，斷面構造情況如圖4 所示。

圖4 高速公路改橋梁方案圖示

也可嘗試使用橋面+U 形結構，開展路改橋建設活動，但以上這種形式最大的特點是：橋面下U 形構造與路面鋪裝和樁基之間相互脫節，而且不能構成連接部分。在橋下施工環節中，左右兩邊的橋樁基均兼用基坑與支擋構造（參照現場開挖深度在局部布置錨索），因此，U 形結構外墻面與懸臂型結構的相似程度很高，并且橋梁實際占地寬度較為狹小，橋整體跨度偏小，適用于場地寬度受限的情景。在實踐中，應用半幅路交通封閉形式施工，要減輕或避免道路局部變形，減少對行人舒適感和穩定性的影響。先在中心隔離帶內布設板樁，隨后組織半幅橋梁的施工建設活動，在半幅施工完畢后，再進入另外半幅橋梁的施工工序，具體施工流程和前半幅保持一致。最后，再組織U 形槽鋼筋混凝土構件的澆筑施工[2]。

2.2.3 蓋橋法，這種工法的現場整體施工次序和路改橋相像，同樣是先建成全新的行車路面板構造，隨后在路面下方挖掘土方。針對新的行車路面性質不做具體要求，可以是臨時性的或永久性的。

結合臨時性路面跨度差異，合理應用鐵路D 型梁或貝雷架等型鋼梁進行精準拼裝，在預算不足的情況下，還可以應用鋼筋混凝土結構；永久路面以鋼筋混凝土板為主。綜合分析現場施工過程的簡潔度及對高速公路交通運輸產生的影響，道路建設時應用基于永久路面的蓋挖逆做箱涵更具合理性，具體施工工序如圖5 所示。

圖5 蓋挖逆做箱涵斷面圖示

與路改橋+U 形方案相比較，蓋挖逆做箱涵的獨特之處通過剛性連接的方式使路面板和下部結構形成一個整體，這也決定了其和U 形結構相比受力更具合理性；施工建造永久路面板環節要精準預留外墻、隔墻及相應鋼筋；基于單墻形式筑造外墻時，能進一步減少成本支出。對于新建道路項目來說，與路改橋相比較，蓋挖法的支護施工要求更高，需要臨時進行半幅封閉交通，并且在工程造價控制方面沒有體現出明顯優勢，所以沒有特殊情況時，不推薦使用。

2.2.4 明挖法，明挖法即應用半幅交替形式由地面開挖建設。在具體實踐中，要在局部布置臨時性基坑支護構造，如圖6 所示。該方案先用明挖法開挖既有高速公路，為確保其能維持正常的通行力，要另修筑一條便道。土方開挖工序結束后，即可澆筑箱涵結構，后期循序漸進恢復箱涵頂上既有高速公路的路面、路基等。

圖6 明挖現澆箱涵的下穿施工圖示（1/2 幅）

3 整體比選以及執行

3.1 整體比選

綜合上文論述分析的內容，從技術先進性、造價控制、操作難度及風險系數等方面進行比較。

在對既有高速公路基本不產生影響的幾個項目方案內，整體臨時改道明挖法的成本最低，并且操作工序最為簡單、風險系數最低。結合新建道路的現場條件，可以把整體臨時改道作為首選方案。如果新建道路所在區域地下管線錯綜復雜、周圍建（構）筑物密集分布、人流密度大等，經分析判斷，不具有臨時性改道建設的客觀條件時，則推薦用暗挖法與頂推法施工。針對會對既有高速公路交通產生影響的實施方案，半幅式明挖、蓋挖逆做和路改橋方案的投資均較低，之間沒有產生顯著差異。其中，路改橋方案實施時，影響正常交通運輸的時間較短暫，并且土方開挖環節對臨時性支護質量沒有嚴格要求等。因為，現場勘查發現，新建道路適合路改橋方案，并且路改橋自身有執行過程簡單、風險系數小等優勢，故而可以作為首選工法。

3.2 方案執行

實施路改橋方案時，選擇預應力空心板作為上部構造。現場具體實施流程如下：先留存半幅用于交通（以確保雙向4 車道正常運營，臨時向外擴建出1 個車道），封閉施工建造的半幅逐漸向下方挖掘至蓋梁底部，以上過程配合鋼板樁進行臨時支護，隨后逐一施工處理樁基、蓋梁構造，經測量確認達到設計強度后，穩妥地吊裝空心板板梁，有序施工路面并恢復正常交通運營狀態。在實際中，為了降低臨時性支護作業的要求，不可以即刻在橋梁下開挖土方，而是通過封閉另外半幅路面的形式，反復執行以上過程，直到整個橋面恢復正常通行狀態，隨后才可以組織工人挖掘橋下土方，嚴格按照普通道路的規范要求進行施工操作即可。

在整個橋面完全恢復正常運輸狀態之前，路改橋方案現場實施時，開挖深度最大達到了4.5m 左右，施工處理橋臺時，大部分范圍的挖掘總深度≤2.0m。現場執行這種路改橋方案時，側重點是完善施工組織及不同工序的部署工作，如土方具體開挖時間，空心板梁預制和現場之間實現同步化等。風險因素集中存在于橋臺梁建筑與空心板吊裝兩個工序內。所以，綜合來講，這種方案的執行難度偏低，能協助施工單位創造出較好的經濟效益。

4 結語

綜上所述，考慮諸多方面因素比較道路下穿高速公路的各種實施方案，權衡利弊后作出最合理的決斷：若明文規定不可影響既有高速公路運營時，則建議應用整體臨時改道明挖法；若要確保工期內高速公路至少有4 車道能正常運營，則路改橋方案可以作為首選方案；對于新建道路來說，路改橋方案實施期間在技術合理性、低風險性等方面更占據優勢，能協助施工單位創造更多的經濟效益，推廣普及價值更大。