楊 寶 鋒

(廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507)

0 引言

截至2018年年底，我國高速公路里程突破14萬km，里程規(guī)模居世界第一。伴隨著沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)路網(wǎng)交通量的不斷增長，早期修建的雙向四車道高速公路已不堪重負，節(jié)假日期間更是大范圍堵塞，成為社會關注焦點。因此，對于這些交通量大，技術標準低的高速公路，改擴建的呼聲越來越高。而隧道作為大部分高速公路中的組成部分之一，其特點為洞內行車環(huán)境相對洞外較差，洞內實際行車速度往往低于設計時速，因此往往成為交通擁堵乃至交通事故的主要原因。對于隧道工程本身的改擴建有時往往比整條高速公路的改擴建來的更加迫切。

改擴建隧道工程因存在既有隧道這一既有結構物而不同于常規(guī)新建隧道工程，設計時往往需要考慮既有隧道的利用。因此對于既有隧道的技術狀況調查及可利用性研究尤為關鍵。對于已確定利用既有隧道的，還需結合工程的具體條件，選擇最合理的改擴建方式。

1 既有隧道技術狀況

隧道工程改擴建前期，首先應廣泛收集既有隧道設計階段、施工階段、運營養(yǎng)護階段的基礎資料。并結合既有隧道的外觀、結構安全、附屬設施等方面的專項檢測結果，明確既有隧道的技術狀況，從而確定既有隧道在改擴建期間的利用方案。

外觀專項檢測主要包括內輪廓斷面檢測，襯砌及路面結構的裂縫、滲漏水情況，洞內側墻裝飾，洞門裝飾等。

結構安全主要檢測襯砌的安全可靠度，內容包括襯砌厚度檢測、襯砌背后空洞檢測、襯砌配筋情況檢測、襯砌混凝土強度檢測等。襯砌背后空洞在圍巖情況較差的拱部區(qū)域最為嚴重[1]。因此，對拱部襯砌結構的檢測應加以重視。

附屬設施檢測包括洞內機電設施、消防救援設施、輔助通道等情況，對于建成年代較為久遠的隧道，還應調查其附屬設施是否滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

根據(jù)上述幾項檢測結果來對既有隧道的技術狀況進行評定，確定既有隧道能否繼續(xù)使用，并選擇合適的維修、加固、改造、美化方案。

2 隧道改擴建方式

隧道工程的改擴建主要分為原址擴建、新址增建及兩種方式組合。具體項目確定方案時，應結合隧道專業(yè)的特點，從施工安全、節(jié)約用地、經(jīng)濟效益、施工工期等方面綜合比較，選擇合理的改擴建方案。

2.1 原址擴建

當隧址區(qū)場地空間受限或路線受限，改擴建過程中不允許隧道位置有較大的偏移，則需考慮在原洞基礎上擴挖，增加隧道斷面面積，從而實現(xiàn)隧道擴容。

原址擴挖即在既有隧道現(xiàn)狀斷面的基礎上進行擴挖，如圖1～圖3所示。其優(yōu)點是繼承現(xiàn)有路線的平縱線形，行車連貫性較好。與洞外兩側拼寬的路基順接較為容易，占用額外土地資源較少，征地難度低。

其缺點是需要破除原有襯砌進行擴挖施工，對既有隧道已趨于穩(wěn)定的圍巖產生二次擾動。既有隧道部分段落在早期施工期間可能存在塌方、突涌水斷層破碎帶等地質水文災害處置措施，擴挖時難免會對以上隱蔽工程產生破壞，安全風險極大。此外，采用擴挖方案時，需暫停一處隧洞的通行用以施工，對既有公路的通行也產生較大影響。不適用于長隧道及特長隧道的改擴建。

2.2 新址增建

當隧址區(qū)場地充裕，隧道位置受線位制約較小，則可考慮新建隧道方案。即在原有隧道的基礎上，在其一側或兩側增加一個單洞三/四車道隧道或雙洞四/六車道隧道，見圖4～圖6。

該方案最大的優(yōu)點是新建隧道施工時既有隧道可不中斷交通，同時新建隧道設計及施工難度較小，工期較短。其缺點是與洞外路線分幅不一致，導致行車連貫性相對較差。由于隧道分幅較多，當行車至隧道洞口前方時，車輛需提前分流進洞，對于路況不熟的司機而言會存在選擇疑慮，在車速較高的情況下，安全隱患極大。

3 隧道改擴建要點

3.1 爆破施工對既有結構物的影響

山區(qū)高速公路隧道工程開挖方法一般采用鉆爆法開挖，爆破產生振動對鄰近結構物的影響不容忽視。新建隧道施工往往會對既有隧道產生如下影響：

1)對既有隧道結構安全的影響。

新建隧道爆破開挖產生的瞬間沖擊波會危及既有隧道襯砌結構的安全及穩(wěn)定，裝藥量、開挖面積、圍巖軟硬程度都與之相關[2]。爆破作業(yè)控制不當，輕則使既有隧道產生新的襯砌裂縫，重則引起二襯開裂變形，使結構失穩(wěn)。

2)對既有隧道病害的影響。

新建隧道施工爆破時，產生的振動很大程度上會加劇既有隧道裂縫、滲漏水等情況。

3)對既有隧道內機電設備的影響。

既有長隧道，特長隧道洞內的照明設施、通風設施，洞內裝飾、機電設備等，運營年份長久，陳舊老化。新建隧道爆破產生的振動對既有隧道洞內瓷磚、燈具、風機、監(jiān)控設備等產生不利影響，使其出現(xiàn)松動，嚴重時掉落等情況。

對于上述情況，改擴建設計及施工期間可采取如下措施應對，減少爆破施工對既有隧道的影響。

1)隧道間距確定。

新建隧道與既有隧道凈距宜按兩洞結構彼此不產生有害影響的原則布置，即以分離布設為主，間距可依據(jù)公路隧道設計規(guī)范里的相關要求確定。

2)洞口土質圍巖段機械開挖。

一般而言，隧道洞口段圍巖主要以坡殘積土及全風化巖為主，土體較軟，適合人工或機械開挖，開挖方式采用雙側壁導坑法分部開挖，杜絕大斷面臺階式開挖，減少對圍巖的擾動。同時加強超前支護措施，采用長管棚或超前小導管支護。

3)洞身巖質圍巖段微震爆破。

洞身巖質圍巖段采用微震爆破，爆破應控制合理的振動速度。根據(jù)GB 6722—2014爆破安全規(guī)程要求，對于既有相鄰隧道的爆破振動速度應控制在10 cm/s～20 cm/s范圍內。施工時應以控制爆破振動速度為原則，計算隧道洞內每次爆破裝藥量，以指導施工，計算公式如下：

其中，Q為每次爆破裝藥總量；V為保護對象所在地安全允許質點振速，由于既有隧道運營時間較長，結構老化，故從安全性考慮取5 cm/s；R為要保護物距爆源中心的距離，m；K，a為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數(shù)和衰減指數(shù)，應通過現(xiàn)場試驗確定；在無試驗數(shù)據(jù)的條件下，可參考表1選取。

表1 K，a取值表

4)監(jiān)控量測。

施工期間加強監(jiān)控量測，尤其是既有隧道結構的病害部位、機電設施等方面，根據(jù)監(jiān)控量測反饋結果及時調整施工參數(shù)，必要時采取臨時加固措施。

5)既有隧道車流管制。

當新建隧道開挖爆破時，建議對經(jīng)過既有隧道的車輛進行限速，以免發(fā)生交通事故。爆破應選擇夜間車流較小的時段進行。

3.2 機械化快速化施工

改擴建隧道工程，無論采用新建隧道方案還是擴挖隧道方案，均對既有道路的通行產生了不同程度的影響，輕則降低車速形成瓶頸段落，重則阻斷交通，迫使路線改道。因此，在改擴建期間，如何安全保質地加快隧道施工進度，減輕既有道路交通壓力，在施工期間需重點考慮。

目前，山嶺隧道施工主要采用鉆爆法施工，洞內施工環(huán)境較差，人員配備較多，施工效率較低。而機械化施工是降低勞動強度、提高作業(yè)效率、加快施工進度、保證施工質量和控制施工成本的重要手段，與人工作業(yè)相比，具有優(yōu)越性和特殊性[3]。

應在隧道施工方面大力推廣機械化施工，如采用銑挖機、懸臂式掘進機、三臂鑿巖臺車代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工開挖工藝；采用混凝土濕噴作業(yè)臺車，雙機或多機聯(lián)合作業(yè)縮短作業(yè)時間；初期支護鋼拱架采用拱架安裝車；土工布、防水板鋪設采用自動鋪掛一體機等。

3.3 超大跨度隧道設計

近年來，隨著交通物流業(yè)的快速發(fā)展，汽車保有量的劇增，原有的兩車道公路已不能滿足日益增長的交通量需求，雙向六車道乃至雙向八車道高速漸漸成為主流，隧道工程規(guī)模亦逐漸向大跨度及超大跨度方向邁進。通過統(tǒng)計分析國內已建成的單洞四車道、分岔式等超大跨度隧道，內輪廓扁平率(不含仰拱)取值范圍一般在 [0.45,0.55]區(qū)間內[4]。支護形式多以二次襯砌、三次襯砌為主。施工工法則以雙側壁導坑法、單側壁導坑法等分部開挖支護形式為主。具體項目還應根據(jù)工程特點合理設計。

4 結語

1)隧道改擴建工程應充分研究調查既有隧道的技術狀況，圍繞既有隧道開展工程設計。

2)重視爆破施工對既有隧道的影響，必要時應進行數(shù)值仿真模擬，確保工程的安全性。

3)機械化施工因其優(yōu)越性而在隧道工程中越來越廣泛地被采用，具體工程中還需摸索其搭配方式及管理方式，進一步發(fā)揮機械化的優(yōu)點。