既有隧道紧急停车带扩挖施工技术研究

窦晓曦

（中铁十二局集团第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

随着交通经济的发展，近年来高速公路车流量明显增大，部分建设时间较早交通网络其较低的设计标准已无法满足通行需求。结合新建高速的成本及山岭重丘区新建高速选线困难等因素，高速公路改扩建项目也陆续展开建设。改扩建高速线路为减少对既有高速通行的影响，一般多采用扩挖既有隧道的设计，这样便于线路设计，降低工程造价，结合交通保通措施可减小对通行的影响。既有隧道扩挖施工技术较为复杂，其方案的可行性与施工能力水平直接关系着隧道的安全，因此必须对相关方案进行仔细研究，保证其衬砌结构、行车限界等满足有关要求，同时也必须要确保在整个施工过程中既有隧道的安全。在汕梅高速公路改扩建既有莲花山隧道改建施工中，由于既有隧道由双洞双向四车道调整为双洞同向四车道，需在原有隧道衬砌结构基础上增设紧急停车带，并增设车行横洞，施工技术难度和安全风险进一步的提升。为此项目部对既有隧道扩挖紧急停车带施工方案进行认真编排，同时对施工工序进行合理规划。通过一系列举措，不但减少了对既有隧道的干扰，确保了衬砌结构的安全，各项参数均满足有关要求。通过现场实际应用，既有隧道扩挖紧急停车带施工相关技术在施工中取得很好的效果。

1 工程概况

汕梅高速公路改扩建道路等级为高速公路，设计行车速度100km/h，双向八车道，既有莲花山隧道长2902m，隧道建筑限界净宽9.75m，净高5.0m，共设置3 处紧急停车带及车行横洞。本项目承建的莲花山隧道改建为既有隧道维持设计速度80km/h 原技术标准继续使用。既有隧道的改建设计是在遵循原技术标准、维持既有隧道内轮廓及主体结构不变前提下，仅对主要病害进行处治、衬砌结构加固、增设横洞、附属工程改造等。根据既有隧道长度，并结合防灾救援要求，确定对既有莲花山隧道的紧急停车带进行扩挖改造。增设的隧道紧急停车带建筑限界，综合考虑与既有隧道主洞断面、行车道及检修道顺接，以及现行规范的要求，确定增设紧急停车带建筑限界净宽13.5m，净高5.0m。（图1）

图1 改建隧道紧急停车带内轮廓示意图

图2 既有主洞扩挖为紧急停车带施工方案示意图

图3 紧急停车带扩挖施工方案示意图（单侧扩挖）

图4 紧急停车带扩挖施工方案示意图（一侧扩挖一侧回填）

2 既有隧道紧急停车带扩挖改造

根据本项目总体改扩建方案，莲花山隧道作为下行线使用，左线维持既有行车方向，右线需调整行车方向。对于行车方向调整的右线隧道，应结合现行隧道设计规范要求的紧急停车带的长度及宽度，并考虑既有隧道主洞的内轮廓，增设紧急停车带。同时，综合考虑运营期需求、隧址区围岩地质情况及隧道防灾救援总体方案，针对既有隧道左洞不满足现状规范要求的紧急停车带也进行扩挖改建。

由于既有车行横洞与主洞呈60 度夹角布置，右洞调整行车方向后，车辆不能通过既有车行横洞转向进入左洞。确定将既有车行横洞改造为人行横洞使用，并按现行规范的要求增设车行横洞，增设的车行横洞位于紧急停车带中间位置，并与紧急停车带垂直布设。参考类似工程经验，结合增建紧急停车带的结构跨度，同时考虑改扩建隧道的特点，根据增设紧急停车带均位于II 级围岩段的实际情况，确定增设紧急停车带衬砌结构参数如表1 所示。

表1 改建隧道扩挖紧急停车带段衬砌结构参数表

3 主要施工工艺

既有隧道紧急停车带扩挖改建分为既有主洞扩挖为新的紧急停车带和既有紧急停车带扩挖为新的紧急停车带两种型式，其中既有紧急停车带扩挖为新紧急停车带，根据扩挖位置不同又分为单侧扩挖和一侧扩挖另一侧回填两种情况，相应的扩挖改造方案如下。

3.1 既有主洞扩挖为新的紧急停车带（单侧扩挖）

相同行车方向既有主洞扩挖为紧急停车带时，需将既有主洞隧道向外侧单侧扩挖3.18m，达到单洞三车道的隧道跨度。具体施工方案如下：

①在扩挖为紧急停车带的既有隧道主洞下部回填沙袋；

②从既有隧道拱顶开始分段向边墙自上而下分块逐层拆除上台阶既有隧道二衬结构，并按增建紧急停车带内轮廓进行扩挖；

③施作上台阶初期支护（安装锚杆、挂钢筋网、喷混凝土）；

④拆除既有隧道下台阶右侧边墙衬砌，开挖下台阶右侧围岩，施工下台阶右侧初期支护；

⑤拆除既有隧道下台阶左侧拱部衬砌，开挖下台阶左侧围岩，施工下台阶左侧初期支护；

⑥拆除既有路面及管沟，铺设环向盲沟及防水板，整体浇注拱墙二次衬砌。

3.2 既有紧急停车带扩挖为紧急停车带（单侧扩挖）

相同行车方向既有紧急停车带扩挖为现行规范下的紧急停车带时，需将既有紧急停车带向外侧扩挖0.7m，属于单侧扩挖，具体施工方案如下：

①在扩挖为紧急停车带的既有紧急停车带下部回填沙袋（视具体情况，可取消）；

②从既有隧道拱顶开始分段向边墙自上而下分块逐层拆除上台阶既有隧道二衬结构，并按增建紧急停车带内轮廓进行扩挖；

③施作上台阶初期支护（安装锚杆、挂钢筋网、喷混凝土）；

④拆除既有隧道下台阶右侧边墙衬砌，开挖下台阶右侧围岩，施工下台阶右侧初期支护；

⑤拆除既有隧道下台阶左侧拱部衬砌，开挖下台阶左侧未按，施工下台阶左侧初期支护；

⑥拆除既有路面及管沟，铺设环向盲沟及防水板，整体浇注拱墙二次衬砌。

3.3 既有紧急停车带扩挖为紧急停车带（一侧扩挖一侧回填）

相反行车方向既有的紧急停车带扩挖为现行规范下的紧急停车带时，需将右侧停车带进行回填，并左侧扩挖新的停车带。该扩挖形式中，左侧扩挖的宽度约为3.18m，右侧回填的宽度约为1.81m，由于既有紧急停车带为单洞三车道结构跨度，同时需向外侧围岩扩挖3.18m，隧道扩挖扰动的范围较大，围岩应力重分布的范围大，为确保施工及运营安全，确定采用以下施工工序。

①在既有紧急停车带右侧（既有紧急停车带需要回填的区域）边墙和拱部打设系统锚杆，用垫板固定在既有衬砌上，其中垫板外端部预留出50cm 长。

②破除并开挖右侧既有隧道路面至改建紧急停车带电缆沟、水沟位置，同时将右侧既有衬砌外纵向排水管内水引排至改建紧急停车带侧向排水管，保持右侧既有衬砌排水路径畅通。

③施作右侧初支I12 工字钢架，顶部顶固在既有衬砌结构，顶、底部均采用锁脚锚杆固定；并设置斜撑I16 工字钢顶住初支钢架顶部与初支钢架用钢板连接，底部固定在既有路面上，并用锁脚锚杆固定，I16 工字钢纵向间距60cm。

④在既有紧急停车带下部回填沙袋至拱墙位置，同时右侧初支外侧采用C30 混凝土回填至起拱线位置。

⑤自上而下分块逐层拆除既有紧急停车带上台阶左侧既有隧道二衬结构，并按增设紧急停车带隧道轮廓进行扩挖，并施作初期支护。

⑥拆除下台阶左侧既有衬砌，并扩挖围岩，施作下台阶左侧初期支护。

⑦回填右侧初支外侧右侧上台阶C30 混凝土。

⑧增设紧急停车带初期支护和C30 混凝土回填达到设计强度后，拆除一模二衬长度范围内的沙袋和二衬斜撑。

⑨铺设改建紧急停车带环向盲管及防水板，整体浇注拱墙二次衬砌。

4 隧道监控量测

既有隧道结构改造过程中，一方面需注意拆除扩挖的施工安全，另外需加强对相邻段落既有衬砌结构及近接构筑物的安全防护。针对既有隧道主体结构改造，均需编制专项监控量测方案，并有对应的施工专项紧急预案。

①既有隧道观测及衬砌裂缝监测：既有隧道主体结构改造施工前应对该段落及临近段落的衬砌裂缝进行标记，并选择代表性裂缝进行监测。

②既有隧道振动速度监测：在既有隧道主体结构及围岩开挖过程中，应对该段落的振动速度及其频率进行量测，可纵向每3m 布设一个测量断面，并对改段落前后各10m 范围进行监测。必要时，根据监测情况加密测量断面。

③沉降变形及收敛：紧急停车带扩挖过程中，应对施做的初期支护及临时支护的沉降变形及收敛进行监测，掌握紧急停车带扩挖过程中结构受力状态，必要时调整衬砌支护参数。沉降变化速率应控制在1mm/d，累计变化值控制在10mm 以内。若有异常变形，则须迅速采取有效措施，调整施工方法。

另外，施工过程中应加强结构病害状况观察，应做好宽度、长度、日期等现场标注。每天及时整理量测数据资料，如发现隧道存在位移变化、裂缝展开、错台严重等现象，应立即停止施工，并报告相关单位，研究合理的处治方案。

5 结束语

通过既有隧道扩挖紧急停车带施工方案进行认真编排，同时对施工工序进行合理规划，减少了对既有隧道的干扰，有效确保了衬砌结构的安全。经现场实际应用，该既有隧道扩挖紧急停车带相关技术在施工中取得很好的效果，也为后续类似施工提供了借鉴和参考。