高速公路隧道扩建结构及施工方法与流程

本发明涉及隧道结构设计及施工，尤其涉及高速公路隧道扩建结构及施工方法。

背景技术：

1、随着我国公路交通事业迅猛发展，早期公路隧道的设计和施工已不能适应交通迅速发展的需要，问题频现。其中最主要的问题是，老旧的隧道高速公路在最初设计时，原有隧道内的高速公路多为双向单车道，车道较少，车道原有设计的车辆通过量相较于如今车辆通过量的实际需求量明显偏少，所以常常会出现在高速公路的隧道处出现拥堵的情况，当高速公路使用高峰期节段时，容易产生交通堵塞的情况，也容易发生事故。

2、所以需要对老旧的高速公路隧道进行改造，改造一般会采用如下三种方案：(1)单洞双向两车道隧道改建为双洞单向两车道隧道；这是隧道改扩建操作上最为简单的一种形式，直接在原来隧道左边或者右边以一定的距离修一条新的隧道；

3、(2)双洞单向两车道隧道改建为双洞单向四三车道隧道；这种改建方式比较复杂，需要在既有隧道上进行扩挖，扩挖的形式一般有以下三种:①原隧道左侧大部分扩挖(对于一个单洞来说)；②原隧道右侧大部分扩挖；③原隧道处在扩挖断面的中部；

4、(3)双洞单向两车道隧道改建为8车道隧道；扩建形式有两种：①改建为双洞单向四车道隧道；②改建为四洞单向两车道隧道。

5、以上三种方案均涉及在老旧高速公路隧道的旁边新设隧道或者在原有隧道的左右侧进行扩建，均涉及需要重新对隧道衬砌结构等结构进行重新建造，公路在隧道里面进行扩宽会造成隧道结构承受的山体岩层竖向压力剧增，使得其结构设计复杂且受力巨大，导致高速公路隧道的改建所花费的人力物力成本巨增；与此同时，在水平拓宽或者新建高速公路隧道时，时常会受到周围空置地质环境较小的影响，难以进行水平方向上的拓宽；当有相应的空间和地势进行拓宽时，但也容易遇到老旧高速公路隧道周围的住户和居民长期固定了居所和田地，存在拆迁补偿困难的难题，导致高速公路隧道改造进度缓慢，也会影响项目的具体实施。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了高速公路隧道扩建结构及施工方法，以解决新建隧道的方式改造老旧高速公路隧道时，花费的人力物力成本均较大的问题。

2、为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：高速公路隧道扩建结构，包括老旧高速公路隧道上的隧道衬砌，还包括：

3、将水平方向的公路隧道扩建扩宽改为上下层行车道分流，达到公路扩建目的；

4、旧隧道结构之下进行向下开挖出一个行车通道；

5、旧隧道行车道改为桥梁结构其墩身采用的桩柱结构作为向下开挖施工时的支撑原隧道结构的荷载；水平设置的桥梁墩身盖梁可以用于抵抗隧道水平侧压力；

6、若干支撑于隧道衬砌边缘下侧的桩柱，相邻两个桩柱之间浇筑有隧道周圈结构，隧道周圈结构上水平设置有下层行车道板，下层行车道板位于若干桩柱之间；桩柱、上层行车道板、下层行车道板和隧道周圈结构之间形成扩展行车空间。

7、本发明的技术原理为：桩柱和隧道周圈结构稳定支撑在扩展行车空间处，由于桩柱稳定于旧隧道衬砌边缘的下侧，使得扩展行车空间位于原有老旧高速公路隧道行车空间下侧，下层行车道板和扩展行车空间占据的空间较少，对周围环境的影响也较少，更具有实施的实用性；同时无需对老旧高速公路隧道侧边处的土地进展占据，进而无需解决拆迁补偿困难的问题，可以使得改造的实施更为顺畅快速。

8、同时，由于桩柱、上层行车道板、下层行车道板和隧道周圈结构之间构成的扩展行车空间位于原有老旧高速公路隧道行车空间下侧，进而原有老旧高速公路隧道上的隧道衬砌不需重新建造；相较于新建隧道，能够有效节约新隧道建造中隧道衬砌、开挖等操作步骤和施工成本和原材料的使用，能够快速完成改造的同时降低改造成本。

9、进一步，桩柱的上端之间水平固定安装有横梁，横梁的上侧与上层行车道板的下表面相抵，且横梁的轴线与行车方向相交。

10、通过上述设置，横梁能够对上层行车道板的起到支撑作用，并将其竖向荷载传递至桩柱上，桩柱协同隧道衬砌对横梁和上层行车道板稳定支撑。

11、进一步，桩柱沿隧道衬砌的轴线均匀设置，且隧道衬砌两侧的桩柱一一对应，横梁的轴线与行车方向垂直。

12、通过上述设置，若干桩柱能对隧道衬砌进行均匀的支撑，同时横梁也能够均匀布置在上层行车道板下表面上，让上层行车道板也得到均匀且稳定的支撑。

13、进一步，上层行车道板包括预制混凝土板和浇筑处理层，浇筑处理层位于预制混凝土板上，且预制混凝土板与横梁或隧道衬砌固定连接。

14、通过上述设置，预制混凝土板能够在施工现场快速直接的安装至横梁上，使得上层行车道板在施工时，施工进展快速，缩短施工周期，降低人力成本；同时，浇筑处理层能够对预制混凝土板的安装进行加固和整平，让最终形成的上层行车道板更精准且强度更好。

15、进一步，上层行车道板为现浇钢筋混凝土层。

16、通过上述设置，现浇钢筋混凝土层能够更适应老旧高速公路隧道的结构，且现浇钢筋混凝土层能够节段式的施工，进而可多段式的同时施工，加快施工效率，缩短施工周期。

17、进一步，墩柱为钢筋混凝土柱。

18、通过上述设置，钢筋混凝土柱相较于普通的混凝土柱具有更高的强度和支撑能力，能够为隧道衬砌提供支撑，也为扩展行车空间的开挖做抵抗岩层侧向压力做安全受力准备。

19、进一步，上层行车道板为乘用车行车道，下层行车道为商用车行车道板。

20、通过上述设置，上层行车道和下层行车道能将乘用车和商用车分流，使得乘用车被分流至上层行车道处，使得商用车被分流至下层行车道处，能够有效减轻上层行车道处车辆的通行压力及降低荷载内力，在降低结构造价的同时提升上层行车道板的使用寿命以及安全性。

21、本发明还意在提供高速公路隧道扩建结构的施工方法，包括高速公路隧道扩建结构，还包括以下步骤：

22、准备装柱、梁钢筋、混凝土、钢筋和隧道周圈结构浇筑模板；

23、在隧道衬砌边缘下侧挖设容纳桩柱的容柱腔，容柱腔沿行车方向间隔挖设；待容柱腔达到设计高度后，在容柱腔内安装柱钢筋，在安装柱钢筋的顶端上焊接梁钢筋，再向容柱腔和梁钢筋处浇筑混凝土，待混凝土凝固后形成钢筋混凝土柱，且梁钢筋与混凝土处形成横梁；

24、待钢筋混凝土柱和横梁成型后，挖除隧道衬砌下侧、钢筋混凝土柱和横梁之间的山体岩层；在钢筋混凝土柱之间的山体岩层上绑扎钢筋，在钢筋处安装隧道周圈结构浇筑模板，向山体岩层和隧道周圈结构浇筑模板之间浇筑混凝土，待混凝土凝固后形成隧道周圈结构；

25、上层行车道板铺设施工至横梁上且与隧道衬砌边缘下侧贴合；下层行车道板水平铺设施工至隧道周圈结构之间，且下层行车道板的侧边贴合钢筋混凝土柱的下端。

26、本发明的技术原理为：钢筋混凝土柱施工步骤中，将容柱腔沿行车方向间隔挖设，使得容柱腔在进行挖设时，其他的山体岩层还能对隧道衬砌进行稳定支撑；待该部分钢筋混凝土柱成型后，可再次挖设钢筋混凝土柱之间的容柱腔，提升对隧道衬砌的支撑强度；同时，横梁在此步骤中可以同步施工，为后续上层行车道板的施工准备。

27、在隧道周圈结构的施工过程中，将山体岩层开挖后，即可进行隧道周圈结构的设置，能为后续上层行车道板和下层行车道板的施工做准备。

28、进一步，上层行车道板为预制混凝土板和浇筑处理层时，将预制混凝土板运输到隧道内，假设铺装至横梁上，采用混凝土对预制混凝土板之间的缝隙处进行填充形成浇筑处理层；或者上层行车道板为现浇钢筋混凝土层时，上层行车道板分节段施工，准备现浇钢筋混凝土层施工模板，采用钢筋捆扎形成现浇钢筋混凝土层结构，现浇钢筋混凝土层施工模板包裹至钢筋外，混凝土浇筑至现浇钢筋混凝土层施工模板内，待混凝土凝固后形成节段式上层行车道板，若干节段式上层行车道拼合凝固后形成节段式上层行车道。

29、在施工时，可根据使用需求对制混凝土板或现浇钢筋混凝土层进行选用，相应的也需要采用不同的施工方式，均可达到缩短老旧高速公路隧道的施工周期的目的。

30、进一步，若干钢筋混凝土柱可同时施工或间隔批次施工。

31、通过上述设置，受到钢筋混凝土柱和横梁分批式施工的影响，可分段式的对隧道周圈结构进行施工，使得隧道周圈结构的施工步骤也可以与钢筋混凝土柱和横梁的施工步骤错开同步进行，同时，也可以在完成单个节段隧道周圈结构施工的同时，节段式的进行下层行车道板和上层行车道板的施工，能够明显缩短老旧高速公路隧道的施工周期。