隧道洞口邊坡組合式支護結構設計及性能研究

楊鑒波，周曉東

（中交路橋南方工程有限公司，北京101100）

1 引言

隨著我國交通運輸業的快速發展，越來越多公路建設向地質條件相對較差的山嶺重丘區發展，因而長大隧道工程越來越多。隧道洞口段一般位于淺埋地帶，洞口覆蓋層相對比較薄，圍巖破碎且夾有土層，加之隧道巖土體開挖擾動和自然環境變化等因素影響，其穩定性問題一直是工程控制的難點。

針對巖質隧道洞口開挖施工過程中的質量控制難點和影響因素情況，一些學者和工程技術人員進行了有針對性的研究，如張偉等[1]、劉小兵等[2，3]、蔣樹屏等[4]、賈明輝[5]對隧道洞口穩定性控制分析理論進行了深入研究；王國欣等[6]研究了隧道洞口滑坡的監控預報指標；賈金青等[7]、蔣正華[8]、劉小軍等[9]、任尚強[10]、張民慶等[11]、文天平等[12]對隧道洞口開挖及穩定性控制技術進行了研究。

分析表明，現有研究成果在適宜的工況下取得了較好的工程施工效果，但在洞口邊坡支護技術尚集中在注漿錨桿與掛網噴射混凝土相結合的措施，其支護效果在很大程度上取決于掛網的施工情況和混凝土噴射質量。同時，現有工程技術成果中，在環境影響降低、施工效率提升、施工結構改善等方面尚存可進一步提升之處。鑒于此，為彌補現有技術的不足，本文以工程為對象、工藝為核心，對隧道洞口邊坡組合式支護結構進行了研究。

2 工程技術問題及施工難點

2.1 支護結構整體性增強

對于巖土體相對破碎的洞口邊坡，其支護結構的整體性不僅取決于坡面錨筋與邊坡土體的連接強度，而且與坡面錨筋之間的連接情況、坡面砂漿層的噴射質量等密切相關。現有控制技術中，質量控制的重點常集中在坡面錨筋打設深度、坡面砂漿層的噴射壓力和配比上，對相鄰坡面錨筋間的連接整體性、坡面砂漿層抗裂控制等方面的工程措施相對較少，導致坡面砂漿層開裂現象累見不鮮。

2.2 掛網布設質量提升

在洞口邊坡支護施工時，表面筋網的布設質量對坡面砂漿層的開裂情況影響較為顯著，采用人工整體張拉的措施雖可對表面筋網施加一定量的張拉力，但張拉力值不易掌控，且表面筋網通過錨釘與邊坡土體連接，其連接強度常難控制。

2.3 坡面防滲性能提高

外界水體的滲入常常是邊坡滑坡或溜方的重要因素，坡面砂漿層的設置雖可在一定程度起到隔水層的作用，但由于砂漿層本身的防滲性能有限，加之坡面砂漿層裂縫的存在，使得坡面防滲性能常難保障。

3 施工結構改善設計

基于現有研究成果和上述工程技術難點，結合隧道洞口邊坡組合式支護施工的實際情況，對現場施工結構進行優化設計，圖1 是隧道洞口邊坡組合式加固結構示意圖，圖2 為連接掛板結構示意圖。

圖1 隧道洞口邊坡組合式加固結構示意圖

圖2 連接掛板結構示意圖

1）設計結構在邊坡土體的外表面鋪設表面排水層，在表面排水層的間隙內沿坡面布設坡面壓梁，并在坡面壓梁與邊坡土體之間設置坡面錨筋，在相鄰的坡面壓梁之間設置壓梁連接筋；在壓梁連接筋中間部位設置緊固螺栓，與連接掛板相接處設置連接端板；在坡面壓梁的上表面設置連接栓釘，并使表面筋網與連接栓釘連接牢固；在表面筋網的外側及下部空隙內噴射坡面砂漿層。

2）坡面壓梁采用型鋼梁或鋼板軋制而成，在坡面壓梁的周邊設置連接掛板；該連接掛板橫斷面呈“L”形，由連接底板和連接擋板組成，并在連接擋板上設置連接槽孔。

3）壓梁連接筋采用鋼管或螺紋鋼筋，與緊固螺栓通過螺紋連接，并可通過緊固螺栓對壓梁連接筋施加張拉力。

4）表面排水層采用塑料排水板或排水溝或排水盲溝。

4 結構性能分析

1）研究結構采用坡面壓梁代替坡面錨筋的錨墊板，可有效提升邊坡坡面的受壓面積，減小錨墊板的變形量；同時，坡面壓梁可在一定程度上發揮坡面支護梁的作用，提升邊坡巖土體的橫向整體性。

2）研究結構在坡面壓梁之間設置了壓梁連接筋和緊固螺栓，可提升坡面壓梁間的整體性和連接強度；同時，在表面筋網與坡面壓梁之間設置了連接栓釘，減小了表面筋網的區塊面積，解決了表面筋網張拉困難、與邊坡土體連接強度低的問題。

3）研究結構在邊坡土體的外側設置了表面排水層，可在邊坡土體外部形成排水網絡，使滲入坡面砂漿層的水體沿邊坡土體表面排除，降低了水體滲入對邊坡土體穩定性能的影響。

5 結語

受諸多不確定性因素影響，隧道洞口邊坡加固結構的施工質量和結構整體性能一直是工程施工控制的難點。本文針對隧道洞口邊坡組合式加固結構結構施工的難點問題，進行了有針對性的技術研究，得到了以下結論：

1）系統梳理了現有研究成果，認為洞口邊坡支護施工的技術問題及難點主要集中在支護結構整體性增強、掛網布設質量提升、坡面防滲性能提高等方面。

2）基于工程技術問題及施工難點，進行技術創新，提出了一種隧道洞口邊坡組合式加固結構，并結合結構的組成情況系統分析了所研究結構的技術特點。