復雜地質隧道洞口組合式支擋施工技術研究

王志強，馮斌，熊忠皇

（中交路橋南方工程有限公司，北京 100000）

1 工程概況

隨著我國社會經濟的不斷發展，公路建設的區域逐步向山嶺重丘區偏移，越來越多隧道工程開工建設。在隧道洞口組合式支擋結構施工時，易出現擋墻與墻背土體的連接強度弱、擋墻結構滑移控制難、現場施工難度大等問題，嚴重影響隧道洞口組合式支擋結構物的受力性能和建造質量。

江西省龍南馬槽仔隧道為分離式長隧道，左幅隧道起訖樁號為Z2K124+455—Z2K126+305，長1850m，最大埋深約164m，位于Z2K125+460 附近；右幅隧道起訖樁號K124+475—K126+320，長1845m，最大埋深約164m，位于K125+480 附近。

龍南西隧道區地處構造剝蝕低山地貌區，山勢總體呈南東走向，支脈、沖溝呈樹杈狀，地形起伏大。隧址區內最高點位于隧道右側，標高為550m，最低標高約為233m 左右，相對高差約317m。進洞口和出洞口均位于沖溝山腰部位，山體坡度較緩，土體整體性差、穩定性安全控制難度大。現場施工時，在洞口側設置了高度為10m 的鋼筋混凝土擋土墻，從采用直徑1.2m 的鋼筋混凝土抗滑樁同步作為擋土墻的基礎，抗滑樁頂部插入擋土墻高度0.5～1m。

為增強隧道洞口擋墻結構穩定性、提高現場施工效率、避免穩定性問題發生，學者和工程技術人員進行了有針對性的研究，如徐風光[1]、葉飛等[2]、程剛等[3]、黃揚[4]對隧道洞口設計形式及設計理論進行了研究；王彬[5]、陳海等[6]、周羿霖[7]、李曉旭[8]對隧道洞口滑坡開展了穩定性分析及治理研究；武強[9]、劉珂[10]、王琴等[11]、黃詒寶[12]對隧道口滑坡施工處理技術進行了研究。

分析表明，現有研究成果主要針對支擋結構選型或穩定性評價，針對松散地層隧道洞口組合式支擋結構施工技術的研究較少。同時，現有工程措施和技術成果中，尚難解決松散地層土體穩定性快速提升、施工安全性改善等技術難題，在擋墻與墻背土體的連接強度提高、擋墻的抗滑性能提高等方面尚存一定不足。

2 工程技術問題及施工難點

2.1 擋墻與墻背土體的連接強度弱

支擋結構的擋墻和墻背土體連接強度弱，導致隧道洞口整體性差，易產生滑坡現象，不但會對工程建設的質量與進度產生不利影響，而且會造成一系列的安全影響，對工程建設效益和工期產生不利影響。

2.2 擋墻的抗滑性能差

隧道洞口組合式支擋結構的施工質量受墻底抗滑樁的施工工藝、混凝土配合比、現場施工效率、樁底的連接強度等影響顯著。隧道洞口支擋結構仍存在抗滑能力弱、工程擾動大、未能發揮邊坡巖土體自身強度等難點。

2.3 現場施工效率低

對于隧道洞口進行混凝土支擋結構施工時，混凝土澆筑面積大、工作空間狹小、構件布置復雜等問題，影響隧道洞口組合式支擋結構施工質量和施工效率。

3 隧道洞口組合式支擋結構改善設計及特點

3.1 隧道洞口組合式支擋結構設計

基于江西省龍南馬槽仔隧道為分離式長隧道洞口土體的基本情況，結合隧道洞口擋墻結構的受力特點和施工技術難點問題，對現場施工結構進行優化設計，圖1 為隧道洞口組合式支擋結構。

圖1 隧道洞口組合式支擋結構

（1）在墻底打設抗滑樁，并在墻底抗滑樁內預設勁性錨管；在勁性錨管的頂端設置錨管頂板，并使錨管頂板嵌入后施工的混凝土擋墻內；自墻面向墻背巖體內引孔插設內置錨管，并在內置錨管的插入段設置錨固注漿體，另一端設置內置螺母，形成橫向支撐連接體。

（2）在地基土體內設置墻趾撐墩，并在墻趾撐墩的頂部設置撐柱底板及墻側撐柱，在縱向相鄰的墻側撐柱之間支模澆筑混凝土擋墻；通過內置螺母及錨固螺桿將內置錨管及墻側撐柱連接牢固，并在縱向相鄰的墻側撐柱端部設置螺管壓板。

（3）通過底板錨筋將撐柱底板與墻趾撐墩連接牢固，再在撐柱底板的上表面壓灌封閉注漿體，形成底部補強支撐結構體；在混凝土擋墻的墻背與墻背巖體的間隙填筑輕質填充體，并在輕質填充體的頂面澆筑封閉蓋板或填筑封閉蓋板，減小墻背土壓力。

3.2 隧道洞口組合式支擋結構特點

（1）隧道洞口組合式支擋結構在混凝土擋墻與墻底抗滑樁之間設置勁性錨管和錨管頂板，有效提升混凝土擋墻與墻底抗滑樁的連接強度，提升混凝土擋墻的抗滑性能。

（2）隧道洞口組合式支擋結構通過錨固螺管和內置螺管將墻側撐柱與墻背巖體連接牢固，有效降低墻側撐柱的布設難度。

（3）隧道洞口組合式支擋結構在墻側撐柱的低端設置撐柱底板和墻趾撐墩，進一步增強墻側撐柱和混凝土擋墻的穩定性。

4 隧道洞口組合式支擋施工技術

4.1 隧道洞口組合式支擋施工技術要點

（1）根據隧道洞口組合式支擋的里程、高程，在洞口邊坡部位進行放線，確定邊坡開挖邊線及土方開挖厚度。根據施工區域的匯水面積和降水情況，在墻頂和墻底分別挖設排水溝渠，并使排水溝渠與外部排水體系連通。

（2）洞口邊、仰坡開挖施工過程中應嚴格控制坡度，并岸坡專門的安全員觀測邊坡土體的穩定狀態；在開挖厚度較大的地方采用挖掘機輔助開挖與人工修坡相結合的方式進行。

（3）開挖施工過程中，應預先清除邊坡、仰坡上浮石、危石，開挖完成后，可借助外部測試裝置，對坡面凹凸不平處予以修整平順。

（4）邊坡開挖施工完成后，在邊坡土體的引孔位置沿坡面設置坡面支板及坡面導向板，并通過支板錨筋將坡面支板與邊坡土體連接牢固；將升降支架和升降平臺推移至內置錨管鉆孔部位，調整升降支架及升降平臺的標高后，采用引孔鉆機進行坡面鉆孔施工。錨桿布設孔導向鉆設結構如圖2 所示。

圖2 錨桿布設孔導向鉆設結構

（5）采用坡面清孔裝置將鉆設孔洞內的塵土清除；內置錨管采用中空鋼管，并在內置錨管的一端設置注漿孔，另一端設置連接螺紋；自外向內將內置錨管插入鉆孔內，并對內置錨管進行注漿穩固。隧道洞口組合式支擋施工如圖3 所示。

圖3 隧道洞口組合式支擋施工

（6）在地基土體內挖孔施工墻底抗滑樁，并在抗滑樁背離隧道洞口側設置墻趾撐墩，在抗滑樁頂部設置勁性錨管；在墻趾撐墩的上部挖槽支設墻側撐柱，并使內置錨管與墻側撐柱通過錨固螺管連接牢固；在勁性錨管的頂端設置錨管頂板，并在墻側撐柱與墻背巖體之間澆筑混凝土，形成混凝土擋墻。

（7）依據現行規范和設計要求，對澆筑的隧道洞口組合式擋墻進行保濕養護，并同步檢測墻體預留排水孔的工作情況，確保墻體浸濕養護和墻背無積水問題。

4.2 隧道洞口組合式支擋施工安全保障措施

（1）隧道洞口部位的施工地質情況復雜，已發生塌方、高處墜落、物體打擊等安全事故，對此，應形成專門的安全預警機制和成立應急救援小組，并明確應急救援小組各成員的責任和分工。

（2）在洞口開挖施工時，應預先對上部土體進行噴漿支護，噴漿厚度不小于5cm，用以固化淺層松散土體，防止發生淺層滑坡、塌方問題，并確保下部作業人員的安全。

（3）在擋墻土體開挖施工時，設置專門的安全監測員，做到邊開挖邊觀測，及時發現淺層可能發生的滑塌問題，對預報給下部作業人員，避免開挖作業人員承受物體打擊傷害，提升作業過程中的安全性。

（4）由于洞口邊坡土體較為松散，開挖作業時容易出現塌方病害，因此在現場開挖作業時，應盡量采用小型機械作業，并預留足夠的安全防護空間，為作業人員留下足夠的安全逃生通道。

（5）現場作業人員應按照相關安全施工規范要求進行施工作業，必須按規范要求做好安全防護，嚴禁冒雨作業和雨后趕工作業。

（6）強化施工現場安全排水體系建設，并應設置專門的排水溝渠，確保墻背水體、外部降水均能快速排除，做到施工現場無明水。

（7）錨桿的質量、長度，噴混凝土的質量、厚度，以及鋼架的安裝位置、間距等嚴格按設計施工，施工期間，應加強監控量測，如發現量測數據有突變或異變時，應立即采取應急措施。

（8）坡面鉆孔前，首先檢查工作面是否處于安全狀態，施工作業平臺是否牢固，有無松動的巖石，如有松動的巖石及時支護或清除。

（9）施工營地內產生的生活污水、運輸車輛檢修、沖洗產生的含油污水，應通過預設的臨時沉淀池進行凈化處理，對雜物應分類堆放，加強施工期環境管理等措施，有效減緩施工污水對地表水體的影響。

（10）施工時，不在管控區范圍內設置棄土場和施工營地等大臨設施，加強施工環境管理，施工污廢水經沉淀池處理后盡量循環使用，嚴禁將施工廢水、廢渣直接排入水里。

5 結語

受諸多不確定性因素影響，復雜地質隧道洞口組合式支擋結構的施工質量和工期一直是工程施工控制的難點。文章針對復雜地質隧道洞口組合式支擋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，對復雜地質隧道洞口組合式支擋結構的工程技術難點進行了分析。

（2）基于工程技術問題及施工難點，進行技術創新，形成了一套較為完善的復雜地質隧道洞口組合式支擋結構，闡明了改善結構的技術特點。

（3）提出了錨桿布設孔導向鉆設結構，形成了隧道洞口組合式支擋施工技術，提出了施工安全保證措施，提高了隧道洞口擋墻和錨管的施工質量。