浅析对隧道洞口支护的研究

曹邦举

（宏远建设有限公司，浙江 温岭 317500）

在隧道建设施工中过程中，洞口工程的优劣是公路建设的基本，它在每一条隧道建设中均扮演着最重要的角色，在洞口工程的施工过程中，隧道洞口支护的建设又显得尤为重要。如果洞口支护的建设过程中得到充分的保障，不仅可改善动内的工作环境，保证施工人员的身体健康和工程项目的工期，同时也为施工单位节省了通风费用。所以可以看出，隧道洞口支护工程才是洞口工程建设的最基本要素。在施工建设过程中，必须采用最科学，最稳妥的施工方式来确保隧道建设的质量。为了能够保证隧道洞口支护施工质量，使其能符合设计规范技术要求，更好的满足设计功能，就必须对其进行合理的设计，根据前期勘察，在不同的地质条件与建设要求下进行合理的规范的设计，并必须严格的按照施工建设规范进行合理实施，这样才能真正意义上的使整个隧道工程质量得到最大的保障。下面，就从设计原理与施工技术方面来了解隧道洞口支护的一些基本型式和选择原则。

1 隧道洞口支护原理

隧道的结构体系主要是由围岩和支护结构共同组成的。其中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但是是必不可少的。在某些情况下，支护结构主要起承载作用。这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点。洞室开挖使原平衡状态产生应力重分布，围岩稳定即要在应力重分布的情况下使其再达到平衡，显然欲达到再平衡，一是采用加支护结构；二是促成发挥岩体本身的自承能力达到最终平衡。支护结构的任务是：发挥岩体的自撑能力保证洞室稳定，确保洞室的设计断面净空，封闭岩石的裂缝，防止漏水以及岩壁壁面的风化等。以往采用厚钢筋混凝土衬砌。

2 隧道洞口支护型式的选择原则

2.1 要根据围岩的形状，特别是节理、裂隙等构造的发育程度和力学性质考虑。对软弱破碎的节理和裂隙等小构造特发育的围岩，一般情况下还是选用钢性支护，即现浇钢筋混凝土为宜。对坚硬的围岩，要注意开挖洞室后的应力集中及出现拉应力区的范围和量级大小，关键是考虑选用合适的锚杆或锚索，其他的按常规配套支护设计即可。

2.2 地下水往往是造成不良地质现象（如软化、风化、膨胀以及破裂、坍滑崩塌等）的根源，要考虑对围岩水文地质条件探明程度，排水或堵渗漏措施等，一般围岩中含水采用喷混凝土支护是不容易成功的。

2.3 要根据地质测绘提出的资料，设计可结合工程布置及其力学作用，对围岩的工程地质状况作出推测判断及其空间作用（如赤平极射投影方法或简单的有限元分析），形成不稳定的岩块等的可能性和范围，这是与锚杆或锚索的选择直接有关的。

2.4 地下洞室的交叉口处，是受施工开挖，爆破干扰影响最剧烈的地区，一般围岩的松弛破碎圈大，超挖及凹凸度比较严重，结合要达到的设计要求的整齐的断面净空，多数工程是选用现浇钢筋混凝土衬砌交叉口。

2.5 要考虑隧道洞口支护型式的成本。支护是通过施工付诸实践的，施工技术水平直接关系着支护成本预算。因此选择支护形式要结合施工技术水平，较全面的分析，权衡出既经济又技术合理的支护型式。

2.6 隧道洞口支护型式的选择要根据围岩的地质条件，使用要求，施工条件，材料及造价等因素综合分析比较选定。但一般情况下还是尽量选用喷锚支护，因为喷锚支护有利于发挥围岩的自承能力，有排水防潮措施易于实现等明显优点。

3 隧道洞口常规支护技术

3.1 钢、木支撑。钢、木支撑是传统的支护方式，在锚、喷、注浆等先进技术出现前，隧道、矿井等地下洞室的开挖都靠钢、木支撑为支护。现在，采用钻爆法开挖情况下，隧道洞口段开挖后围岩的自稳时间很短，而喷射混凝土、锚杆不能及时提供足够的支护抗力，为了维持围岩的稳定和保证隧道的设计断面，这时往往须采用钢、木支撑进行支护，以保证在开挖后的短时间内就给围岩强有力的支护。

3.2 锚杆。锚杆是用金属或者其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。它用某些机械装置和粘结介质，通过一定的施工操作，将其安设在地下工程的围岩或者其他工程结构体中。锚杆可以主动地加固岩土体，有效的控制其变形，防止坍塌的发生。由于锚杆技术的优越性能，目前已经成为公路隧道洞口最主要的锚固方法之一。

3.3 喷射混凝土。喷射混凝土是利用压缩空气等为动力，将混凝土拌和料借助喷射机械，通过输料管和喷嘴直接喷到受喷面上，并快速凝结硬化的一种工程技术。其主要的工作特性有及时性、粘结性、柔性和密封性，这些特性能最大限度地利用、发挥围岩强度和分配外力，使支护结构受力均匀。及时性指在隧道开挖后几小时内施作喷射混凝土，可以立即提供连续的大面积支撑抗力的特性。

3.4 钢筋网。金属网在软岩和土砂围岩中能够提高附着力，在膨胀性围岩中能够防止剥落、提高柔性，在节理和龟裂多的硬岩中能够提高抗剪性能和柔性。

3.5 型钢、格栅钢架。在围岩条件较差地段或者地面沉降有严格限制时，需要在初期支护（锚喷支护）内增设型钢钢架或者格栅（钢筋）钢架，使初期支护（锚喷支护）的钢度得到增强。型钢钢架与格栅钢架受力的不同在于，型钢钢架架设后立即起到支撑作用，而格栅钢架必须与喷射混凝土共同作用才发挥其作用，抵抗围岩变形。型钢、格栅钢架普遍应用于围岩稳定性差的地段，特别在洞口段，往往配合超前小导管或者管棚一起使用。

在工程地质条件恶劣的情况下，为了保证前方岩土体的稳定，开挖前往往需要采用超前支护措施。主要有：

3.5.1 超前管棚

超前管棚是沿开挖轮廓周线，钻设与隧道轴线平行（或有微小角度）的钻孔，而后插入不同直径的钢管，并向管内注浆，固结管周边的围岩，并在预定的范围内形成棚架的支护体系。它的主要作用是：提高管周围的抗剪强度，先行支护围岩，把因开挖引起的松弛控制在最小范围内，由于管棚具有较大的截面，较强的刚度，注浆量大，比较适合于大断面开挖，另外管棚进尺长度较大，可以加固到较远的范围，对于快速施工、控制地表沉降有很大帮助。

3.5.2 超前小导管

超前小导管注浆是采用较多的一种超前支护方法。它是沿初期支护外轮廓线，充分填充土体空隙，形成一定厚度的结合体。小导管注浆技术的最大优点是施工设备简单，工艺简单，可以根据实际情况，随时确定小导管注浆的使用与否。小导管注浆适应性强，可以根据实际情况，随时变更施工方法。小导管注浆方法主要适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋软弱围岩和严重偏压、砂层、砂卵右层、断层破碎带以及大面积淋水或者涌水的隧道。对结构顶部处于亚粘土、粉细砂、中粗砂等地质松软、空隙较大的地层更为适用，效果明显。

4 结束语

综上所述，涉及到隧道洞口支护的好坏不外乎两个方面。一是对支护原理的认识和理解，二是对隧道洞口支护型式的选择。总之，隧道洞口段普遍存在围岩破碎、浅埋和偏压问题，支护困难，本文通过对支护技术进行分析、归纳，在各种复杂条件下归纳出具有一定应用范围支护技术。总结出洞口段支护的薄弱部位，找出软弱破碎围岩下支护的要点。以此指导以及优化隧道洞口段支护的设计和施工，将显得十分重要。如有不足之处，欢迎各界朋友批评指正。

[1]王毅才，隧道工程，北京：人民交通出版社，2006.6.

[2]廖红建，岩土工程数值分析，北京：机械工业出版社，2006.2.