隧道洞口边坡组合式支护结构设计及性能研究

杨鉴波，周晓东

（中交路桥南方工程有限公司，北京101100）

1 引言

随着我国交通运输业的快速发展，越来越多公路建设向地质条件相对较差的山岭重丘区发展，因而长大隧道工程越来越多。隧道洞口段一般位于浅埋地带，洞口覆盖层相对比较薄，围岩破碎且夹有土层，加之隧道岩土体开挖扰动和自然环境变化等因素影响，其稳定性问题一直是工程控制的难点。

针对岩质隧道洞口开挖施工过程中的质量控制难点和影响因素情况，一些学者和工程技术人员进行了有针对性的研究，如张伟等[1]、刘小兵等[2，3]、蒋树屏等[4]、贾明辉[5]对隧道洞口稳定性控制分析理论进行了深入研究；王国欣等[6]研究了隧道洞口滑坡的监控预报指标；贾金青等[7]、蒋正华[8]、刘小军等[9]、任尚强[10]、张民庆等[11]、文天平等[12]对隧道洞口开挖及稳定性控制技术进行了研究。

分析表明，现有研究成果在适宜的工况下取得了较好的工程施工效果，但在洞口边坡支护技术尚集中在注浆锚杆与挂网喷射混凝土相结合的措施，其支护效果在很大程度上取决于挂网的施工情况和混凝土喷射质量。同时，现有工程技术成果中，在环境影响降低、施工效率提升、施工结构改善等方面尚存可进一步提升之处。鉴于此，为弥补现有技术的不足，本文以工程为对象、工艺为核心，对隧道洞口边坡组合式支护结构进行了研究。

2 工程技术问题及施工难点

2.1 支护结构整体性增强

对于岩土体相对破碎的洞口边坡，其支护结构的整体性不仅取决于坡面锚筋与边坡土体的连接强度，而且与坡面锚筋之间的连接情况、坡面砂浆层的喷射质量等密切相关。现有控制技术中，质量控制的重点常集中在坡面锚筋打设深度、坡面砂浆层的喷射压力和配比上，对相邻坡面锚筋间的连接整体性、坡面砂浆层抗裂控制等方面的工程措施相对较少，导致坡面砂浆层开裂现象累见不鲜。

2.2 挂网布设质量提升

在洞口边坡支护施工时，表面筋网的布设质量对坡面砂浆层的开裂情况影响较为显著，采用人工整体张拉的措施虽可对表面筋网施加一定量的张拉力，但张拉力值不易掌控，且表面筋网通过锚钉与边坡土体连接，其连接强度常难控制。

2.3 坡面防渗性能提高

外界水体的渗入常常是边坡滑坡或溜方的重要因素，坡面砂浆层的设置虽可在一定程度起到隔水层的作用，但由于砂浆层本身的防渗性能有限，加之坡面砂浆层裂缝的存在，使得坡面防渗性能常难保障。

3 施工结构改善设计

基于现有研究成果和上述工程技术难点，结合隧道洞口边坡组合式支护施工的实际情况，对现场施工结构进行优化设计，图1 是隧道洞口边坡组合式加固结构示意图，图2 为连接挂板结构示意图。

图1 隧道洞口边坡组合式加固结构示意图

图2 连接挂板结构示意图

1）设计结构在边坡土体的外表面铺设表面排水层，在表面排水层的间隙内沿坡面布设坡面压梁，并在坡面压梁与边坡土体之间设置坡面锚筋，在相邻的坡面压梁之间设置压梁连接筋；在压梁连接筋中间部位设置紧固螺栓，与连接挂板相接处设置连接端板；在坡面压梁的上表面设置连接栓钉，并使表面筋网与连接栓钉连接牢固；在表面筋网的外侧及下部空隙内喷射坡面砂浆层。

2）坡面压梁采用型钢梁或钢板轧制而成，在坡面压梁的周边设置连接挂板；该连接挂板横断面呈“L”形，由连接底板和连接挡板组成，并在连接挡板上设置连接槽孔。

3）压梁连接筋采用钢管或螺纹钢筋，与紧固螺栓通过螺纹连接，并可通过紧固螺栓对压梁连接筋施加张拉力。

4）表面排水层采用塑料排水板或排水沟或排水盲沟。

4 结构性能分析

1）研究结构采用坡面压梁代替坡面锚筋的锚垫板，可有效提升边坡坡面的受压面积，减小锚垫板的变形量；同时，坡面压梁可在一定程度上发挥坡面支护梁的作用，提升边坡岩土体的横向整体性。

2）研究结构在坡面压梁之间设置了压梁连接筋和紧固螺栓，可提升坡面压梁间的整体性和连接强度；同时，在表面筋网与坡面压梁之间设置了连接栓钉，减小了表面筋网的区块面积，解决了表面筋网张拉困难、与边坡土体连接强度低的问题。

3）研究结构在边坡土体的外侧设置了表面排水层，可在边坡土体外部形成排水网络，使渗入坡面砂浆层的水体沿边坡土体表面排除，降低了水体渗入对边坡土体稳定性能的影响。

5 结语

受诸多不确定性因素影响，隧道洞口边坡加固结构的施工质量和结构整体性能一直是工程施工控制的难点。本文针对隧道洞口边坡组合式加固结构结构施工的难点问题，进行了有针对性的技术研究，得到了以下结论：

1）系统梳理了现有研究成果，认为洞口边坡支护施工的技术问题及难点主要集中在支护结构整体性增强、挂网布设质量提升、坡面防渗性能提高等方面。

2）基于工程技术问题及施工难点，进行技术创新，提出了一种隧道洞口边坡组合式加固结构，并结合结构的组成情况系统分析了所研究结构的技术特点。