复杂地质隧道洞口组合式支挡施工技术研究

王志强，冯斌，熊忠皇

（中交路桥南方工程有限公司，北京 100000）

1 工程概况

随着我国社会经济的不断发展，公路建设的区域逐步向山岭重丘区偏移，越来越多隧道工程开工建设。在隧道洞口组合式支挡结构施工时，易出现挡墙与墙背土体的连接强度弱、挡墙结构滑移控制难、现场施工难度大等问题，严重影响隧道洞口组合式支挡结构物的受力性能和建造质量。

江西省龙南马槽仔隧道为分离式长隧道，左幅隧道起讫桩号为Z2K124+455—Z2K126+305，长1850m，最大埋深约164m，位于Z2K125+460 附近；右幅隧道起讫桩号K124+475—K126+320，长1845m，最大埋深约164m，位于K125+480 附近。

龙南西隧道区地处构造剥蚀低山地貌区，山势总体呈南东走向，支脉、冲沟呈树杈状，地形起伏大。隧址区内最高点位于隧道右侧，标高为550m，最低标高约为233m 左右，相对高差约317m。进洞口和出洞口均位于冲沟山腰部位，山体坡度较缓，土体整体性差、稳定性安全控制难度大。现场施工时，在洞口侧设置了高度为10m 的钢筋混凝土挡土墙，从采用直径1.2m 的钢筋混凝土抗滑桩同步作为挡土墙的基础，抗滑桩顶部插入挡土墙高度0.5～1m。

为增强隧道洞口挡墙结构稳定性、提高现场施工效率、避免稳定性问题发生，学者和工程技术人员进行了有针对性的研究，如徐风光[1]、叶飞等[2]、程刚等[3]、黄扬[4]对隧道洞口设计形式及设计理论进行了研究；王彬[5]、陈海等[6]、周羿霖[7]、李晓旭[8]对隧道洞口滑坡开展了稳定性分析及治理研究；武强[9]、刘珂[10]、王琴等[11]、黄诒宝[12]对隧道口滑坡施工处理技术进行了研究。

分析表明，现有研究成果主要针对支挡结构选型或稳定性评价，针对松散地层隧道洞口组合式支挡结构施工技术的研究较少。同时，现有工程措施和技术成果中，尚难解决松散地层土体稳定性快速提升、施工安全性改善等技术难题，在挡墙与墙背土体的连接强度提高、挡墙的抗滑性能提高等方面尚存一定不足。

2 工程技术问题及施工难点

2.1 挡墙与墙背土体的连接强度弱

支挡结构的挡墙和墙背土体连接强度弱，导致隧道洞口整体性差，易产生滑坡现象，不但会对工程建设的质量与进度产生不利影响，而且会造成一系列的安全影响，对工程建设效益和工期产生不利影响。

2.2 挡墙的抗滑性能差

隧道洞口组合式支挡结构的施工质量受墙底抗滑桩的施工工艺、混凝土配合比、现场施工效率、桩底的连接强度等影响显著。隧道洞口支挡结构仍存在抗滑能力弱、工程扰动大、未能发挥边坡岩土体自身强度等难点。

2.3 现场施工效率低

对于隧道洞口进行混凝土支挡结构施工时，混凝土浇筑面积大、工作空间狭小、构件布置复杂等问题，影响隧道洞口组合式支挡结构施工质量和施工效率。

3 隧道洞口组合式支挡结构改善设计及特点

3.1 隧道洞口组合式支挡结构设计

基于江西省龙南马槽仔隧道为分离式长隧道洞口土体的基本情况，结合隧道洞口挡墙结构的受力特点和施工技术难点问题，对现场施工结构进行优化设计，图1 为隧道洞口组合式支挡结构。

图1 隧道洞口组合式支挡结构

（1）在墙底打设抗滑桩，并在墙底抗滑桩内预设劲性锚管；在劲性锚管的顶端设置锚管顶板，并使锚管顶板嵌入后施工的混凝土挡墙内；自墙面向墙背岩体内引孔插设内置锚管，并在内置锚管的插入段设置锚固注浆体，另一端设置内置螺母，形成横向支撑连接体。

（2）在地基土体内设置墙趾撑墩，并在墙趾撑墩的顶部设置撑柱底板及墙侧撑柱，在纵向相邻的墙侧撑柱之间支模浇筑混凝土挡墙；通过内置螺母及锚固螺杆将内置锚管及墙侧撑柱连接牢固，并在纵向相邻的墙侧撑柱端部设置螺管压板。

（3）通过底板锚筋将撑柱底板与墙趾撑墩连接牢固，再在撑柱底板的上表面压灌封闭注浆体，形成底部补强支撑结构体；在混凝土挡墙的墙背与墙背岩体的间隙填筑轻质填充体，并在轻质填充体的顶面浇筑封闭盖板或填筑封闭盖板，减小墙背土压力。

3.2 隧道洞口组合式支挡结构特点

（1）隧道洞口组合式支挡结构在混凝土挡墙与墙底抗滑桩之间设置劲性锚管和锚管顶板，有效提升混凝土挡墙与墙底抗滑桩的连接强度，提升混凝土挡墙的抗滑性能。

（2）隧道洞口组合式支挡结构通过锚固螺管和内置螺管将墙侧撑柱与墙背岩体连接牢固，有效降低墙侧撑柱的布设难度。

（3）隧道洞口组合式支挡结构在墙侧撑柱的低端设置撑柱底板和墙趾撑墩，进一步增强墙侧撑柱和混凝土挡墙的稳定性。

4 隧道洞口组合式支挡施工技术

4.1 隧道洞口组合式支挡施工技术要点

（1）根据隧道洞口组合式支挡的里程、高程，在洞口边坡部位进行放线，确定边坡开挖边线及土方开挖厚度。根据施工区域的汇水面积和降水情况，在墙顶和墙底分别挖设排水沟渠，并使排水沟渠与外部排水体系连通。

（2）洞口边、仰坡开挖施工过程中应严格控制坡度，并岸坡专门的安全员观测边坡土体的稳定状态；在开挖厚度较大的地方采用挖掘机辅助开挖与人工修坡相结合的方式进行。

（3）开挖施工过程中，应预先清除边坡、仰坡上浮石、危石，开挖完成后，可借助外部测试装置，对坡面凹凸不平处予以修整平顺。

（4）边坡开挖施工完成后，在边坡土体的引孔位置沿坡面设置坡面支板及坡面导向板，并通过支板锚筋将坡面支板与边坡土体连接牢固；将升降支架和升降平台推移至内置锚管钻孔部位，调整升降支架及升降平台的标高后，采用引孔钻机进行坡面钻孔施工。锚杆布设孔导向钻设结构如图2 所示。

图2 锚杆布设孔导向钻设结构

（5）采用坡面清孔装置将钻设孔洞内的尘土清除；内置锚管采用中空钢管，并在内置锚管的一端设置注浆孔，另一端设置连接螺纹；自外向内将内置锚管插入钻孔内，并对内置锚管进行注浆稳固。隧道洞口组合式支挡施工如图3 所示。

图3 隧道洞口组合式支挡施工

（6）在地基土体内挖孔施工墙底抗滑桩，并在抗滑桩背离隧道洞口侧设置墙趾撑墩，在抗滑桩顶部设置劲性锚管；在墙趾撑墩的上部挖槽支设墙侧撑柱，并使内置锚管与墙侧撑柱通过锚固螺管连接牢固；在劲性锚管的顶端设置锚管顶板，并在墙侧撑柱与墙背岩体之间浇筑混凝土，形成混凝土挡墙。

（7）依据现行规范和设计要求，对浇筑的隧道洞口组合式挡墙进行保湿养护，并同步检测墙体预留排水孔的工作情况，确保墙体浸湿养护和墙背无积水问题。

4.2 隧道洞口组合式支挡施工安全保障措施

（1）隧道洞口部位的施工地质情况复杂，已发生塌方、高处坠落、物体打击等安全事故，对此，应形成专门的安全预警机制和成立应急救援小组，并明确应急救援小组各成员的责任和分工。

（2）在洞口开挖施工时，应预先对上部土体进行喷浆支护，喷浆厚度不小于5cm，用以固化浅层松散土体，防止发生浅层滑坡、塌方问题，并确保下部作业人员的安全。

（3）在挡墙土体开挖施工时，设置专门的安全监测员，做到边开挖边观测，及时发现浅层可能发生的滑塌问题，对预报给下部作业人员，避免开挖作业人员承受物体打击伤害，提升作业过程中的安全性。

（4）由于洞口边坡土体较为松散，开挖作业时容易出现塌方病害，因此在现场开挖作业时，应尽量采用小型机械作业，并预留足够的安全防护空间，为作业人员留下足够的安全逃生通道。

（5）现场作业人员应按照相关安全施工规范要求进行施工作业，必须按规范要求做好安全防护，严禁冒雨作业和雨后赶工作业。

（6）强化施工现场安全排水体系建设，并应设置专门的排水沟渠，确保墙背水体、外部降水均能快速排除，做到施工现场无明水。

（7）锚杆的质量、长度，喷混凝土的质量、厚度，以及钢架的安装位置、间距等严格按设计施工，施工期间，应加强监控量测，如发现量测数据有突变或异变时，应立即采取应急措施。

（8）坡面钻孔前，首先检查工作面是否处于安全状态，施工作业平台是否牢固，有无松动的岩石，如有松动的岩石及时支护或清除。

（9）施工营地内产生的生活污水、运输车辆检修、冲洗产生的含油污水，应通过预设的临时沉淀池进行净化处理，对杂物应分类堆放，加强施工期环境管理等措施，有效减缓施工污水对地表水体的影响。

（10）施工时，不在管控区范围内设置弃土场和施工营地等大临设施，加强施工环境管理，施工污废水经沉淀池处理后尽量循环使用，严禁将施工废水、废渣直接排入水里。

5 结语

受诸多不确定性因素影响，复杂地质隧道洞口组合式支挡结构的施工质量和工期一直是工程施工控制的难点。文章针对复杂地质隧道洞口组合式支挡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，对复杂地质隧道洞口组合式支挡结构的工程技术难点进行了分析。

（2）基于工程技术问题及施工难点，进行技术创新，形成了一套较为完善的复杂地质隧道洞口组合式支挡结构，阐明了改善结构的技术特点。

（3）提出了锚杆布设孔导向钻设结构，形成了隧道洞口组合式支挡施工技术，提出了施工安全保证措施，提高了隧道洞口挡墙和锚管的施工质量。