淺析對隧道洞口支護的研究

曹邦舉

（宏遠建設有限公司，浙江 溫嶺 317500）

在隧道建設施工中過程中，洞口工程的優劣是公路建設的基本，它在每一條隧道建設中均扮演著最重要的角色，在洞口工程的施工過程中，隧道洞口支護的建設又顯得尤為重要。如果洞口支護的建設過程中得到充分的保障，不僅可改善動內的工作環境，保證施工人員的身體健康和工程項目的工期，同時也為施工單位節省了通風費用。所以可以看出，隧道洞口支護工程才是洞口工程建設的最基本要素。在施工建設過程中，必須采用最科學，最穩妥的施工方式來確保隧道建設的質量。為了能夠保證隧道洞口支護施工質量，使其能符合設計規范技術要求，更好的滿足設計功能，就必須對其進行合理的設計，根據前期勘察，在不同的地質條件與建設要求下進行合理的規范的設計，并必須嚴格的按照施工建設規范進行合理實施，這樣才能真正意義上的使整個隧道工程質量得到最大的保障。下面，就從設計原理與施工技術方面來了解隧道洞口支護的一些基本型式和選擇原則。

1 隧道洞口支護原理

隧道的結構體系主要是由圍巖和支護結構共同組成的。其中圍巖是主要的承載元素，支護結構是輔助性的，但是是必不可少的。在某些情況下，支護結構主要起承載作用。這就是按現代巖石力學原則設計支護結構的基本出發點。洞室開挖使原平衡狀態產生應力重分布，圍巖穩定即要在應力重分布的情況下使其再達到平衡，顯然欲達到再平衡，一是采用加支護結構；二是促成發揮巖體本身的自承能力達到最終平衡。支護結構的任務是：發揮巖體的自撐能力保證洞室穩定，確保洞室的設計斷面凈空，封閉巖石的裂縫，防止漏水以及巖壁壁面的風化等。以往采用厚鋼筋混凝土襯砌。

2 隧道洞口支護型式的選擇原則

2.1 要根據圍巖的形狀，特別是節理、裂隙等構造的發育程度和力學性質考慮。對軟弱破碎的節理和裂隙等小構造特發育的圍巖，一般情況下還是選用鋼性支護，即現澆鋼筋混凝土為宜。對堅硬的圍巖，要注意開挖洞室后的應力集中及出現拉應力區的范圍和量級大小，關鍵是考慮選用合適的錨桿或錨索，其他的按常規配套支護設計即可。

2.2 地下水往往是造成不良地質現象（如軟化、風化、膨脹以及破裂、坍滑崩塌等）的根源，要考慮對圍巖水文地質條件探明程度，排水或堵滲漏措施等，一般圍巖中含水采用噴混凝土支護是不容易成功的。

2.3 要根據地質測繪提出的資料，設計可結合工程布置及其力學作用，對圍巖的工程地質狀況作出推測判斷及其空間作用（如赤平極射投影方法或簡單的有限元分析），形成不穩定的巖塊等的可能性和范圍，這是與錨桿或錨索的選擇直接有關的。

2.4 地下洞室的交叉口處，是受施工開挖，爆破干擾影響最劇烈的地區，一般圍巖的松弛破碎圈大，超挖及凹凸度比較嚴重，結合要達到的設計要求的整齊的斷面凈空，多數工程是選用現澆鋼筋混凝土襯砌交叉口。

2.5 要考慮隧道洞口支護型式的成本。支護是通過施工付諸實踐的，施工技術水平直接關系著支護成本預算。因此選擇支護形式要結合施工技術水平，較全面的分析，權衡出既經濟又技術合理的支護型式。

2.6 隧道洞口支護型式的選擇要根據圍巖的地質條件，使用要求，施工條件，材料及造價等因素綜合分析比較選定。但一般情況下還是盡量選用噴錨支護，因為噴錨支護有利于發揮圍巖的自承能力，有排水防潮措施易于實現等明顯優點。

3 隧道洞口常規支護技術

3.1 鋼、木支撐。鋼、木支撐是傳統的支護方式，在錨、噴、注漿等先進技術出現前，隧道、礦井等地下洞室的開挖都靠鋼、木支撐為支護。現在，采用鉆爆法開挖情況下，隧道洞口段開挖后圍巖的自穩時間很短，而噴射混凝土、錨桿不能及時提供足夠的支護抗力，為了維持圍巖的穩定和保證隧道的設計斷面，這時往往須采用鋼、木支撐進行支護，以保證在開挖后的短時間內就給圍巖強有力的支護。

3.2 錨桿。錨桿是用金屬或者其他高抗拉性能的材料制作的一種桿狀構件。它用某些機械裝置和粘結介質，通過一定的施工操作，將其安設在地下工程的圍巖或者其他工程結構體中。錨桿可以主動地加固巖土體，有效的控制其變形，防止坍塌的發生。由于錨桿技術的優越性能，目前已經成為公路隧道洞口最主要的錨固方法之一。

3.3 噴射混凝土。噴射混凝土是利用壓縮空氣等為動力，將混凝土拌和料借助噴射機械，通過輸料管和噴嘴直接噴到受噴面上，并快速凝結硬化的一種工程技術。其主要的工作特性有及時性、粘結性、柔性和密封性，這些特性能最大限度地利用、發揮圍巖強度和分配外力，使支護結構受力均勻。及時性指在隧道開挖后幾小時內施作噴射混凝土，可以立即提供連續的大面積支撐抗力的特性。

3.4 鋼筋網。金屬網在軟巖和土砂圍巖中能夠提高附著力，在膨脹性圍巖中能夠防止剝落、提高柔性，在節理和龜裂多的硬巖中能夠提高抗剪性能和柔性。

3.5 型鋼、格柵鋼架。在圍巖條件較差地段或者地面沉降有嚴格限制時，需要在初期支護（錨噴支護）內增設型鋼鋼架或者格柵（鋼筋）鋼架，使初期支護（錨噴支護）的鋼度得到增強。型鋼鋼架與格柵鋼架受力的不同在于，型鋼鋼架架設后立即起到支撐作用，而格柵鋼架必須與噴射混凝土共同作用才發揮其作用，抵抗圍巖變形。型鋼、格柵鋼架普遍應用于圍巖穩定性差的地段，特別在洞口段，往往配合超前小導管或者管棚一起使用。

在工程地質條件惡劣的情況下，為了保證前方巖土體的穩定，開挖前往往需要采用超前支護措施。主要有：

3.5.1 超前管棚

超前管棚是沿開挖輪廓周線，鉆設與隧道軸線平行（或有微小角度）的鉆孔，而后插入不同直徑的鋼管，并向管內注漿，固結管周邊的圍巖，并在預定的范圍內形成棚架的支護體系。它的主要作用是：提高管周圍的抗剪強度，先行支護圍巖，把因開挖引起的松弛控制在最小范圍內，由于管棚具有較大的截面，較強的剛度，注漿量大，比較適合于大斷面開挖，另外管棚進尺長度較大，可以加固到較遠的范圍，對于快速施工、控制地表沉降有很大幫助。

3.5.2 超前小導管

超前小導管注漿是采用較多的一種超前支護方法。它是沿初期支護外輪廓線，充分填充土體空隙，形成一定厚度的結合體。小導管注漿技術的最大優點是施工設備簡單，工藝簡單，可以根據實際情況，隨時確定小導管注漿的使用與否。小導管注漿適應性強，可以根據實際情況，隨時變更施工方法。小導管注漿方法主要適用于自穩時間短的軟弱破碎帶、淺埋軟弱圍巖和嚴重偏壓、砂層、砂卵右層、斷層破碎帶以及大面積淋水或者涌水的隧道。對結構頂部處于亞粘土、粉細砂、中粗砂等地質松軟、空隙較大的地層更為適用，效果明顯。

4 結束語

綜上所述，涉及到隧道洞口支護的好壞不外乎兩個方面。一是對支護原理的認識和理解，二是對隧道洞口支護型式的選擇。總之，隧道洞口段普遍存在圍巖破碎、淺埋和偏壓問題，支護困難，本文通過對支護技術進行分析、歸納，在各種復雜條件下歸納出具有一定應用范圍支護技術。總結出洞口段支護的薄弱部位，找出軟弱破碎圍巖下支護的要點。以此指導以及優化隧道洞口段支護的設計和施工，將顯得十分重要。如有不足之處，歡迎各界朋友批評指正。

[1]王毅才，隧道工程，北京：人民交通出版社，2006.6.

[2]廖紅建，巖土工程數值分析，北京：機械工業出版社，2006.2.