随着我国经济社会的不断发展,一些既有道路因受建设期技术、眼界的限制,已不能满足日益增加的交通需求,亟需进行改扩建。高速公路改扩建项目中,边坡稳定性问题是重点工程,尤其既有路堑边坡二次开挖工程。首先,既有边坡-支护结构体系已达应力平衡,二次开挖势必破坏既有支护结构,再次形成临空面,施工不慎极易导致边坡失稳;其次,边坡二次开挖还需考虑临近高速公路的运营安全问题和环境影响因素,增加了施工难度和对安全性的要求。因此,对高速公路改扩建项目边坡二次开挖的关键性问题进行研究显得尤为重要。这些关键性问题包括:支护结构的选型,边坡施工期稳定性,新结构的适宜性,残余结构的利用率,施工期运营高速公路的安全性等。本文依托湖南省怀化至芷江高速公路改扩建工程,以朱溪互通岩质高边坡为主要研究对象,结合方案比选,现场实测数据,及数值模拟等方法,对改扩建项目中锚固型岩质高边坡二次开挖的关键性问题进行了研究;并基于熵度量法对施工期高速公路安全运营进行了风险评价。本文主要研究内容和结论如下:(1)通过现场勘察记录和历史资料分析,综合考虑技术经济因素,对朱溪互通既有锚固型岩质高边坡二次开挖设计方案进行了比选,最终选择了桩板墙设计方案。(2)在施工过程及工后8个月时间内,对残余锚杆及新设置的抗滑桩钢筋应力进行了监测,得出如下结论:锚杆刚安装时应力有所下降,挖坡时应力增加到最大值,桩板墙安装时抗滑桩靠山侧锚杆应力先降低后增加,由此可知,残余锚杆在施工全过程中均发挥了一定的作用;抗滑桩初期应力值波动较大,3个月后趋于稳定,靠山一侧最大拉应力出现在桩顶以下10m的位置,靠路一侧最大压应力出现在桩以下7m的位置,桩体出现明显的受压受拉侧;抗滑桩钢筋应力整体数值较低,表明抗滑桩安全储备高,坡体在施工期及监测期均能保持良好的稳定状态。(3)结合现场实际情况以及监测结果进行数值模拟,研究各施工阶段支护结构的应力应变变化规律并进行分析研究。数值模拟结果表明:抗滑桩作为支护体系中的主体结构,对坡体的稳定性起到了决定性的作用;桩前墙体的设置则保障了桩间土的稳定性;而在整个工程期间,残余锚杆对边坡稳定性起到了不可忽略的积极作用。(4)针对旧路拓宽项目进行安全风险评价,分析了改扩建工程锚固型岩质高边坡二次开挖与支护对高速公路运营的影响:选取了地质条件、高边坡施工、运营环境、交通组织因素4项一级指标,共计17项二级指标,基于熵度量法对施工期高速公路运营安全风险进行分析,得出如下结论:工程总体风险为三级,属于可接受风险,需要引起重视;在规范的操作以及严密的监控措施下,可以做到不发生施工危险。由上述研究可知,湖南省怀化至芷江高速公路改扩建中,新设置的主体支护结构能使坡体尽可能地维持原始状态,保证边坡在二次开挖施工期及工后的良好稳定性;只要保证规范的操作及严密的监控,可做到不发生施工期高速公路运营安全风险。研究结果还揭示残余锚杆在整个过程中起着不可忽略的积极作用,所以在后续类似改扩建项目中,可考虑既有支护结构的利用问题,以期进一步节约投资,使得二次开挖工程达到更好的经济效益。