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摘要：黄土具有欠压密性、结构性和湿陷性等工程性质特点，加上黄土地区的复杂地质条件，导致黄土公路隧道中容易出现渗水漏水、洞口段的塌顶现象以及洞口段到洞身段的仰拱基底失陷等病害，其设计施工与防排水技术很难深入研究。本文阐述了黄土公路隧道的工程地质特点，对黄土公路隧道的双层衬砌结构设计、洞口设计以及仰拱基底加固处治设计进行了综合研究，全面阐述了黄土公路隧道的开挖施工方法，这对提高此类隧道工程建设与营运管理等都有一定的理论指导意义和实际应用价值。
关键词：黄土公路隧道；双层衬砌结构设计；仰拱基底；
随着国内的基础设施进入大规模的投资建设阶段，我国将建设一大批黄土公路隧道。由于黄土强度较低，开挖扰动后变形大等特点，其设计施工以及防排水科研方面尚存在一定的技术问题，还缺少有效的施工与验收规范指导；因此，为保证黄土公路隧道的安全建设与运营，迫切需要深入开展相应有效的针对性设计施工与病害处治技术措施综合研究。
1黄土公路隧道的工程性质
1.1黄土的性质
黄土的主要有欠压密性、结构性和湿陷性这三种工程性质。在实际工程中，黄土都具有一定的结构强度，而且其颗粒间的胶结作用强，结构形式能够保持完整，这些都是黄土结构性的表现，并且黄土欠压密性的发生主要由黄土的结构性导致的；黄土在外力荷载不变时，如果遇到扰动、浸水等情况，结构强度会遭到破坏，从而会明显改变黄土的工程特征，产生黄土的湿陷性。
1.2黄土公路隧道围岩压力、变形特征
黄土公路隧道的二衬混凝土基本受压，不同位置混凝土的变形差别较大，隧道拱脚和拱腰稳定性较差，变形大，易导致隧道失稳；仰拱封闭的时间决定着隧道开挖后围岩的位移量和变形量，围岩的变形随时间显著增长，因此尽早封闭仰拱非常重要，可以减少变形量。
2黄土公路隧道设计施工技术与进展
由于黄土的欠压密性、结构性和湿陷性等工程性质特点，容易导致黄土公路隧道中容易出现洞口段的塌顶现象以及洞口段到洞身段的仰拱基底失陷等病害，故针对黄土病害需要进行相应的设计、合理的施工方法。
2.1黄土公路隧道洞口设计
根据“配合地形、早进晚出、协调环境”的原则，结合隧道稳定性及洞口的防排水需要，洞口设计需要与环境协调，自然进洞。在考虑整体美观、使用功能和施工安全的情况以及地形允许的条件下，洞门型式尽最大可能采用削竹式洞门，这样与环境协调，同时与地形协调；而对于洞口与地形斜交的隧道，洞门型式尽量采用端墙式洞门。
由于黄土垂直节理发育的特点，容易出现边坡的滑落、坍塌等现象，边坡的高度较大时，可以设置矮墙，同时进行植灌木防护。对边坡积渗水要及时排引到坡面外，加强对坡面的防护，以防雨水沿坡脚下渗，引起坡体失稳。洞口开挖永久边仰坡应当采用生物防护，以适合当地的气候、土壤生长，做到改善以及美化洞口环境的作用。
2.2黄土公路隧道仰拱基底加固处治设计
在黄土承载力较低，不能满足地基承载力要求的地段，如果不对仰拱基底进行加固处理，仰拱受力就会呈现中间小两端大的状态，随着时间的推移，这种规律愈发明显，故有必要对隧道洞口内外基底进行注浆工作和基底换填方式加固地基。
目前隧道洞门以外段落的仰拱基底一般采用高压旋喷桩和灰土挤密桩两种基底处理方法，两种方法各有自己的特点（表2）。
表2 基底不同加固处理方法对比表
2.3 黄土公路隧道双层衬砌结构设计
黄土地区衬砌结构为双层衬砌，以锚杆、喷射混凝土、格栅钢架等为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护。根据黄土结构松散、连接力弱的特点，打入系统锚杆会破坏黄土的结构，降低了围岩的强度和稳定性，且与土体采用水泥砂浆或卷式锚固剂黏结效果差，同时由于施工空间狭小，系统锚杆施工费时、费力，因此黄土公路隧道初期支护则大多没有采用系统锚杆，支护衬砌结构以图尽早封闭成环。
2.4开挖施工方法
在黄土地区，土质具有湿陷性特点，土质比较脆弱，根据黄土本身工程特性，考虑隧道埋深、力学特性及新老黄土地层差异，并结合黄土隧道围岩特点，黄土隧道的施工开挖方法主要采用台阶法、三台阶七步开挖法以及单侧壁导坑法等施工开挖方案。
三台阶七步开挖施工首先是上台阶弧形导坑，开挖过程留核心土，其次开挖中台阶，然后开挖下台阶，最后挖除预留核心土，各阶段的支护与开挖沿隧道纵向错开，平行推进。其优缺点为：作业空间大，可以满足机械化施工，施工进度快，适用性强，但其沉降变形较大，不能有效地控制变形。
单侧壁导坑法（又叫CD工法）将隧道大断面分为左、右导坑，每侧导坑又分为上下两台阶来进行开挖，先开挖一侧，并在隧道中部施作中隔壁，后再开挖隧道的另一侧。其优缺点是：结构变形较小，施工安全性好，但施作临时支撑的费用较高，施工进度比较慢。（图1、2）。
图1 黄土隧道的台阶分部施工方法
图2 自制简易台架进行混凝土灌注与一次衬砌
3 结 语
综上所述，可以得出以下几点主要结论：
（1）在考虑使用功能、整体美观和施工安全的条件下，黄土公路隧道洞口内外仰拱基底须进行注浆和基底换填方式来加固地基；黄土公路隧道均采用双层衬砌结构进行设计施工，初期支护则大多没有采用系统锚杆，支护衬砌结构以图尽早封闭成环；
（2）黄土公路隧道大断面复杂洞段可以采用三台阶七步法或CD工法来进行开挖，一般二车道洞身段则可以采用台阶分部开挖法来进行施工；
参考文献：
[1] 赵占厂. 黄土公路隧道结构工程性状研究[D]. 西安：长安大学，2004.
[2] 刘新荣，孙辉，陈晓江等. 黄土连拱隧道二次衬砌的结构分析与监测研究[J]. 岩土工程报，2005，27（6）：695-697.
论文作者:王知远1,于春华2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/29
标签：黄土论文; 隧道论文; 基底论文; 公路论文; 洞口论文; 导坑论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第10期论文;