黃土隧道基本知識及支護開挖方法一、黃土隧道地質(zhì)類型甲類：圍巖為中下更新統(tǒng)黃土，物理力學性質(zhì)好，無濕陷，穩(wěn)定性好。乙類：中更新統(tǒng)上部黃土，無濕陷或弱濕陷，工程性能較好。夾多層古土壤。丙類：圍巖為新黃土。工程性能差。黃土狀土隧道：黃土或黃土狀土夾砂層，黃土塬下部及河流兩岸階地，有時砂層厚十多米。在含地下水的情況下，最易產(chǎn)生噴砂冒水坍塌、冒頂?shù)仁鹿?，以砂層在拱頂分布者對隧洞穩(wěn)定最為不利。二、黃土隧道的線路選擇地形上，應選擇洞身最短的位置穿過黃土塬、梁或黃土塬嘴，在隧洞進出口地帶均有大小不同的沖溝或彎道，而梁兩邊相對較大的溝道，可能是洞身最短的洞線位置。A、隧洞位置的塬梁地面，應該是平整的或凸起的地形；B、隧洞線路表面不應有洼地存在，特別應避免封閉式的存儲地表徑流的洼地；C、洞線也應避開塬面上的較大渠道，否則，集流洼地和渠道的水，可能成為隧洞的不穩(wěn)定因素．(2)地質(zhì)構造方面，黃土構造大裂隙、區(qū)域性的構造裂隙，一般有幾組，要通過調(diào)查、訪問和勘探，找出最發(fā)育的一組或洞線附近最大的幾條。該類裂隙寬度大，影響深，平時被地表黃土覆蓋，大暴雨或地震時，部分的裂開而暴露，群眾稱為“流?？p“或“龍縫”．這種“龍縫”可能有的沿溝谷或洼地發(fā)育，成為地面水的排泄通道．洞線選在大裂隙網(wǎng)一方位上，是極不利的選擇。(3)巖性上，時代愈老，強度愈高．作為隧洞圍巖穩(wěn)定性愈好。厚層鈣質(zhì)結核層作為洞頂圍巖，將是最理想的洞線方案。(4)隧洞穿過滑坡體:A、應首先查明該滑坡的滑動面深度，各滑塊的位置關系，滑坡體巖性分布及地下水情況；B、證明該滑坡體早已穩(wěn)定，且不可能再復活。一般穩(wěn)定的古滑坡或老滑坡，方可允許隧洞從滑坡體穿越；C、研究隧洞穿越滑坡體的方案。最有利的洞線方案是沿坡體中段的較大滑塊的中部．而且選擇整體滑移，巖層錯亂少，巖性較均一的滑塊．D、各滑塊的交界處，裂隙發(fā)育，巖性混雜。洞線通過滑塊交界處，對隧洞和滑坡穩(wěn)定都不利。

(5)地下水條件黃土在水下處于近飽和狀態(tài)，排水量不一定大，但洞頂洞壁的穩(wěn)定性差，施工條件較水上非飽和黃土差得多，如果洞線是沖積黃土狀土，中間是水平層理的細粉砂層或較粗的砂礫層，洞身位于水下會產(chǎn)生流砂和排水困難的嚴重問題。選線時應設法使洞身置于地下水位以上。使洞線在原線路上向上升高。三、黃土隧洞進、出口的布置隧洞進出口的斜坡地段，巖性變化大，自然地質(zhì)作用發(fā)育，地質(zhì)問題較多。一般說，黃土隧洞進、出口選擇過程應考慮的地質(zhì)問題主要是：

(1)隧洞進出口的巖性變化洞身一般深埋于地下，大多置于老黃土地層中。進出口洞身淺，且處于斜坡地段，可能有新黃土或新近堆積黃土存在。隧洞進、出口段圍巖由工程性質(zhì)較差的濕陷性黃土構成，將成為一個不穩(wěn)定因素。選線中對厚層的濕陷性黃土層應繞道，對簿層的則可開挖掉。(2)洞臉邊坡的穩(wěn)定問題。隧洞進、出口洞臉常被削成人工邊坡，這種黃土高邊坡如有大的崩塌或滑移，將堵塞洞口造成事故，因而洞臉邊坡穩(wěn)定問題，是隧洞進、出口方案比較的主要問題之一。(3)隧洞進、出口溝谷兩岸的穩(wěn)定性。隧洞進、出口洞臉兩側將受到溝谷兩岸岸坡穩(wěn)定性的影響。選作隧洞進、出口的溝谷，兩岸應是穩(wěn)定的，特別應注意的是，進、出口溝谷不能是天然泥石流或泥流的排導通道．四、黃土隧洞設計方法和歷史

盡管黃土地下建筑在我國已有幾千年的歷史，但是對其設計計算理論進行系統(tǒng)的研究，還是從上世紀60年代初開始的。由于以往在地下洞室設計計算中所采用的唯一模型是“荷載——結構物”模型，即把作用在襯砌上的圍巖壓力作為外加荷載，只要荷載確定了，則就像地面建筑那樣，利用結構力學理論，進行襯砌的設計計算。所以在地下洞室的設計計算中，圍巖壓力的確定就成為問題的關鍵。黃土地下洞室也不例外，黃土洞室設計計算理論的研究大致經(jīng)歷了三個階段。(1)上世紀50年代、60年代的設計以普氏理論為基礎。通過大量工程實踐，發(fā)現(xiàn)普氏理論對我國黃土洞室適用性差，按普氏理論所算得的圍巖壓力值大大超過實測結果，其所假定的壓力分布形式及側荷載系數(shù)也與實際不符。按此設計的襯砌普遍偏厚，造成很大浪費；隨后才引起對黃土洞室圍巖壓力問題的系統(tǒng)研究。

(2)60年代初提出以工程地質(zhì)類比法指導設計．并對黃土按地下洞室穩(wěn)定性要求作了相應的分類。

(3)70年代中提出以工程地質(zhì)類比為主，力學計算為輔，必要時用實測的方法指導設計。五、黃土隧洞變形破壞大量的工程實踐表明，無支護黃土洞室一般均不能保持長期穩(wěn)定。塌方、片幫和襯砌開裂、滲漏等是黃土隧道的的主要變形破壞形式。其中塌方破壞最為嚴重。對于埋深20一50m，跨度6—10m的洞室，拱頂最大下沉量約3一5cm．地表沉降量很小，土體變形隨著掘進和時間的增長而增長，增長速率開始較快，以后逐漸減慢，并趨于穩(wěn)定，基本穩(wěn)定時間約3—4個月。塌方塌方是黃土隧道最為集中的問題，也是破壞性最大、造成損失最為嚴重的工程問題。塌方事故的發(fā)生主要集中在隧道進出口段或地質(zhì)條件發(fā)生突變的地層中。片幫和襯砌開裂片幫——黃土隧道開挖后，由于開挖導致局部應力集中和軟弱結構面的存在而引起的。襯砌裂縫——隨黃土圍巖變形的增大，初次襯砌將承受越來越大的壓力，導致襯砌開裂，格柵或鋼拱架發(fā)生嚴重彎曲變形。襯砌開裂的主要原因是襯砌形式與實際壓力分布不適應，還可能是由于噴射混凝土在硬化過程中的自身收縮和施工過程中氣溫變化所致。滲漏滲漏是含水率較豐富或大氣降雨相對充足的黃土隧道所面臨的工程問題1、部分黃土隧道在開挖過程中，由于含水層儲水和排泄條件差，土體呈可塑或潮濕狀，涌水量較大；2、有的隧道在開挖當時基本無水，但建成使用數(shù)年后卻有了水，甚至水量還相當多。若施工防排水問題未引起重視，隧道運營中會出現(xiàn)滲漏與拱腳沉降，并造成拱頂、拱墻、路面裂縫等。

隧道滲水主要通過拱頂、邊墻接縫、排水溝孔、墻角部位滲出，滲漏不僅會使圍巖自穩(wěn)能力降低，造成局部地層軟化，而且還會侵蝕普通混凝土，改變支護結構的受力特性，給隧道的安全運營帶來威脅。六、黃土隧洞圍巖壓力規(guī)律

(1)對于工程中常用的洞跨，無襯砌時一般均不能保持長期穩(wěn)定。一旦作了襯砌，只要其以后工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件無異常，則通?？偰鼙３址€(wěn)定。在現(xiàn)有的工程常用的洞形及高跨比下，當土質(zhì)均勻時，無襯砌洞的塌方一般首先在拱肩或兩側，然后隨著洞形及應力條件變化向洞頂發(fā)展。塌方的主要特征是脆性剪切破壞。

(2)現(xiàn)有的黃土洞室埋深大都在20一50m，這些洞室的襯砌大部分是“薄”襯砌(是指比按普氏塌落拱理論所設計的襯砌薄)。這些襯砌有些雖然在拱腰內(nèi)緣出現(xiàn)拉裂縫．但卻能保持相對穩(wěn)定。(3)洞周土體變形不是局限于洞周附近的一個小范圍內(nèi)，而是在由洞壁直至地表的一個很大范圍內(nèi)連續(xù)變化，逐漸減小，襯砌后在洞周一定范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)土體變形有突然的、明顯的變化。最大變形發(fā)生在拱頂。對埋深20～50m．跨度6～10m的洞室，拱頂最大下沉量約30mm，地表最大下沉量5一10mm。土體變形隨掘進和時間逐漸增長，開始較快，以后逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。土體位移u和時間t的關系可用雙曲線描述。對現(xiàn)澆或預制襯砌，在現(xiàn)有的施工條件下，襯砌位移方向一般均是由兩側指向洞內(nèi)，拱頂指向洞外。

(4)與土體變形相似，作用在襯砌上的圍巖壓力也沒有突然性，它也是隨著掘進與時間的增長而增長。并隨著土體變形的穩(wěn)定而穩(wěn)定。圍巖壓力基本穩(wěn)定時間也為3—4個月。它與時間t的關系也可用雙曲線描述。七、黃土隧洞圍巖壓力機理作用在黃土洞室襯砌上的圍巖壓力，其主要部分不是由于土體坍塌而引起的松動壓力，而是由于地層變形、擠壓襯砌所產(chǎn)生的變形壓力。斷面所釋放的彈性位移與進深的關系八、黃土隧洞圍巖壓力估算

(1)工程地質(zhì)類比法：掌握了黃土隧洞的地形地質(zhì)條件，再根據(jù)直接影響隧洞黃土壓力的各種地質(zhì)及工程因素與已修建遂洞進行對比，從而確定隧洞黃土的穩(wěn)定性及地層壓力（初始應力狀態(tài)、地層結構、物理力學性質(zhì)、開挖方法、襯砌時間、洞室埋深等）。

(2)普氏計算公式：雖然適用性差，但應用簡單，多偏于安全，仍在應用。

(3)彈塑性計算方法：

(4)有限元計算方法采用有限元等數(shù)值模擬方法計算圍巖壓力九、三黃土三隧洞三支護三及開三挖方三法目前三，應三用于三黃土三隧道三的支三護措三施主三要有三以下三幾種三：掛網(wǎng)三、系三統(tǒng)錨三桿、三噴射三混凝三土、三注漿三、鋼三格柵三、鋼三拱架三、超三前小三管棚三以及三大管三棚等三。通常三情況三下，三多種三支護三措施三將聯(lián)三合使三用，三以確三保隧三道圍三巖的三穩(wěn)定三性。1、噴射三混凝三土是隧三道工三程中三應用三最為三廣泛三的支三護措三施，三噴層三厚度三以15～25三c三m為宜三，噴三層太三薄會三使圍三巖變?nèi)屋^三大，三噴層三易產(chǎn)三生裂三縫；2、黃土三隧道三中錨三桿作用三一直三以來三頗受三爭議三，學三者們?nèi)M行三了專三門的三研究三，結三果表三明錨三桿對三隧道三位移三控制三、確三保襯三砌受三力的三合理三性以三及對三塑性三區(qū)的三控制三仍有三明顯三的效三果，三可以三作為三主要三的支三護手三段之三一。三合理三的錨三桿長三度為2.三5～3.三0三m，長度三超過3三m后錨三桿作三用就三不很三明顯三。支護三方法3、注漿主要三適應三于圍三巖比三較破三碎、三地層三含水三率豐三富的三黃土三隧道三。近三期出三現(xiàn)的三水泥-水玻三璃雙三液注三漿在三加固三隧道三圍巖三破碎三帶中三具有三顯著三的效三果。4、超前三小管三棚加三注漿是淺三埋偏三壓隧三道通三常采三用的三一種三超前三支護三技術三，亦三可應三用于三軟弱三地層三，其三實質(zhì)三是在三擬開三挖的三地下三隧道三或結三構的三襯砌三拱圈三隱埋三弧線三上，三預先三設慣三性力三矩較三大的三厚壁三鋼管三，起三臨時三超前三支護三作用三，防三止土三層坍三塌和三地表三下沉三，以三保證三掘進三和后三續(xù)支三護工三藝安三全運三作。三超前三小管三棚的三長度三約為3～6三m，直徑三約為4～8三cm三，搭界三長度三一般三不小三于1.三2三m，環(huán)向三間距三約為30～50三c三m，傾角三為1°～5°。5、大管三棚一般三是針三對隧三道進三出口三段超三淺埋三新黃三土設三置的三一種三強力三支護三，長三度可三達30三m左右三，直三徑直三徑約10三c三m。6、鋼拱三架也是三一種三強力三支護三措施三，多三見于三圍巖三較破三碎和三隧道三進出三口段三。開挖三方法施工三方法三及開三挖方三式對三圍巖三穩(wěn)定三性有三重要三的影三響。三常見三的黃三土隧三道施三工方三法有三：全斷三面開三挖法三、先三拱后三墻法三、先三墻后三拱法三、CR三D法、三盾構三法等。三具體三的開三挖方三式要三根據(jù)三隧道三類型三、截三面尺三寸、三埋深三、圍三巖類三別、三水文三條件三、施三工機三械等三確定三。CR三D工法三示意三圖濕陷三性黃三土隧三道巖三土環(huán)三境條三件分三級十、三濕陷三性黃三土隧三道問三題濕陷三性黃三土隧三道浸三水環(huán)三境條三件分三級濕陷三性黃三土隧三道的三環(huán)境三分級依據(jù)三鐵路三路基三沉降三變形三控制三標準三，建三筑地三基濕三陷變?nèi)我鸾Y三構破三壞的三調(diào)查三結果三，以三及隧三道地三基濕三陷變?nèi)我鹨r三砌結三構力三學性三狀的三變化三，分三析確三定隧三道地三基的三濕陷三等級三。隧道三地基三濕陷三等級三劃分鐵路三路基三設計三中要三求有三碴軌三道建三成后三沉降三變形三小于5三cm，可三以滿三足時三速20三0三km三/h以上三列車三的