摘 要 本文介绍了国道主干线陕西境吴堡至子洲段高速公路黄土隧道群的设计特点，同时提出了黄土隧道存在的一些问题，以期能对以后黄土地区公路隧道的选线、设计提供一定的借鉴。
关键词 黄土隧道 选线 设计 问题处理
1 项目简介
吴堡至子 洲高速公路为国道主干线CZ(35)青岛至银川陕西境的重要组成路段，也是陕西干线公路网主骨架的重要组成部分。隧道按高速公路标准80km/h行车速度设计，全线共设隧道17座。隧址区位于陕北黄土梁峁状丘陵区，沟壑纵横，地形十分复杂，梁峁起伏，路线布设非常困难。隧址区地质条件为马兰组新黄土(Q3)，土质较均，结构疏松，颗粒粗，多孔隙，见大孔、针状孔隙发育，连接力弱，固结性差，垂直节理，落水洞发育，导水性强，具湿陷性，半坚硬呈松软结构。离石组老黄土(Q2)，土质均匀，孔隙退化，呈块状整体结构，成洞性能较好，但柱状节理发育。
2 隧道主体工程设计
2.1 隧道平面及纵断面设计
本着建设“生态路、环保路”的设计理念，路线设计尽量避免严重切割纵坡和连续纵坡，对超过20m的深挖路段，与隧道方案进行全面的技术经济比较，进行优化。在路线总体走向的基础上，隧道平面布置还考虑隧道进、出口条件，隧址区工程地质条件，营运管理设施场地等因素，且隧道进出口曲线长度不小于3s的设计速度行程长度。由于隧址区。围岩以黄土为主，围岩地质条件较差，隧道均采用上下行分离式方案，个别隧道由于受地形、接钱等条件限制，采用小间距隧道方案，隧道左右线净距最小10-15m。隧道纵断面设计综合考虑隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置以及隧道进、出口接线等因素。
2.2隧道横断面设计
采用分离式路基上、下行双洞断面，隧道净空、横断面组成除满足行车净空要求外，还考虑到通风、照明、消防及其他运营管理设施所需空间。单洞净宽10.25m，限界高度50Om。设双侧检修道。中长隧道内设置车、人行横通道，长隧道内行车方向右侧每隔一定距离设应急停车，带，进出口端洞外设联络道。对相邻隧道洞口间距小于lOOm的，在两洞之间设置棚洞，以改善隧道群之间的行车条件，并可降低照明费用。
2.3衬砌结构设计
隧道洞口段结合地形、地质条件设置明洞，其余均按新奥法原理设计为复合式衬砌，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。在两次衬砌之间敷设土工布加防水板。对浅埋、偏压段采用地表预加固或反压回填、半明洞半暗洞等方法处理，湿陷性黄土地段采用灰土换填基础或清方等处理措施。
根据黄土结构松散、连接力弱的特点，隧道初期支护锚杆弃用砂浆锚杆和注浆锚杆，改用药卷式锚杆，这种锚杆具有施工方便，受力快的特点，是黄土地区的发展方向；另外，对初期支护的钢拱架，拱脚设置直径50锁脚锚管，控制钢拱架的下沉。二次衬砌由于黄土变形稳定时间长，二次衬砌厚度比一般山岭区石质围岩隧道的二次衬砌厚，并加长钢筋混凝土二次衬砌的使用长度；二次衬砌应尽早施工，二般应仰拱超前；二次衬砌距掌子面老黄土不大于35m，新黄土不大于25m，但当围岩含水量大于20％时，其间距还应减短5～10m。
2.4 洞门设计
根据“早进晚出、配合地形、协调环境”的原则，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口防排水需要，洞门设计力求与环境协调，自然进洞。在考虑使用功能、整体美观和施工安全，洞门型式在地形允许的条件下尽可能采用削竹式洞门，既与地形协调，也与环境协调，对于洞口与地形斜交的隧道，洞门采用端墙式洞门，并进行必要的装饰。
由于黄土垂直节理发育，坡脚浸水或湿润后易出现边仰坡的坐落、滑塌，边坡高度较大时采用矮墙结合植灌木进行防护。矮墙设置于每级边坡坡脚，高度1-2m，采用，M7.5级浆砌片石砌筑，并与平台截水沟衔接顺适，以防雨水沿坡脚下渗，引起坡体失稳。洞口开挖永久边仰坡采用适合当地气候、土壤生长的生物防护，真正做到绿色、环保。坡面植酸枣树防护，边坡平台上种植紫穗槐。
在黄土承载力较低，不能满足地基承载力要求的地段，采用灰土换填基础。
2.5 防排水工程设计
针对黄土特点，防排水设计原则是以排水为主，防排结合，综合治理、，形成完整的防排水体系。明洞段采用双层土工布夹防水板及粘土隔水层防水，采用于砌片石盲沟及直径100mmPVC排水管排水。洞内复合式衬砌段采用土工布加防水板防水，排水采用直径l00mmPVC排水半管与墙脚处直径100mmPVC排水管相通，通过直径lOOmm塑料排水管将纵向管与中央排水沟连通，引水至洞外边沟。工作缝、伸缩缝、沉降缝处均加设橡胶止水带。洞门上方结合地形设截排水沟，引地表水至路基边沟或洞门外端自然沟谷，远截远送，以此形成完善的侗内外排水系统。
2.6 现场监控量测
现场监控量测是新奥法复合式衬砌设计；施工的核心技术之一，也是隧道成败的关键。通常我们理解的监控量测仅限于对围岩、地表、衬砌等的变形监控，但由于隧道勘察工作的局限，隧道的地质条件难以准确查明。施工时地质条件是多变的，施工时围岩监控量测实行“地质监控、安全检查监控、变形量测监控”三步并行的方法，因此对隧道围岩的监控首先是对隧道围岩地质条件的监控，通过实际开挖断面的地质描述和分析，确定和调整围岩类别，是确保工程安全的前提。在围岩类别确定的基础上，通过施工现场变形的观察、检查和量测，掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度，调整衬砌参数，及时发现问题和指导进二步施工，保障施工安全，为二次衬砌施作时间提供信息依据。在施工期间加强巡视检查，对初期支护开裂、漏水，拱架变形等不良情况，及时发现，及时处理。
2.7 施工方案设计
隧道明洞段采用明挖法施工，I、II、III类围岩段采用台阶分部法、台阶法施工。对于I、II、Ⅲ类围岩施工开挖时加强超前支护，及时施作初期支护。施工过程严格控制超、欠挖，加强监测，及时处理分析数据，调整支护参数。对洞口浅埋、偏压段采用地表预加固或反压回填、半明洞半暗洞等方法处理。隧道施工前先对黄土陷穴、冲沟进行回填处理，做好排水设施，清除虚方，然后进行隧道开挖。洞口施工尽量避开雨季。
洞口施工应根据实际地质、地形条件确定施工方式。对于含水量超过20％，或地形．陡峻(导致仰坡很高)，或位于冲沟附近，存在落水洞、陷穴时，以及为粉质土地层时，洞口先施作套拱，洞口第一环采用长管棚预加固，管棚长度结合地形、地质条件确定。超前大管棚的连接，优先考虑丝扣连接，也可以采用套管焊接，但不允许对焊后直接使用。在施工中须加强对管口的封堵，以确保管棚内浆液饱满，与周围土体粘结紧密。当浆液不能向土体内扩散，仅能将钻孔内填充时，浆液改用水泥砂浆；在施工中应先作试验，选择合理配比，并掺加必要的外加剂，保证充填效果。
对于地形条件较好的老黄土洞口，在洞口第一环采用小导管注浆；小导管先打设，打设完成后再浇筑套拱，以确保小导管在土层中深度不小于6m(此钢管总长度约8m左右)，端部浇筑在套拱混凝土中。小导管可先于套拱施工注浆，也可在套拱浇筑完成后再注浆，确保仰坡稳定。
2.8 弃渣方案
沿线黄土冲沟发育，地形切割剧烈，当地政府于解放后在冲沟内设坝造田，至今这些坝田保持完整，对当地的水土流失起到了很大的抑制作用。参考这条成功经验，隧道弃土采取在冲沟内设坝弃土造田的方案。弃土场尽量选在冲沟支沟内，并于沟口、设置土质拦挡坝，坝两侧边坡采用1：2~1：2.5，坝外侧坡面植草防护，坝体侧旁设置排水槽，排除沟域流水。坝体内侧弃土均应碾压夯实，排水槽距坝址上下游各20m内，用浆砌片石铺砌。
3 不良地质问题处理
3.1黄土湿陷性
隧道修建在湿陷性黄土上，易引起基础沉降，衬砌开裂等灾害。隧道地基采用三七灰土在深度1.0~1.5m范围内进行换填夯实，同时做好洞门、洞顶及洞口的防排水系统工程。在含地下水的黄土层中，加强洞内排水。
3.2 黄土陷穴
受黄土湿陷性影响；隧址区多发育黄土陷穴，且沿沟多连成串珠状。设计采用灌砂回填对洞穴进行充填，由于其依赖于重力，与导致洞穴形成的水流方向一致，因此能很好地对其充填。对浅层洞穴，采用直接回填土的方法解决。表层均夯实，绿化。同时做好截排水设施，尽量减少地表水下渗。
4 值得探讨的几个问题
4.1 边仰坡坡率
笔者认为黄土地区边仰坡易采用陡边坡宽平台，以利于雨水的及时排泄，减小对边仰坡的冲刷。
4.2 连拱隧道和隧道左右线间距
黄土隧道围岩类别较低，连拱隧道造价较高，连拱隧道的安全性有待进一步探讨。
黄土地区地形复杂，路线展线困难，且隧址区耕地贫乏，缩小分离式隧道左右线间距可减少征地拆迁。但分离式隧道左右线间距最小能达到多少才能安全、经济，值得进一步探讨。
5 结束语
以上介绍了吴堡至子洲高速公路黄土隧道的设计思路，同时提出了黄土隧道存在的一些问题，希望能和同行进一步探讨。
参考文献
1 中交第一公路勘察设计研究院．国道主干线CZ(35)青岛至银川陕西境吴堡至子洲高速公 路两阶段初步设计文件．2004
2 铁道部第二勘测设计院主编．隧道．北京：中国铁道出版社，1995
《2005年全国公路隧道学术会议论文集》
(王万平 师 伟)