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3.方案比选及工程概况
3.1 工程概况
柳林隧道是一个二级公路隧道，是单洞双向行车隧道。隧址地处陕西省延安市柳林镇，位于黄土高原腹地，是典型的黄土隧道。该地区的平均海拔在1132米左右，其中该区的黄土结构疏松、沟壑纵深，地形破碎，崩塌、滑坡等地质灾害频发。根据地质勘测和实地勘察，隧道设计围岩为Ⅳ级、Ⅴ级两种围岩级别，其中Ⅳ级围岩总长度1761米，Ⅴ级围岩总长度为530米，明洞长40米，隧道总长度为2331米。Ⅴ级围岩地质情况以马兰黄土和新黄土为主，岩石的饱和抗压强度为12.1MPa，Ⅳ级围岩以块状结构的离石老黄土为主，岩石的饱和抗压强度为22.1MPa。该区的黄土节理有一定的延续性，施工时极易产生坍塌。隧道地区大部分位于地下水位线以下，地下水无侵蚀性。
3.2 方案比选
3.2.1方案介绍
（一）方案Ⅰ：用直线连接了AB两地，其中隧道长2348m，桥梁总长201m，整条线路为直线。
优点：线路为直线；
缺点：桥梁斜跨河流，施工比较困难，加之隧道跨越地区地下水比较发育，对黄土隧道施工不利。
（二）方案Ⅱ：用一个隧道和两个桥梁组成，其中隧道长1632m，桥梁总长86.3m。
优点：整条线路连接过往村庄，可以带动区域经济较快发展； 缺点：在穿越村庄的线路路基处理比较困难，增加工程投资。
（三）方案Ⅲ：用一个隧道和两个桥梁组成，其中隧道长2331m，桥梁总长78.9m，利用河流的优势，采用沿河展线。
优点：隧道围岩条件相对较好，且地下水不发育，有利于黄土隧道的施工。 缺点：隧道可能一次性投资比较大，但收益较好。
3.2.2方案比选
表1 方案比选
项目 线性 指标
方案Ⅰ 线路总长为3692米，其中隧道一座
方案Ⅱ 线路总长为4300米，其中隧道总长
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方案Ⅲ 线路总长为3968米，其中隧道一座
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2348米，桥梁两座总长201米。
工程 数量
隧道长2348米，主要以Ⅳ、Ⅴ级围岩
为主。
施工 难度
桥梁斜跨河流，施工难度较大；隧道地表水比较发育，对黄土隧道施工不
利。
施工 费用
隧道较长且地表水发育，施工费用较大；桥梁最长，施工费用加大。
环境 保护
填挖方量适中，利于缓解保护。
隧道长度适宜，费用较小；但线路穿过学校，给拆迁带
来难度。 挖方量很大，对原有的生态破坏严
重。
经济 效益
线路基本没有通过主要城镇，经济效
益不好。
线路虽通过主要村有600多米路需要做深路堑，挖方量较大；隧道长度适
隧道长度比较长，但隧道进出口开阔，利于出渣；可
为1632米，桥梁总
长为86米。 隧道长1632米，以
总长为2331米，桥梁长为79米。 隧道长2331米，Ⅳ、
Ⅴ、Ⅵ级围岩为主。 Ⅴ级围岩为主。
宜，但围岩较差。 以利用以前的公路
进行改进。 隧道长度较长，但是围岩较好；利用以前的公路改进，较少投资。 挖方量很少，对保持良好的边坡有
利。
线路通过大多数村
庄，经济效益好。 庄，后期经济效益
很好。
1.方案Ⅰ航空距离短，虽工程量少，但是施工难度大，一次性投资大。带来的经济效益不是很理想；
2.方案Ⅱ航空距离最长，工程量也最大，投资很大，但是能带来比较好的收益；
3.方案Ⅲ航空距离适中，对环境破坏最小，虽然工程造价小，济效益很好。 综上所述，本项目推荐方案为方案Ⅲ。
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4.施工方案说明 4.1 施工总体说明
由于黄土隧道的特殊工程性质，所以黄土隧道的施工方法必须遵循“短进尺、少扰动、强支护、勤量测、严治水”的原则。国内已建成的黄土隧道主要采用的施工方法有：上半断面小导管超前支护环形开挖、双隔墙侧壁导坑法、中隔墙导坑法等方法。
由于本隧道处于湿陷性黄土中，隧道质量要求比较高、工期紧。所以本隧道施工方法选择应满足一下几点的要求：
（1）能够有效防止工作面坍塌，保证 施工安全、可靠；
（2）尽可能使用大型机械设备，提高 施工效率，满足工期需要； （3）工序简单，便于现场施工；
（4）有效地控制拱顶及地表下沉，控 制洞室周边位移收敛。
综上在黄土隧道施工时，为了预防黄土隧道坍塌和变形大等问题，采用台 阶分布开挖法（又称环形开挖留核心土法），结合喷射砼及时封闭开挖面，用超 前管棚支护、钢拱支撑、挂网、打锚杆 等来加强土体强度及限制围岩应力重新分布，实施短开挖，快循环来减少对土体的扰动，是目前黄土隧道施工的较完 整的方法。
4.2 开挖方法
根据柳林隧道的围岩工程性质特点，本隧道采用环形开挖留核心土法。Ⅴ级 围岩采用机械开挖，Ⅳ级围岩采用钻爆法开挖，即采用钻孔台车或简易钻孔平台钻孔，炸药爆破开挖围岩。柳林隧道采用的是光面爆破法，周边眼不偶合间隔装药，非电毫秒雷管起爆（跳段使用），火雷管起爆，起爆网路采用复式网路，上台阶一次开挖成形。
4.2.1施工要点
1.爆破设计
（1）确定上台阶断面开挖尺寸：根据柳林隧道的工程地质条件、使用的施工及出渣机具，在确保施工便捷的原则下，确定Ⅳ级围岩上台阶开挖高度为5.65m，宽度为11.94m。
（2）进尺及掏槽型式的选择：采用光面爆破的方式进行开挖，关键是控制好爆破循环进尺。根据柳林隧道的实际情况，确定循环进尺为3.5m，掏槽式采
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用单式楔形掏槽方式。中空眼直径50mm，数量为3个，于开挖面中下部单排竖向布置。
（3）光面爆破的技术参数：装药不偶合系数D，周边眼间距E，周边眼最小抵抗线V，相对间距E/V，周边眼装药集中度q，装药结构，起爆方式等。柳林隧道的爆破主要技术参数为：装药不偶合系数D选定为1.5～2.0,周边眼间距E定为0.35-0.45m，周边眼最小抵抗线V确定为45～55cm，相对间距E/V为0.8，周边眼装药集中度q为0.1～0.15kg/m，周边眼装药结构采用不偶合间隔装药的方式，采用20小直径光爆药卷；其他眼孔采用连续装药的结构方式，不偶合系数控制在1.6～2.0，毫秒雷管反向连接，或用导爆索联接，起爆方式采用复式网路。
2.施工准备
（1）测量放样：采用经纬仪和水准仪布出隧道开挖中线及底线采用五寸台法标出上台阶开挖轮廓线，每50m采用全站仪进行导线复核。布出周边眼钻孔孔位，用红油漆做好标记。
（2）钻孔台架就位：隧道开挖钻孔，采用简易钻孔台架。钻孔台架结构采用紧固件和型钢连接，便于拆装和重复使用。钻孔台架上部分2层，下部做成门架形式，以便出渣车辆通过。作业台架上设有供风管和供水管，可分别与隧道的风水管进行快速连接，还设有分水器和分水器与风动凿岩机连接，使准备工作大为简化。
3.机具准备
根据柳林隧道的实际情况，按照因地制宜原则，机具设备如下表所示：
表2 机具设备
序号 1 2 3 4 5 6
4.质量控制标准
(1）平均线性超挖10cm，最大线性超挖20cm，炮眼残痕率大于70%；禁止欠挖；炮眼利用率大于95%；
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机具名称 空气压缩机 钻孔台架 风动凿岩机 经纬仪 全站仪 水准仪
规格型号 L-10/9 自制 Y28 TDJ2E 徕卡 DS23-2D
数量 2台 1台 14台 1台 1台 1台
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(2)质量控制措施：
1）测量人员严格按照设计要求布眼，用经纬仪控制掘金方向，全站仪复核； 2）采用水平尺和自制的光爆辅助尺，边钻孔边设钻孔方向标志； 3）钻孔采用定人定岗的方法，成了光爆QC小组，发现问题，及时纠正； 4）执行“三检“制度：钻孔前检查孔位布置，装药钱检查钻孔精度，爆破前检查装药及起爆网络。
4.3 出渣运输
出渣是隧道施工的一项基本作业。出渣能力的强弱决定了整个作业循环的时间长短。出渣包括装渣、运渣、卸渣三个环节。
4.3.1装渣
根据柳林隧道的开挖断面大小、围岩的条件、一次开挖量、机械配套能力以及经济性和施工工期要求等因素，柳林隧道采用机械装渣，主要使用蟹爪式装渣机。
4.3.2运输
隧道运输有有轨运输和无轨运输两种。结合柳林隧道的经济性及机械配备等因素，本隧道采用无轨运输，采用载重为5t的轮胎行走的自卸卡车。
4.4 初期支护
当隧道开挖后，由于黄土隧道围岩稳定能力不足，则须加以支护才能使其进入稳定状态，称为初期支护。初期支护能迅速控制或限制围岩变形，充分发挥围岩的自承能力，是隧道施工的重要环节。严格按照要求施工，做好初期支护，能保证隧道施工和运营安全。
表3 柳林隧道的初期支护参数如下
围岩 喷射混级别 凝土
φ22药卷式锚杆 布置
长度（m） 3.0 3.5
100×100 100×60
间距（cm） 设置部
位 拱墙 拱墙
钢筋网
网格间距 （cm） 15×15 15×15
格栅支撑 纵向间距 （cm） 90 60
（cm） 形式 Ⅳ Ⅴ
45 50
梅花形布置
初期支护的一般工序流程为：开挖后初喷混凝土→系统支护施工（锚杆、钢筋网、钢拱架）→复喷混凝土至设计厚度。
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