黄土是第四纪干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土，基本色调是黄色，垂直节理发育，直立性强，表层多具湿陷性，易产生潜蚀，形成陷穴。主要分布在我国陕甘黄土高原，最厚达100～200m。黄土这种特性在黄土隧道施工中容易产生塌方、冒顶等事故，给施工带来极大的风险。

目前黄土地区隧道的支护结构形式多采用复合式衬砌。它是由初期支护、防水层、二次衬砌组合而成，初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土+锚杆+钢筋网+型钢拱架或钢格栅拱架等支护部件进行组合的支护形式。系统锚杆的作用主要是加固岩土体，控制变形，防止坍塌，在硬岩和软岩支护中，有良好的适用性，形成了悬吊效应、组合梁效应、成拱效应，支护效果明显。但在黄土隧道中，系统锚杆的效果如何？目前备受争议。为了检验系统锚杆在黄土隧道中的作用，在某黄土隧道中设置了有系统锚杆和无系统锚杆两个长各为30米的试验段。对隧道初期支护的净空收敛、拱部下沉、围岩压力、钢架应力、喷射混凝土应力和纵向连接筋应力进行监测。

一、工程概况

   隧道左线全长103m,右线全长187m,为双洞四车道隧道。隧址区地貌形态属黄土梁卯状斜梁，洞身段为Ⅴ级围岩，采用环形开挖留核心土法开挖，土层为老黄土。隧道采用复合式衬砌，初期支护采用C25喷射砼+H-15X15格栅拱架+6mm钢筋网+22mm钢筋药卷锚杆，初期支护与二次衬砌之间铺设防水板加土工布，二次衬砌模筑凝土，厚45cm，仰拱采用现浇C25混凝土，厚45cm 。。

  根据该隧道的地质条件和工程条件，选择两个试验段进行围岩稳定和支护检测。

第一段，有系统锚杆，里程为YK50+090.4-YK50+120.4,埋深44m,监测断面里程为YK50+104.2和YK50+110.5

第二段，无系统锚杆，里程为YK50+120.4-YK50+150.4,埋深36m,监测断面里程为YK50+134和YK50+142

   监测项目有净空收敛、拱部下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、格栅拱架应力、纵向连接筋应力。

二、监测结果

1、净空收敛

有系统锚杆段，最大收敛值12.23-21.95，最终速率0.14/（mm.d）。

无系统锚杆段，最大收敛值14.93-18.28，最终速率0.21/（mm.d）。

2、拱部下沉

有系统锚杆段，拱顶最大下沉值11、32，最终速率0.05和0.11/（mm.d）。

无系统锚杆段，拱顶最大下沉值11、14，最终速率0.10和0.13/（mm.d）。

3、围岩压力

 断面YK50+104.2围岩压力较大外，其他三个断面大小相近，分布均匀。

4、喷射混凝土应力

四个断面应力数值2.5-3.2，大小相近，分布均匀

4、格栅拱架应力

各断面应力多为压应力，应力值大小相近，分布均匀

5、纵向连接筋应力

各断面应力多为压应力，数值不大，最大应力值仅为钢材屈服极限的22.1%。

三、总结

1、通过对两个试验的测试数据对比分析可知，无论从变形还是应力上讲同类数据均处于同一量级，并且通过多个隧道锚杆施工情况了解，可认为系统锚杆对黄土隧道的结构稳定性作用不大，钢拱架（钢格珊）+喷射混凝土+钢筋网+锁脚锚杆组成的支护结构是合理的黄土隧道初期支护结构。

2、通过对Ⅴ围岩隧道施工各工序所需时间的统计，即使四台电钻同时施工的工况下，每循环系统锚杆安装作业时间，至少需要2个小时，完成初期支护，每循环所需总时间为16小时，增加围岩掉块风险，所以取消系统锚杆不但可以及时喷锚支护，围岩稳定，而且还可以大大缩短工期。

3、采用环形开挖留核心土法施工，施工空间狭小，拱部锚杆施工往往无法进行操作，拱部锚杆接近水平状态（下图），达不到设计要求。

4、按照3.5m长锚杆30.9元/m单价计算，Ⅴ级围岩拱部和边墙系统锚杆21根，单循环系统锚杆造价为2271.15元，取消系统锚杆改用其他支护方式可显著降低工程造价。

三、Ⅴ级围岩黄土隧道施工建议

1、严格控制拱部、边墙、拱脚超挖，围岩较差段落加大人工开挖量。

2、黄土隧道拱腰以下掉块严重，拱部超前小导管下移至拱腰以下或者拱腰至边墙增加超前小导管。

3、增加锁脚锚杆数量或改为锁脚锚管（直径50X4无缝钢管），保证与钢架焊接牢固。

4、边墙拱脚增加整体槽钢，控制沉降。