甘肃兰州地区湿陷性黄土地质隧道施工技术管理
湿陷性黄土地区深基坑支护施工技术
湿陷性黄土地区深基坑支护施工技术作者：张生龙来源：《神州·上旬刊》2017年第09期摘要：湿陷性黄土为兰州地区的典型性地质，特别在市区有较多地下管线分布密集，对变形敏感，一旦功能受损，影响较大，为了使基坑在开挖时不造成对相邻建筑产生影响，所以对湿陷性黄土地区深基坑支护工程的施工、监测的技术进行有效管理。
关键词：湿陷性黄土；深基坑；基坑支护；基坑监测1.工程简介省国防科工局大院工程场地位于兰州市城关区定西路，拟建场地南北长约158.5m，东西宽约63.0m，总规划用地面积9728㎡，总建筑面积60024.7㎡。
拟建物包括2栋33层住宅楼及1栋20层办公、宾馆，拟建物均带2层地下室。
拟建物结构形式为框架剪力墙结构，基坑开挖深度为9.93m。
2.工程环境2.1地质概况地层主要由5层构成，自上而下分别为：杂填土、黄土状粉土、卵石层、强风化砂岩、中风化砂岩。
2.2水文条件地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水，地下水静止水位6.10～7.20m，相应水位标高1511.05～1512.46m，水位年变幅1.00～1.50m，地下水自南向北径流。
3.降水降水管井为完整潜水井，穿透含水层进入下部隔水层内，管井沿基坑四周外围封闭布置，1#～7#降水井间距为20m，8#～17#降水井间距为22m，管井深度12.5米，当降水井进入泥岩层，进入泥岩层50cm终止成井。
共布置降水管井17口，成孔直径600mm。
4.基坑支护方案4.1 基坑周边环境条件基坑西侧、南侧地下室轮廓线距用地红线最近约2.5m左右，周围距离原有建筑物较近；基坑北侧、东侧地下室轮廓线距用地红线最近约3m左右，用地红线以外为道路。
根据本工程岩土工程勘察报告提供参数进行基坑支护设计，基坑支护设计计算中取用岩土参数如下表1：4.2支護方案的选择本工程基坑开挖深度为9.93m。
场地内施工可利用空间狭小，为保证基坑边坡及周边建筑物、道路、管线的安全，充分考虑工程的安全及经济性，选用相应的边坡支护形式。
浅谈兰州地区路面塌陷原因及预防措施
管道 破裂 一直 是最 危 险 的地 下 杀手 。路 面塌 陷 事 故频 现 ， 地下 管 道 难 辞 其 咎 。 主要 是 城 市 的地 下 管 网大多 是 以前铺 设 的钢 制管 材 ， 本 身 就容 易锈 蚀 ， 老 化 。而 另一 方 面 ， 由于 城 市 的 给排 水 管道 的施 工 基 本上 都 是预 制管 道 每节 拼接 而成 ， 位 置处 理不 当 ，
地 区黄土 具 有 分 布 广 ， 湿 陷性 强 烈 ， 及 厚 度 大 的 特
土 的合力 。流动 的水 体往 往是 导致 地下 水层 被掏 空 的罪魁祸 首 ， 一但 出现管道 破 裂 ， 短 时 间 内的大量 漏 水 就能 迅速 造成 塌 陷 。而 管 道漏 水 、 管道 堵 塞 或 不
３ ． ４ 极端 天气 造成 路 面塌 陷
ห้องสมุดไป่ตู้
降， 就 会使 地 下 管道 受 损 。管 道 的 陈 年 弊病 加 上 新 的管 道改 造手 术 过 失 ， 促 使 路 面塌 陷 的 现象 在 近 年
今 年 以来 由于极端 天 气造 成 国 内许 多城 市 内涝
ｌ １ ８
甘
肃
科
技
第２ ９卷
些塌陷中坠坑。给国家和人民群众生命财产安全带 来 了较 大影 响 。事 实 上 ， 同样 的情 景 在 全 省 其他 地
方 也在 上演 。网络 上 稍 加 搜 索 即 可 发 现 ， 这类 路 面 的 事件 在 国 内其他城 市 也屡 屡发 生 。
在 道 路施 工后 ， 由于 回填 时 夯实 和碾 压 的程 度
点 。兰州在中国湿陷性黄土工程地质分区中为 Ｉ区
（ 陇西 地 区 ） 。而 所 谓 自重湿 陷 性 黄 土 是 在 没 有 外
甘肃省湿陷性黄土地区路基施工技术规范
2.1.4 自重湿陷性黄土 loess collapsible under overburden pressure
在上覆土的自重压力下受水浸湿，发生显著附加下沉的湿陷 性黄土。
2.1.5 非 自 重 湿 陷 性 黄 土 loess nocollapsible under overburden pressure
单位厚度的环刀试样，在一定压力下，下沉稳定后，试样浸 水饱和所产生的附加下沉。
2.1.10 自重湿陷系数 coefficient of collapsibility under overburden pressure
单位厚度的环刀试样，在上覆土的饱和自重压力下，下沉稳 定后，试样浸水饱和所产生的附加下沉。
天然湿度和结构的黄土或其他土，在一定压力下所产生的下 2
沉。
2.1.8 湿陷变形 collapse deformation
湿陷性黄土或具有湿陷性的其他土（如欠压实的素填土、杂 填土等）。在一定压力下，下沉稳定后，受水浸湿所产生的附加下 沉。
2.1.9 湿陷系数 coefficient of collapsibility
前言
甘肃省是黄土分布较为广泛的地区之一，黄土分布面积约为 12 万 km2，东起甘、陕省交界，西至乌鞘岭，覆盖庆阳、平凉、天 水、定西、白银、兰州、临夏、武威等八个地市，普遍具有湿陷 性。湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理， 在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高。但遇水浸湿时，土的 强度显著降低，在附加压力或在附加压力和土的自重压力下引起 的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形。在黄 土地区修建公路面临的一大问题就是由于黄土湿陷造成的不均匀 沉降导致路基沉降、路面开裂，从而严重影响行车的安全性和公 路的正常使用。因此，在项目建设中需要从设计到施工全方位控 制，结合合理的设计指标，采取有效的施工工艺达到理想的效果， 预防黄土湿陷性带来的危害，保证黄土路基、路面的正常使用。
浅谈湿陷性黄土隧洞开挖施工技术
浅谈湿陷性黄土隧洞开挖施工技术摘要：湿陷性黄土遇水极易发生破坏变形。
针对湿陷性黄土隧洞开挖中的施工技术进行了描述，并结合工程施工实际情况，阐述了湿陷性黄土隧洞在开挖、支护、特殊地质情况的处理、洞内排水、施工观测及施工中应注意的问题。
关键词：引洮工程；湿陷性黄土；隧洞；施工技术要点；变形观测甘肃省引洮供水一期工程位于甘肃省中部，水源为甘肃省卓尼县境内的洮河九甸峡水利枢纽。
设计引水流量32m3/s，加大流量为36m3/s，设计年调水量5.50亿米3，总控制灌溉面积1.27万公顷，总干渠工程规模为大（2）型，全长110.47km。
其中隧洞工程大部分穿越黄土山梁，部分岩石洞段为N2L3泥质粉细砂石。
本文结合8#隧洞施工，介绍在该类隧洞施工中的控制措施及注意事项。
1工程地质概况引洮8#隧洞起止桩号为64+304～66+658，全长 2 354m。
其中64+304～64+629共325m为黄土围岩段，地层岩性为第四系上更新统洪积PLQ3[1]粉质壤土，土质不均，具有水平层理，有弱湿陷性，为低压缩土。
其压缩系数为αa1-2=0.03Mpa-1，湿陷系数δ=0.0015～0.02，粉质壤土成洞条件差，有少量地下水渗出，地下水活动微弱，为极不稳定的V类围岩。
隧洞设计开挖成型断面为类马蹄型断面，净高为5.78m，净宽为5.72m，属于小断面洞室。
2隧洞开挖及一次支护施工技术要点2.1采取短进尺、强支护施工手段由于隧洞围岩地质条件为极不稳定的V类围岩，成洞条件差，在施工中采用短进尺、强支护施工手段。
由于设计开挖断面较小，施工过程中采用全断面掘进，每个循环开挖进尺控制在0.60～0.80m。
隧洞开挖进尺控制主要根据围岩地质条件和隧洞围岩的含水情况现场确定，随时进行调整。
含水量越大，循环进尺越小。
2.1.1开挖手段的选择隧洞黄土洞段开挖采用小型挖掘机配合人工施工。
根据施工前测量放样的开挖控制轮廓线，挖掘机开挖时离开挖轮廓线预留30～50cm左右的保护层，尽量减少机械对开挖轮廓线以外围岩的扰动，然后由人工对预留保护层进行修整处理，以使开挖断面尽可能与设计断面一致。
兰州地区湿陷性黄土工程特性综合评价与地基处理试验研究介绍PPT课件
20
1.0m桩间距区载荷试验结果
试点 编号
fh01
fh02 （浸水）
fh03 （浸水）
极限荷载 /kPa
3
• 大型火力发电厂主要建构筑物均为乙类建筑，都应进行地基变形计算，且地基变形计算值不应大于地基变 形允许值。
• 当地基承载力不能满足上部结构的需求，会导致地基失稳，使建筑物出现局部或整体破坏；地基变形过大 或发生不均匀沉降，会导致建筑物产生倾斜、开裂或局部破坏，影响建设工程的正常使用。
4
2 湿陷性黄土区的发电厂建筑物分类
• 坑内浅标点现场实测黄土湿陷量与室内土样试验结果（未考虑地区土质差异系数）见下表，其中室内试验 数据根据施工图勘察结果，选择靠近试验区的J326、J328和J344号探井土样结果，现场浸水试验选择 Q29和Q30两个浅标结果。
10
11
现场实测黄土湿陷量与室内土样试验结果
现场实测湿陷 量/mm
室内试验结果 /mm
a3试桩在无荷载条件下浸水浸水随着时间的延长因黄土的自重湿陷所引起的对桩身的下拉力负摩擦力逐渐显现出来3m以上表现出对桩身的正摩擦力3m以下表现出对桩身的负摩擦力在28天后桩身截面175m处达2000kna2试桩在桩顶恒载5000kn下浸水最大负摩擦力比桩顶无荷载情况略小截面上移至15m左右随浸水时间的增加及桩身负摩擦力的影响桩顶累计沉降为1257mm
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• 现场浸水历时21天，总耗水量约2400吨。停水后连续观测32天，最后5d的平均湿陷沉降量基本小于 1mm/d，试验终止。
富含水黄土质隧道开挖控制安全技术
富含水黄土质隧道开挖控制安全技术刘全清（中铁十四局集团三公司山东兖州 272001）摘要通过工程事例阐述影响富含水黄土质隧道施工安全的特性因素和关键安全技术控制措施，为同类地下工程施工安全控制提供参考。
关键词黄土富含水隧道施工安全技术1 工程概况新松树湾隧道是为增建宝（鸡）兰（州）二线的右绕单线电气化铁路隧道，全长1726M，该隧道地质为Ⅰ、Ⅱ类围岩，地质特征为富含水黄土质，地层较单一，为上更新统冲积粘质黄土和下、中更新统冲洪积杂色砂粘土。
地层土质较匀，具Ⅱ级自重湿陷性，地层内土体属强崩解性和弱膨胀性，土体内不规则层理发达，地下水丰富，主要为上层滞水及裂隙水和囊状水，具侵蚀性。
土层内土体天然含水量24%～31%，饱和度接近100%，液限28%～30.4%,塑限16.6%～19.2%,多为可塑状，并富含裂细水，自然承载力100～150Kpa，土体渗透系数达到了3.98×10-5cm/sec，隧内渗透水量22～28M3/d。
该隧为典型的富含水纯土质隧道，土体的稳定性极差，开挖后自稳能力极弱，对开挖控制极为不利，属于铁路隧道中最软弱、稳定性最差的不良地层，施工难度很大。
新松树湾隧道是宝兰线重、难点控制工程，也是铁道部“挂号”工程，于2000年12月5日开工，2001年12月25日安全贯通，施工始终未发生一次塌方事故，并创最高月进度140多米，做到了安全无事故，隧道质量优良，取得了很好社会效益和经济效益。
2 影响因素分析2.1地质情况（1）地下水水发育与否是关系到富含水黄土质隧道能否安全施工的关键因素。
与岩石相比，土体强度低，变形大，自撑能力小，含水量或水的侵蚀对其力学性质的影响非常显著。
干的老黄土十分坚硬，但被水浸泡，达到饱和状态后，呈软塑、流塑状，强度大大降低。
（2）黄土具自重湿陷性，遇水后会发生严重下陷，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力，如支护措施不能满足其变化情况，极易造成塌方。
黄土溶洞与陷穴、直切冲沟等地质病害在黄土地区较为常见，极大程度影响隧道安全掘进，可能造成基础下沉、塌方冒顶、承受偏压等危险。
湿陷性黄土地基强夯施工技术应用
建 筑设 计
湿陷性 黄土地 基强夯施 工技术应 用
吴 爱宏 ， 周 友芳 ， 孙茹冰
（ 甘肃第七建设集团股份有限公司 三公司 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘
要： 通过兰石集 团装 备制造工业园区建设项 目兰州石油装备工程有 限公 司钻 机总装试 验场 强夯 法施 工技 术应 用 ， 强夯
积６ ３ １ ７ ３ ｍ ， ± ０ ． ０ ０ ０标 高为 １ ９ ２ ４ ． ８ ０ ０ 。 采用 强夯 处理 ， 处
理深度 ５ ｍ。
完成第一 、 二遍全部夯点 的夯击后 ， 分别推平夯坑一低 锤满夯， 将表层松土压实一检测验收一转序。
４ ． ２ 操作 பைடு நூலகம்点
３ 工 程 地 质
层 厚较 大 ， 在 自然 含水 量 状态 下 以中压 缩性 为 主 ， 绝 大
《 湿陷性黄土地区建筑规范＞ ＞ Ｇ Ｓ Ｓ Ｏ Ｏ ２ Ｓ 一 ２ ０ ０ ４ ， 《 建筑地基
处理技术规范） ） Ｊ Ｂ Ｊ ７ ９ — ２ ０ ０ ２ 。
部分区域具 自重湿陷性 ，不宜直接作为建筑物的基础 持力层 ； ２ １ 层粉砂 ： 多呈透镜状分布在 ２ 层黄土状粉土
基 的首选 方法 。
藏较深 ， 是桩基础 良好的持力层或下卧层。
４ 施工方案
４ ． １ 施 工工艺 流 程
施工准备 清表 、 整平 、 压实夯击场地一调整地基 土天然含水量＿ ＋ 布出第一遍 （ 第二遍 ） 点夯夯位 强夯
机就位 ，使夯锤对准夯点－ ＋ 测量夯前锤顶标高 将夯 锤起 吊到预定高度 ， 自动脱钩 ， 自由落下夯击夯点一测
部桩遇到 ３ ｌ 、 ３ ２ 层夹层时 ，桩应穿透其进入稳定园砾
湿陷性黄土地区高填方路基的施工技术及质量控制
甘 肃科 技
Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
ｆ ． ２ ９ Ｎ ｏ ． ２ ２
Ｎｏ ｖ． ２ Ｏ１ ３
湿 陷性黄 土 地 区高 填 方 路 基 的施 工 技 术 及 质 量控 制
成， 全长 ３ ． ２ ｋ ｍ， 位 于黄 土梁 峁 区 ， 地 形起 伏 较大 ， 自
１ 湿 陷性黄 土地 区高填方路基 的质量 控制措施
本 工 程路 基 施 工 的技 术 要 求 见 表 １ 。其 中 ， 湿
陷性黄土高填方施工顺序为： 上部 ０ ． ６ ０ ｍ厚 Ａ类填 料， 压 实 系 数 ≥０ ． ９ ６； １ ． ９ ０ ｍ厚 ４ ％水 泥 改 良土 ， 压
－
孔顺序 同灰土挤密桩 ， 并应在施 工前确认桩体充盈 系数 ， 回填时第一次将碎石填至桩身长度的 ０ ． ８ 倍
本工程在一般路段采用灰土挤密桩 ， 设计要求
１ ３ ６
甘
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科
技
第２ ９卷
桩体平 均 压实 系数 不小 于 ０ ． ９ ６ ， 桩 间土 的密 室 系数 不小 于 ０ ． ９ ３ ， 湿 陷性 系数 小 于 ０ ． ０ １ ５ 。施 工 前 选 定 ５ ０ ｍ作 为灰土挤 密桩试 桩 范 围， 用Ｄ Ｄ一 ２ ５柴 油 打桩 机 进行 成 孔 ， 采用 偏 心 轮 夹杆 式 夯 实机 进行 灰土 夯 实 。灰 土挤密桩 的质 量控 制 主要集 中在控 制 成孔顺 序及填 料夯实两个方 面 。本 工程采用 隔排 隔行 ， 整片 处理时 由内 向外 ， 局部 处 理 时 由外 向内成 孔 ， 间隔 １
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浅议甘肃兰州地区湿陷性黄土地质隧道施工技术与管理摘要：文章结合甘肃兰州地区湿陷性黄土地质的特点，探讨了可以消除黄土湿陷性的隧道施工技术，同时提出了安全风险防范的措施。
关键字：湿陷性黄土；隧道；施工技术
兰州市大约90%以上的土地为黄土地质，其中自重湿陷性黄土分布极广，并且地基湿陷等级高，湿陷性敏感。
在湿陷性黄土地区修建大断面黄土隧道难度十分大，如果技术不够成熟，施工时考虑欠周全，施工中随时可能坍塌[1]。
湿陷性黄土隧道施工具有两个特点，一是地基的处理，二是拱顶沉降的处理。
所以采用科学、合理的方法，消除上述两点隐患，对湿陷性黄土隧道施工意义重大。
作者以兰州市南山路石板沟隧道为例略谈湿陷性黄土地质隧道施工
技术与安全管理。
一、工程概述
石板沟隧道位于南山路西向10km处，分左右线，两线间距
40-54m，为双向行驶分离式双车道隧道。
隧道净空为9.25m，限高5.0m，最大开挖跨度11.9m，最大开挖厚度10.25m，左线长度360m，右线长度393m。
隧道按新奥法设计施工，衬砌设计为曲墙复合式衬砌。
该隧道基线zk34+770-zk34+835计65m，右线
yk34+750-yk34+870计120m，处于湿陷性黄上地段，隧道口设计标高以下尚有30余米黄土。
隧道开挖时有可能出现塌陷，洞身基础可能出现湿陷现象，因而在施工中搞好防排水及基础加固是顺利施
工的关键。
二、施工方案的确定
1、黄土的特点。
黄土颜色为黄红色，孔隙较多，颗粒松散，颗粒含量高，它的易溶盐含量大，尤其是碳酸盐。
由于它的结构比较特殊，在浸水状况下，具有一定的强度和抗压缩性，在失去支撑作用后，土体将快速崩解、湿陷[2]。
根据这个特点，在湿陷性黄土上建造隧道时，第一要务就是做好排水工作，尽可能使黄土的含水量减少，以保证建筑物的安全。
2、施工方案的确定。
明确了湿陷性黄土的特点，就必须找一种既安全又快速的施工方法，才能保证工程安全顺利的进行，才能保证工程的质量。
一是洞口防护加固。
由于洞口最容易浸水而湿陷，所以必须加强洞口地段的防、排水工作。
可先压注梅花形浆锚杆，后铺φ6mm钢筋网，喷注10cm的混凝土浆，洞口上部设排水沟。
二是洞身施工。
应事先进行地表预加固和超前支护，开挖后及时进行支护，尽快使围岩达到稳定。
经过综合比较选择，确定采用洞口段地表wtd25注浆锚杆加固、小导管预注浆超前支护、正台阶开挖、锚喷网辅助、钢拱架支撑、地脚托梁和锁脚小导管注浆加强拱脚支承、监控量测同步等综合措施的施工方案。
三、施工方案的实施
1、洞口防护及地表加固。
施工方法：标记锚杆孔位置；风枪施钻，钻孔深度不小于5m；安装锚锭板，用φ6mm钢筋与锚杆顶焊成一体，网间距为20*20cm；喷注10cm厚混凝土浆；注浆，压力不小
于2.0mpa。
施工关键点：为达到水泥浆设计强度70%以上，锚杆预加固应在开挖15d前完成；锚杆位置及钻孔深度应根据实际地形和工程要求来定；事先做好锚锭板、挂网、喷砼，以便于注浆。
2、小导管预注浆超前支护施工。
施工方法：小导管用长4.5m，直径50*4mm的细无缝钢管便可，应设计开挖轮廓线布置管孔；风钻钻孔直径60mm，外插角3-4度；制作注浆盘，注浆压力1.5mpa，持续一刻钟停浆。
施工关键点：从拱脚按顺序注浆；小导管外露应用拱架焊牢；每一循环小导管搭接长度不小于1.5m。
3、开挖及初期支护。
开挖施工采用先拱后墙法施工，并及时进行初期支护以消除黄土的湿陷性。
支护措施采用锁脚注浆锚杆、地脚托梁、锚喷网硅及钢拱架等联合支护。
开挖前应严格测量、划线，开挖时坚持宁欠勿超的原则；机械施工不足之处，应由人工修补完成；初期支护是保证安全的重要因素，应做到及时、快速；拱架的钢筋网、钢拱架及锚杆等必须焊接一体，连接牢固；必须注意，拱架与开挖线紧密相贴，如有空隙应用混凝土垫实。
4、监控测量。
使用新奥法的隧道施工最关键的部分就是围岩及初期支护，所以必须在这方面做到尽善尽美，施工与设计都要科学、合理。
只有对工程的各关键点进行密切的实时监测，才能掌握围岩及初期支护的动态情况，才能准确判断施工的可靠性和稳定性，才能及时发现问题，调整施工方案，为工程的顺利进行提供科学、可靠依据。
四、施工体会
一是做好洞口的防排水是非常必要的，可以有效消除湿陷黄土的下沉；工程时间长，工序复杂，合理的设置施工单班循环时间对工程质量与进度十分有利；非爆破施工，使施工更安全，开挖应力小，初期支护承载能发挥最大；脚托梁及锁脚锚杆对控制上导坑开挖后的拱架沉降及周边收敛起到很大作；小导管预注浆加固围岩、锚喷砼联合支护以及非爆破施工，使工程安全性大大提搞。
五、施工安全风险管理
在进行隧道施工时，应针对湿陷性黄土地质的特点，对崩塌、泥石流、滑坡、坍塌等危险情况进行分析和预测，根据分析报告适时调整施工方案，不可为赶工期而心存侥幸，忽略安全问题。
总之，应坚持安全第一，工程第二，以人为本，统一领导，科学管理，以防为主的管理方针，使企业财产和人员生命得到保障[3]。
洞口工程施工应避开雨季及严寒季节。
洞口上方的危石、悬石应全部处理，同时设置排水系统以避免雨季冲刷坡体，使山体破坏。
为了减少湿陷应力，应采用自上而下的分层开挖方式，同时应根据地质条件做好边坡和仰坡的防护。
洞口石方严禁采用洞室爆破开挖，宜采用浅孔小台阶爆破。
建立完善的监控量测系统，时刻监测拱顶和地表沉降情况，一旦发现异常，应果断停工并研究解决方案。
施工过程应严格按照施工图和相关技术规范操作，对存在安全风险的关键点进行超前预报，及时采取前小导管支护措施，并对围岩进行注浆加固处理。
如果因某些不良因素出现塌方时，必须懂得营救人员的方法。
首先，应明确被困人员具体位置，为避免二次事故，开挖掌子面塌方需先搭木跺对开裂初支进行支护，如果解救人员出现困难，应先用风钻打孔，再伸入通风管以防止被困人员窒息。
寻找最佳的救援通道是减少营救时间和避免二次事故的关键，应尽量利用既有的边墙及木支撑临时支护该通道。
同时还应做好拱顶下沉、周边位移的监测工作[4]。
六、结束语
湿陷性黄土地质非常特殊，在其上进行隧道施工发生事故的机率十分大。
文章对甘肃兰州地区的湿陷性黄土地质隧道施工技术与安全管理进行的分析和探讨，以期对全国各地相同地质的隧道施工具有一定的借鉴意义。