淺論高海拔高寒隧道施工技術(shù)

1、 淺談高山高山隧道施工技術(shù)楊成偉青海省烏蘭縣三公司四格二線項(xiàng)目經(jīng)理部 郵編：817100【摘要】本文主要闡述了高海拔、寒冷地區(qū)隧道的建設(shè)。察罕河2#隧道位于祁連山西段南支青藏高原腹地。448 m通過研究、實(shí)踐、總結(jié)和改進(jìn)，獲得了高海拔、寒區(qū)隧道施工的基本經(jīng)驗(yàn)和一些關(guān)鍵施工技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】 高寒地區(qū)多年凍土隧道施工1 項(xiàng)目概述青藏鐵路起于青海省西寧市，止于西藏自治區(qū)首府拉薩1956公里。在建的青藏鐵路二期格爾木至拉薩段全長1118公里，是中國西部大開發(fā)的標(biāo)志性工程。高海拔和寒冷地區(qū)的隧道在建筑領(lǐng)域是比較少見的。我國在高原或寒冷地區(qū)修建的隧道大多未能有效解決凍脹問題，導(dǎo)致施工工期異常艱難，持續(xù)放緩

2、，投資增長較快；或因凍害影響使用，甚至報(bào)廢。成功的例子很少。察罕河二號(hào)隧道位于青海省烏蘭縣都蘭河左側(cè)一座顯眼的山上。地勢不起伏，入口平緩，出口略陡，山脊兩側(cè)地勢平坦開闊，地表植物較為發(fā)達(dá)。隧道全長448m 。本區(qū)屬半干旱大陸性氣候，雨量集中，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于雨量，溫差大，多風(fēng)。年平均氣溫-3.3，極端最高氣溫30.7，極端最低氣溫-27.7，年平均降水量179.5mm，年平均蒸發(fā)量1867.7mm，平均相對濕度為61%，最大風(fēng)速21.3m/s，年平均八級以上大風(fēng)15天，最大月平均日變化幅度16.2C，最大積雪厚度9cm，最大季節(jié)性凍土深度為299cm。2 施工方法特點(diǎn) 2.1 隧道施工中多道工序并

3、行作業(yè)，充分利用小空間、短工期。 2.2 以防凍脹為參照點(diǎn)，解決防水和保溫兩個(gè)問題，確保質(zhì)量和安全。2.3 防寒排水隧道和主隧道以復(fù)合防水排水層為主，多種方式相結(jié)合，解決高寒地區(qū)隧道防水問題，消除凍脹源。2.4 結(jié)構(gòu)表面復(fù)合保溫層和防風(fēng)保溫門用于保證結(jié)構(gòu)的保溫。依靠混凝土施工保溫和隧道水電消耗，保證正常施工和工程質(zhì)量。2.5少刷或不刷邊坡，計(jì)劃好礦渣污水等處理，保護(hù)高原多年凍土和脆弱環(huán)境。3 適用范圍 該工法適用于海拔3000m以上的高原地區(qū)和年平均氣溫為負(fù)值的寒冷地區(qū)的隧道工程或其他類似工程。4 施工技術(shù)4.1 關(guān)鍵技術(shù)（1）有效解決結(jié)構(gòu)周圍的排水問題，為其防水打下基礎(chǔ)。( 2 )有效選擇防

4、水結(jié)構(gòu)，提高混凝土本身的防水能力( 3 )施工中有效地進(jìn)行保溫、防凍。( 4 )建立完善的保溫系統(tǒng)，選擇合理的結(jié)構(gòu)和材料。4.2 關(guān)鍵流程4.2.1主要施工原則根據(jù)高海拔、寒冷地區(qū)的自然環(huán)境條件和施工設(shè)計(jì)規(guī)范，本著安全、優(yōu)質(zhì)、高效、適用、穩(wěn)定的精神，制定以下基本指導(dǎo)原則。1、由于氣壓低、缺氧、寒冷、多風(fēng)，內(nèi)燃機(jī)功率損失大，防凍啟動(dòng)困難。盡量減少使用內(nèi)燃機(jī)設(shè)備，多使用電動(dòng)或氣動(dòng)機(jī)械。2、盡量采用機(jī)械化設(shè)備配置，減少施工人員，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。3、加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)機(jī)械設(shè)備配置，提供更多洞內(nèi)新鮮空氣，改善工作面空氣環(huán)境。4、在持續(xù)低溫的情況下，采取措施保證工程質(zhì)量，特別是噴射混凝土和混凝土的

5、質(zhì)量。5、為防止施工過程中出現(xiàn)凍融和凍脹的可能，應(yīng)建立完備、充足的采暖、防寒、保溫設(shè)施，以保證人員、機(jī)械設(shè)備和施工的正常運(yùn)行。尤其是保溫層的施工，對于保證隧道的正常使用非常重要。6、隧道防凍液是施工中要解決的核心問題。低溫和水的存在是漿體膨脹形成的基本因素。因此，除了采取措施防止凍脹外，在隧道周圍形成包括排水孔在內(nèi)的完善、暢通的防水排水系統(tǒng)，是本工程成功的關(guān)鍵。鑰匙。4.2.2 低溫混凝土施工工藝預(yù)熱原料，提高混凝土出料溫度。針對察漢江高寒對混凝土施工質(zhì)量影響較大的特點(diǎn)，經(jīng)過不斷的研究、探索和創(chuàng)新，總結(jié)出一套嚴(yán)寒條件下的低溫混凝土施工技術(shù)，有效地解決了低溫環(huán)境下混凝土施工的難題，保證了隧道的順

6、利運(yùn)行。施工采取了以下措施：1、加強(qiáng)洞內(nèi)及運(yùn)輸過程中的保溫工作，減少熱量散失。2、添加外加劑控制混凝土的配合比，提高混凝土本身的性能。3、混凝土澆筑后，進(jìn)行局部空間供暖、養(yǎng)護(hù)和模板，增加低導(dǎo)熱率的保溫材料，以利于混凝土強(qiáng)度的產(chǎn)生。建議在混凝土攪拌站設(shè)置一個(gè)固定的預(yù)熱棚，用蒸汽對棚內(nèi)加水的砂和混凝土進(jìn)行加熱，但水溫應(yīng)控制在55-67。攪拌混凝土?xí)r，先將骨料、水泥和外加劑攪拌均勻，然后加水?dāng)嚢瑁詼p少熱量散失。運(yùn)輸時(shí)，5cm運(yùn)輸車輛內(nèi)鋪設(shè)厚木板，并在混凝土中加蓋一層，以防止運(yùn)輸過程中熱量散失。混凝土入模后，用棉簾隔絕周圍環(huán)境，繼續(xù)用鍋爐加熱30min ，然后逐漸移開熱源。 初支噴射混凝土抗?jié)B性低，

7、結(jié)構(gòu)混凝土與初支之間的蓄水靠EVA排水板排至基腳，保證二襯混凝土外側(cè)不會(huì)長時(shí)間蓄水一次或只需極少量的水，無需冷凍條件，降低反復(fù)凍融的破壞力。上述措施的綜合運(yùn)用，保證了混凝土施工質(zhì)量，既滿足強(qiáng)度要求，又達(dá)到內(nèi)外之美，為隧道卓越奠定基礎(chǔ)。一年半以來，沒有出現(xiàn)凍害和混凝土質(zhì)量問題，證明這套技術(shù)是行之有效的。材料科學(xué)的進(jìn)步是保證高山施工質(zhì)量的一個(gè)非常有利的途徑，而噴射施工中的新型水泥材料彌補(bǔ)了冷隧道噴射混凝土支護(hù)的難題。4.2.3 保冷保溫系統(tǒng)施工技術(shù)在施工過程中，我們研究探索了一套防寒保溫施工技術(shù)。通過高壓風(fēng)管、排水管保溫，創(chuàng)新使用恒壓供水裝置，解決了嚴(yán)寒條件下施工的各種困難，有效保障了隧道的正常施

8、工和施工質(zhì)量。經(jīng)過大量反復(fù)對比實(shí)驗(yàn)，所建立的由硬質(zhì)聚氨酯保溫層、干法硅酸鋁纖維板保溫層和玻璃保護(hù)層組成的隧道保溫結(jié)構(gòu)效果非常顯著。當(dāng)隧道內(nèi)環(huán)境溫度為-16 時(shí)，保溫層后面的混凝土仍可處于5以上的正溫，有效阻斷冷能向結(jié)構(gòu)混凝土的傳遞，防止隧道凍結(jié)的形成界。洞口采用防寒保溫門，有利于減少寒流在高寒季節(jié)侵入洞外隧道，保護(hù)結(jié)構(gòu)對圍巖地?zé)崮艿睦?，全面防止凍害的發(fā)生，改善作業(yè)環(huán)境。其中有：、防寒保溫：在二次襯砌混凝土表面設(shè)置復(fù)合保溫層，可防止隧道內(nèi)高寒氣流對混凝土結(jié)構(gòu)的沖擊，防止混凝土襯砌將高寒負(fù)溫傳遞至圍巖，從而導(dǎo)致凍脹和二次襯砌后地下水的破壞。結(jié)構(gòu)體。該技術(shù)在高山隧道施工中屬首創(chuàng)，其施工程序和方法為

9、：PU（硬質(zhì)聚氨酯）絕緣材料鋪設(shè)膨脹螺栓，形成封閉的絕緣圈。5cm2、在PU板外表面鋪設(shè)3cm干法硅酸鋁板，2cm用寬金屬條將其焊接在螺栓頂部，固定二層絕緣板。3、上述兩層保溫層施工完成后，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，5cm在保溫層外周向安裝1.0厚的玻璃鋼板，起到表面支撐保護(hù)和防火的作用。安裝時(shí)，在玻璃鋼板和鋼帶上每隔一段距離鉆孔，并30cm用鉚釘錨固件固定在二次襯砌結(jié)構(gòu)上。最后，用無機(jī)粘合劑填充接縫間隙，并在外面涂上防火涂料。4、施工防水隧道施工中使用的高壓水采用隧道外高壓水池的方式，容易出現(xiàn)水池凍結(jié)和水管凍死的現(xiàn)象。5、高壓風(fēng)道保溫壓縮空氣站應(yīng)盡可能靠近隧道入口，高壓風(fēng)道應(yīng)盡量少拐角。在彎頭和最下部加

10、裝水箱和排氣閥，及時(shí)排出管道內(nèi)積聚的冷凝水。供氣完成后，將排氣閥一一打開，將管道內(nèi)積水吹出。洞外及入洞200m的左右風(fēng)道14cm應(yīng)用厚石棉保溫，并用4cm粗草繩包裹。6. 洞內(nèi)取暖隧道施工中，加熱設(shè)備為直徑80cm、高度1.2m的大型鐵皮爐。靠近開口90m范圍內(nèi)每隔15m左右布置一爐，中間每隔50m布置一爐，必須滿足良好的阻煙和保溫裝置的要求。為防止廢氣污染洞內(nèi)空氣。排煙管高出設(shè)計(jì)標(biāo)高4m，沿隧道側(cè)壁水平引至隧道外。錫爐如下圖、保溫材料的選擇：在研究過程中，通過性能和工藝對比，確定的PU硬質(zhì)聚氨酯保溫板導(dǎo)熱系數(shù)低，材料強(qiáng)度性能優(yōu)越，加工運(yùn)輸方便，使用效果顯著。干法硅酸鋁纖維板具有較好的阻燃性能

11、，起到保溫和阻燃的作用，彌補(bǔ)了PU材料阻燃性能的不足，F(xiàn)RP起到支撐和防火的作用。鋪設(shè)在表面可以防止PU和纖維板脫落和松動(dòng)。室內(nèi)裝修也很方便。通過隧道結(jié)構(gòu)保溫層的材料性能測試和施工測試，確認(rèn)了一層和兩層保溫層混凝土結(jié)構(gòu)背后的溫度測試結(jié)果是在揚(yáng)通低溫條件下測試的，證實(shí)添加保溫層具有明顯的保溫效果。(1) 洞口的防寒保溫門：在高寒季節(jié)，為減少隧道外高寒氣流對隧道的長期侵入，盡量保持圍巖地?zé)釋Y(jié)構(gòu)的有利影響，設(shè)置了防寒保溫門隧道出入口后方建有防寒保溫設(shè)施。將對綜合防治凍害、保障安全運(yùn)行發(fā)揮積極作用。防寒耐溫，采用兩個(gè)對稱推拉式設(shè)計(jì)，入口道路設(shè)置鋼軌滑軌，上門框安裝向上導(dǎo)向滑軌和吊環(huán)。門框采用槽鋼，前

12、后用薄鋼板焊接而成。中間空心部分填充聚氨酯絕緣材料，由工廠加工成型，現(xiàn)場安裝，通信電纜管道預(yù)埋布線。與二次襯砌結(jié)構(gòu)側(cè)壁接觸面的密封工藝良好。防寒保溫門結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。溫度在隧道防寒保溫門關(guān)閉或打開兩種情況下進(jìn)行測試。 ，證明防寒保溫門的設(shè)置是有利的。的冬季可分為： “深秋早春”期的開始和結(jié)束。在此期間，晝夜分正負(fù)溫，大量冷能侵入隧道內(nèi)形成積聚；是負(fù)溫，夜間的溫度比白天低很多，冷氣全天積聚?？稍O(shè)置自動(dòng)防風(fēng)保溫門，白天交替開啟，夜間主要關(guān)閉，可大大減少造成隧道圍巖凍結(jié)的冷庫。(2) 、設(shè)置復(fù)合保溫層和保溫出水口。為了減少結(jié)構(gòu)混凝土與背部和隧道空腔之間的冷卻能量交換，在結(jié)構(gòu)混凝土表面設(shè)置復(fù)合保

13、溫層是非常有效的。由聚氨酯（PU）組成的保溫層不能提供能量，但可以儲(chǔ)存部分能量，其較小的導(dǎo)熱系數(shù)可產(chǎn)生熱阻效應(yīng)，延緩其所保護(hù)物體的能量損失。經(jīng)過反復(fù)凍融（正溫-負(fù)溫-正溫-負(fù)溫）循環(huán)，直接測試其導(dǎo)熱系數(shù)的方法，測試其抗凍融性能，證明效果良好。防寒放水隧道放水口底坡度應(yīng)大于8%，以加快水流速度，防止水溫下降結(jié)冰。深度。4.3 施工組織高海拔和寒冷的環(huán)境通常給機(jī)械帶來以下影響：功率下降、故障增加、啟動(dòng)困難。在施工組織中，在“以人為本”的前提下，按照“多用機(jī)械少用工、多用電少用內(nèi)燃機(jī)”的原則進(jìn)行機(jī)械選配。在防水排水施工中，防寒排水隧道屬于小型隧道施工組織，其余均為專用設(shè)備和設(shè)備。保溫過程包括結(jié)構(gòu)施工

14、和防凍維護(hù)兩部分。施工使用的主要機(jī)械設(shè)備及勞動(dòng)力組織見表1和表2。主要施工機(jī)械設(shè)備表1序列號(hào)機(jī)械名稱單元數(shù)量規(guī)格1襯里臺(tái)車塔29米全臉液壓2變壓器塔2630KVA3攪拌機(jī)塔2JS10004配料機(jī)塔2PL12005挖掘機(jī)塔2CAT3206裝載機(jī)塔4ZLC507垃圾車塔8東風(fēng)8污水泵塔109發(fā)電機(jī)塔2200KW10電動(dòng)空壓機(jī)塔66個(gè)單位20 m3/分鐘11鑿巖機(jī)塔48YT2412鎬塔1613呼吸機(jī)塔22DT65-1014混凝土運(yùn)輸車塔4伊武林15混凝土輸送泵塔2HBT-5016混凝土濕噴塔4GSPA-4A17灌漿泵塔4ZJB-318焊機(jī)塔830KW主要?jiǎng)趧?dòng)力組織 表 2項(xiàng)目挖掘組運(yùn)輸集團(tuán)噴射混凝土

15、集團(tuán)混凝土襯砌組組件加工組機(jī)械支持組總計(jì)（人數(shù)）隧道五隊(duì)20人12人20人26人10人20人108人主要負(fù)責(zé)施工任務(wù)鉆孔裝藥爆破，提前支撐鉆孔道砟運(yùn)輸、襯砌混凝土運(yùn)輸孔內(nèi)噴錨、吊網(wǎng)、拱架掛防水板、臺(tái)車到位、混凝土泵送、澆筑、搗固鋼拱、格柵、錨、高級支撐和其他組件。供氣、供水、供電、通風(fēng)、機(jī)械修理加工、道路養(yǎng)護(hù)、洞內(nèi)取暖等。5 環(huán)境文物保護(hù)進(jìn)入21世紀(jì)以來，環(huán)境保護(hù)成為重要話題，對脆弱的生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也越來越重要。1 .洞口很少或不進(jìn)行坡度作業(yè)，以維持生態(tài)平衡和山體表面的穩(wěn)定，保持水土。積極恢復(fù)生態(tài)，增加腐殖質(zhì)和綠地面積，計(jì)劃條狀移植草坪。2 .保護(hù)野生動(dòng)物，嚴(yán)禁獵殺、驚嚇，并通過建設(shè)努力為其遷

16、徙和正常生活讓路。保護(hù)草原，實(shí)施土地利用總體規(guī)劃。3 .實(shí)施清潔生產(chǎn)，進(jìn)行有計(jì)劃的垃圾處理和垃圾處理，不覆蓋植被，不堵塞河道。4 .防治大氣污染，多用電少油，減少有毒有害氣體排放。凡在工地出土的化石、錢幣、貴重物品或文物、古建筑結(jié)構(gòu)及其他具有地質(zhì)或考古價(jià)值的遺物等，均為國家財(cái)產(chǎn)。按照國家文物局有關(guān)規(guī)定采取合理的保護(hù)措施，防止任何人移動(dòng)或損壞上述物品。一旦發(fā)現(xiàn)上述事項(xiàng)，立即向主管匯報(bào)，并按照主管指示做好防護(hù)工作。6 安全和質(zhì)量措施 6.1 安全措施1 .架上工作人員嚴(yán)格遵守高空作業(yè)操作規(guī)程。2 .司鉆、加煤應(yīng)遵守有關(guān)規(guī)定。3 .所有崗位均配備專職安保人員。4 .嚴(yán)格遵守高空、嚴(yán)寒施工人員防護(hù)規(guī)定。5 .嚴(yán)格勞動(dòng)紀(jì)律，嚴(yán)格遵守各項(xiàng)操作規(guī)程。6.2 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1 .環(huán)向排水板、縱向盲溝、垂直排水孔和防寒排水孔必須有效連接，保證排水通暢。2 .垂直鉆孔位置偏差+ 10cm，角度偏差5 。3 .必須嚴(yán)格檢查防水層材料的厚度、抗拉強(qiáng)度、柔韌性、抗?jié)B性和耐久性。4 .防水層的施工必須經(jīng)過工藝測試，防水板的施工要求不漏水、不焦傷、不脫焊、不損壞。5 .防水層應(yīng)有一定的下垂度，在下一道工序的施工過程中不得拉伸、損壞。6 .混凝土應(yīng)嚴(yán)格配料混合，其入口溫度