某高原寒冷地區(qū)單洞雙線隧道冬季施工監(jiān)控方案

高原寒冷地區(qū)冬季施工技術(shù)研究前言隨著國(guó)家改革開(kāi)放的不斷深入和發(fā)展，近年來(lái)國(guó)家投入大量資金用于建設(shè)西部和北方地區(qū)的鐵路工程，給我們鐵路建設(shè)者帶來(lái)很大的機(jī)遇。但西部和北方大部分地區(qū)屬于高原寒冷地區(qū)，其特殊的施工條件和惡劣的自然條件給我們的施工帶來(lái)諸多困難。目前國(guó)家在高寒地區(qū)長(zhǎng)大隧道建設(shè)上經(jīng)驗(yàn)不做，尚沒(méi)有完整的理論可供參考。本文結(jié)合***鐵路***隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，針對(duì)高寒地區(qū)鐵路隧道施工中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行研究，希望可以完善在高寒地區(qū)長(zhǎng)大隧道施工的經(jīng)驗(yàn)，為今后類(lèi)似施工提供參考。1工程概述1.1工程項(xiàng)目背景***隧道全長(zhǎng)8184m，工期26個(gè)月，為單洞雙線隧道，隧道最大埋深約130m。是京***線**至***段增建第二雙線重點(diǎn)控制工程，也是目前國(guó)內(nèi)在建高原寒冷地區(qū)的最長(zhǎng)隧道，位于內(nèi)蒙古南緣之大青山低中山區(qū)，洞身穿越印河與大黑山河的分水嶺，通過(guò)區(qū)地層巖性較為復(fù)雜，主要有第四系全新統(tǒng)洪積層及坡積層，上第三系上新統(tǒng)玄武巖、泥巖夾礫巖、華力西中晚期花崗巖等。該隧道位于內(nèi)蒙古自治區(qū)***縣***鎮(zhèn)***鄉(xiāng)，據(jù)110國(guó)道10公里左右，且多為鄉(xiāng)間土路，運(yùn)輸條件較差。1.2氣候條件***隧道段氣候?qū)儆谥袦貛喐珊禋夂騾^(qū)，春季干旱多風(fēng)，沙塵頻發(fā)；夏季短促而溫?zé)?，晝熱夜涼，日溫差大，降水增多；秋季較短，降溫較快；冬季寒冷漫長(zhǎng)。陰雨風(fēng)雪冰雹天氣多變，霜凍時(shí)間長(zhǎng)。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳練庀筚Y料顯示：本隧道所處地區(qū)最低氣溫-35.6℃，年平均氣溫2.9℃、最冷月平均氣溫-15.6℃、最熱月平均氣溫18.7℃，土壤最大凍結(jié)深度246cm。2技術(shù)難度和科研課題分析該隧道所處地理位置和本地區(qū)氣候條件，在冬季制約我們正常施工的因素有：原材料運(yùn)輸、混凝土施工、后勤保障。針對(duì)上述三大難點(diǎn)項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)多次研究后采取了相關(guān)措施，起到了較為理想的效果。本文就項(xiàng)目部所采取的措施進(jìn)行研究，主要研究?jī)?nèi)容有：如何克服高寒地區(qū)冬季多雪天氣、路滑難行的運(yùn)輸困難，保證原材料供應(yīng)；如何克服高寒地區(qū)冬季溫度低，混凝土施工難度大的問(wèn)題，保證工程順利施工的同時(shí)保證工程質(zhì)量；如何做好后勤保障工作，使員工心無(wú)旁騖、情緒穩(wěn)定，依然保持高昂斗志。3主要技術(shù)措施針對(duì)冬季該地區(qū)惡劣的自然環(huán)境，項(xiàng)目部組織經(jīng)理部領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)骨干多次研究、討論，并結(jié)合施工規(guī)范和當(dāng)?shù)孛袂橹贫艘韵麓胧河捎诋?dāng)?shù)貧夂驐l件所限，改變冬季道路交通狀況投資大，見(jiàn)效低。針對(duì)這種情況，項(xiàng)目部決定與供料商簽訂供料保障協(xié)議，轉(zhuǎn)嫁風(fēng)險(xiǎn)；簽訂供料保障協(xié)議的同時(shí)根據(jù)施組和設(shè)計(jì)圖紙估算4個(gè)月的材料損耗，有計(jì)劃性的加大沙石、水泥、各級(jí)鋼材等主材的儲(chǔ)備量。利用當(dāng)?shù)刭Y源在洞口附近建立小型碎石廠。該隧道所經(jīng)范圍大部分為玄武巖，其中不乏大量致密玄武巖段。經(jīng)過(guò)對(duì)其取樣分析，完全可加工碎石用于施工。這樣既節(jié)約了成本又減小了冬季外來(lái)碎石不能及時(shí)運(yùn)入的風(fēng)險(xiǎn)?；炷翑嚢枵驹O(shè)立保溫棚，建設(shè)加熱料場(chǎng)，并安裝鍋爐燒熱水用于攪拌混凝土?；炷凉捃?chē)采用棉布包裹，保證運(yùn)輸過(guò)程中的保溫。辦公、生活住房墻體采用紅磚砌筑，彩鋼瓦保溫板蓋頂，窗為雙層玻璃；集中居住區(qū)采用集中供暖，零星點(diǎn)采用火爐取暖保證員工在寒冷的冬季有一個(gè)舒適、溫暖的辦公、生活環(huán)境。圖1：利用當(dāng)?shù)刭Y源在洞口附近建立小型碎石廠4基礎(chǔ)項(xiàng)目的過(guò)程控制4.1、臨時(shí)用房建設(shè)隨著社會(huì)逐步發(fā)展，人權(quán)成了整個(gè)社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。那么，在施工過(guò)程中如何提供給員工一個(gè)好的生活、工作環(huán)境，真正做到以人為本就變得非常必要。沒(méi)有一個(gè)好的環(huán)境，員工沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的情緒、積極的態(tài)度，一切生產(chǎn)活動(dòng)都是空談。考慮當(dāng)?shù)靥厥獾淖匀粭l件，臨時(shí)用房建設(shè)就成了施工過(guò)程中的第一個(gè)難題。首先是墻體的選擇。目前，國(guó)內(nèi)大部分野外作業(yè)單位臨時(shí)用房都采用的是活動(dòng)板房?；顒?dòng)板房安裝方便，綜合成本低，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差。當(dāng)?shù)爻Ｄ旯物L(fēng)，常常超過(guò)4～5級(jí)。所以像辦公室、會(huì)議室、活動(dòng)室、餐廳等大跨度房間活動(dòng)板房無(wú)法滿足強(qiáng)度要求。所以，項(xiàng)目部采用磚混結(jié)構(gòu)砌筑墻體，保證了在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定、安全。而且24cm厚的墻體保溫效果也較活動(dòng)板房為好。其次是房頂?shù)倪x擇。如果采用內(nèi)地常見(jiàn)的瓦片蓋頂，則需要加工椽、檁、掛瓦條等木料，加工與安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且保暖效果差，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低；如果采用現(xiàn)澆板或預(yù)制板，則需在墻體上做圈梁，也較為費(fèi)工且費(fèi)用較高。經(jīng)過(guò)在當(dāng)?shù)刈咴L我們最后定下采用10cm厚保暖彩鋼瓦蓋頂。該保暖彩鋼瓦整體性好，安裝方便，且價(jià)格適中，保暖性好。再有就是門(mén)窗的設(shè)置。由于當(dāng)?shù)囟鹃L(zhǎng)期為北風(fēng)或西北風(fēng)，所以房屋建為南北向，門(mén)窗都設(shè)置在南面。當(dāng)?shù)囟烊照諚l件好，晴天多，所以日光是很好的照明和取暖來(lái)源。為了更好的采光，像辦公室等公共房間可在墻壁朝陽(yáng)、背風(fēng)的一面設(shè)置大窗。大窗戶除有利于采光外也有利于通風(fēng)。由于高原寒冷地區(qū)冬季漫長(zhǎng)，易發(fā)生感冒、發(fā)燒等流行疾病，所以房間通風(fēng)就變得非常重要。高寒地區(qū)窗戶宜做成雙層玻璃，也是為了更好的保暖。圖2：項(xiàng)目部選擇在背風(fēng)位置修建辦公、生活用房。房屋采用磚混結(jié)構(gòu)，安全保暖。4.2、供暖在該項(xiàng)目部采用的是燃煤鍋爐集中供暖，供暖效果較好。由于高原地區(qū)一般日照情況都很理想，所以可以使用太陽(yáng)能鍋爐供暖。太陽(yáng)能鍋爐是通過(guò)太陽(yáng)能集熱器、管路、水箱、電器控制等分系統(tǒng)組成可以產(chǎn)生大量熱水及蒸汽的太陽(yáng)能系統(tǒng)工程。通俗稱(chēng)為“太陽(yáng)能鍋爐”，它的用途并不僅局限于替代常規(guī)能源鍋爐。太陽(yáng)能鍋爐是采用綠色能源太陽(yáng)能產(chǎn)生熱水及蒸汽，可以替代常規(guī)能源，節(jié)省利用常規(guī)能源所產(chǎn)生的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益高；因?yàn)樗鼰o(wú)排放、無(wú)污染，屬于環(huán)保節(jié)能設(shè)備，社會(huì)效益顯著。隨著能源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，太陽(yáng)能鍋爐這種可再生新能源設(shè)備的大量應(yīng)用必將成為一種趨勢(shì)。圖3、4：房屋采用燃煤鍋爐集中供暖。給大家提供一個(gè)溫暖舒適的環(huán)境4.3、管道保護(hù)在生產(chǎn)工地上“三管兩線”就像我們?nèi)梭w的血管一樣重要，所以保證管線暢通就顯得尤為重要。在高寒地區(qū)對(duì)管線的保護(hù)一定要萬(wàn)無(wú)一失，特別想我們隧道施工中的水管，一般從高山水池進(jìn)洞都有幾十米甚至幾百米的長(zhǎng)度。在零下二三十度的情況下一旦有一個(gè)疏忽導(dǎo)致一處受凍，那整條管道不可避免的將全面上凍。所以在***隧道施工過(guò)程中，我們采用保溫材料包裹管道并深埋的方式。洞口等無(wú)法埋入地下段，就采用埋入砌體的方式。在本隧道的施工中，我們還采用了循環(huán)使用水的方式。由于本隧道所處高原寒冷地區(qū)，冬季氣溫長(zhǎng)期低于-10℃，施工廢水和隧道滲水無(wú)法正常有水溝排出洞外?？紤]這種境況，結(jié)合本隧道為雙線單洞隧道，設(shè)有中心水溝。所以在施工初期，有意識(shí)的不施工中心水溝溝身混凝土，使我們隧道中間留出1.1米寬的水溝。水溝中用水壩分段做成沉淀池，再?gòu)某恋沓刂袑⑺橹炼磧?nèi)水箱供掌子面鉆爆時(shí)風(fēng)鉆使用。如此水就不用排出洞外且減小了正常用水功耗。在高寒地區(qū)，除了要保護(hù)風(fēng)管水管外，對(duì)我們的電線也要實(shí)施保護(hù)。2007年底的南方雪災(zāi)就給了我們一個(gè)很好的教訓(xùn)。雨雪很有可能壓垮壓斷我們懸在高空的電纜線。所以即使是一些臨時(shí)用電線路也應(yīng)該盡量埋入地下。5混凝土施工混凝土在冬季施工時(shí)，受溫度影響大，特別是在高寒地區(qū)溫度極低。混凝土中的水凍結(jié)，體積膨脹9%左右，混凝土遭受凍害，所以必須采取有效的措施。使其盡快達(dá)到受凍前的臨界溫度或拆模溫度。5.1原材料的加熱原則及方法加熱原則：冬季施工的原材料一般需要加熱，其加熱溫度根據(jù)熱工計(jì)算確定。應(yīng)優(yōu)先采用加熱水的方法。當(dāng)自然氣溫較低，單純加熱拌合水無(wú)法滿足拌合物出機(jī)溫度的要求時(shí)，對(duì)于集料也要加熱，首先是細(xì)集料，其次是粗集料。各種類(lèi)型和不同強(qiáng)度等級(jí)的水泥在任何情況下都不加熱，但在使用時(shí)放在保溫棚內(nèi)預(yù)溫。加熱方法：在施工過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地條件，原材料的加熱采用濕熱法和干熱法相結(jié)合的辦法來(lái)進(jìn)行。濕熱法是在集料堆中插入蒸汽針，直接排放蒸汽，以提高砂、石溫度。干熱法是在存放集料堆的棚內(nèi)安放排管，如水、電、蒸汽管等來(lái)加熱砂、石料。在該隧道采用的是干加熱法。即在集料倉(cāng)下采用煤火加熱。5.2混凝土的攪拌與運(yùn)輸攪拌站必須搭設(shè)暖棚，攪拌前用熱水沖洗攪拌機(jī)，攪拌時(shí)先投入粗、細(xì)集料和熱水，待攪拌一定時(shí)間后，檢測(cè)水溫降至40℃左右時(shí)，再投入水泥及外加劑。混凝土拌合物溫度控制要經(jīng)過(guò)熱工計(jì)算確定，砂、石、水泥進(jìn)入攪拌站的溫度按±2℃控制。混凝土拌合物出機(jī)后，應(yīng)及時(shí)運(yùn)到澆筑地點(diǎn)，運(yùn)輸車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中要采取保暖設(shè)施，以加強(qiáng)運(yùn)輸過(guò)程中的保溫效果，防止混凝土從運(yùn)輸?shù)綕仓^(guò)程中發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。5.3混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)混凝土入模溫度應(yīng)控制在5℃以上，同時(shí)澆筑與振搗工序銜接好，間歇時(shí)間根據(jù)周?chē)匀粶囟榷?，最長(zhǎng)不得超過(guò)15min，做到隨澆隨搗、并做好覆蓋保溫工作。低溫澆筑混凝土?xí)r，在條件允許的情況下，盡量減少施工縫，一次澆完。冬季混凝土澆筑時(shí)，內(nèi)外溫差大，一定要做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。特別注意混凝土的抗凍和抗裂，如必要可采用蒸汽養(yǎng)護(hù)等加熱養(yǎng)護(hù)法。圖5、6、7：混凝土攪拌站搭設(shè)暖棚，并用鍋爐燒熱水拌制混凝土。6機(jī)械維護(hù)在寒冷的冬季，由于環(huán)境溫度過(guò)低。造成工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)件磨損加劇以及機(jī)械安全性能降低等現(xiàn)象的發(fā)生，使得工程機(jī)械作業(yè)條件惡化，影響了工程機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為保證工程機(jī)械的可靠性、經(jīng)濟(jì)型性與安全性，保持其技術(shù)性能，提高工作效率，對(duì)工程機(jī)械實(shí)施正確、科學(xué)的冬季維護(hù)與保養(yǎng)非常必要。項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)組織機(jī)械工程師和有多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的老員工在一起座談，結(jié)合我們的工程實(shí)際分析了冬季易發(fā)生的機(jī)械故障，總接歸納為以下幾點(diǎn)：低溫對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的影響。低溫時(shí)柴油黏度大，表面張力大，同時(shí)由于低溫時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，使噴油壓力下降，兩者共同作用造成噴油霧化質(zhì)量變差，延長(zhǎng)了混合氣著火的滯后期，是著火趨于困難。低溫對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的影響。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)罩下空氣溫度較低時(shí)，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)可燃混合氣燃燒不充分、功率降低、油耗增加、運(yùn)動(dòng)機(jī)件潤(rùn)滑不良等故障，危害很大。低溫對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻性能的影響。當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻水將會(huì)結(jié)冰，易造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、冷卻水箱及管路的脹裂和損壞。針對(duì)以上幾點(diǎn)，項(xiàng)目部采取了以下措施：修建全封閉車(chē)庫(kù)，車(chē)庫(kù)內(nèi)采用暖氣供暖。圖8：全封閉車(chē)庫(kù)，車(chē)庫(kù)能采用暖氣供暖，使車(chē)輛可正常啟動(dòng)并減少凍害。在隧道內(nèi)設(shè)置停車(chē)點(diǎn)。由于該隧道寬14m左右，所以單側(cè)停車(chē)不會(huì)影響隧道內(nèi)正常運(yùn)行。隧道口掛上棉布簾子后，洞內(nèi)溫度基本可保持在10℃以上。在這種溫度下一般工程機(jī)械車(chē)輛啟動(dòng)都沒(méi)有問(wèn)題。給機(jī)械使用防凍液和-35號(hào)柴油。保證機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。安排專(zhuān)人對(duì)空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)等機(jī)組每天不等次檢查。像發(fā)電機(jī)等不常用機(jī)組在不工作時(shí)應(yīng)將機(jī)油散熱器等散熱裝置中的水排空，防止水結(jié)冰膨脹后損壞設(shè)備。建立保溫修車(chē)棚，并聘請(qǐng)專(zhuān)人在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置維修點(diǎn)，及時(shí)維修機(jī)械、設(shè)備。圖9、10：洞口掛設(shè)棉布簾，保證洞內(nèi)溫度，并在洞內(nèi)設(shè)置停車(chē)點(diǎn)用與停放機(jī)械車(chē)輛；混凝土罐車(chē)用棉布包裹罐身，保證混凝土運(yùn)輸途中減少降溫。圖11、12：在工地建造保溫修車(chē)棚，并儲(chǔ)備常用易損耗配件，使普通機(jī)械故障能及時(shí)修理。7安全、教育在全國(guó)大部分施工現(xiàn)場(chǎng)我們都可以看到“安全第一”的宣傳標(biāo)語(yǔ)，在我們高寒地區(qū)的冬季施工中，由于其特殊的自然環(huán)境，更要注意做好安全防范工作。在冬季施工時(shí)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)較差，應(yīng)經(jīng)常檢修機(jī)械設(shè)備。防止因機(jī)械事故造成的人員傷亡。冬季嚴(yán)寒干燥，應(yīng)主要防火，防止個(gè)別同志生火取暖引發(fā)火災(zāi)；對(duì)采用煤爐取暖的要注意檢查室內(nèi)通風(fēng)，房間外煙囪藥安裝三通防止因風(fēng)引起煤煙倒灌導(dǎo)致人員煤氣中毒。交通不便利的地方應(yīng)準(zhǔn)備應(yīng)急藥品和急救設(shè)備。高寒地區(qū)冬季溫度低，常常一場(chǎng)雪整個(gè)冬天不化，造成路滑難行。要定期檢查路況，及時(shí)清理，防止意外的發(fā)生。根據(jù)氣候變化，靈活安排不同工種工作，在遇到大風(fēng)、雨、雪等惡劣天氣時(shí)應(yīng)立即停止室外作業(yè)，及時(shí)清除施工現(xiàn)場(chǎng)的積水、積雪，在采取有效的防凍、防滑措施后方可進(jìn)行正常施工。4)認(rèn)真制定針對(duì)性強(qiáng)的冬季施工安全措施，開(kāi)展冬季施工安全生產(chǎn)知識(shí)的宣傳、教育和培訓(xùn)，提高作業(yè)人員的自我防范意識(shí)和安全操作技能。8實(shí)施效果該隧道工程于2008年9月初正式開(kāi)工，10月中旬進(jìn)入冬季施工。自08年10月至09年3月冬季施工期中，累計(jì)完成隧道正洞開(kāi)挖支護(hù)780m，仰拱658米，二次襯砌559m，兩個(gè)斜井工作面共完成斜井井身開(kāi)挖支護(hù)979m。施工過(guò)程中未發(fā)生任何安全質(zhì)量事故，得到局、公司、監(jiān)理單位及業(yè)主的一致好評(píng)。經(jīng)過(guò)08年冬期的檢驗(yàn)，我們的各項(xiàng)措施基本上滿足了在高寒地區(qū)冬季施工的