高原地?zé)釛l件下隧道建設(shè)技術(shù)的研究

李 哲

摘要 本文結(jié)合拉日鐵路達(dá)嘎山隧道的建設(shè)，針對高地溫引起的問題，從施工技術(shù)和安全生產(chǎn)方面提出了相應(yīng)的措施。為保證在高溫環(huán)境下施工的正常運(yùn)行，采取降溫、支護(hù)以及相應(yīng)的安全爆破方法；另外，提出了一系列保護(hù)工人健康的安全措施。

關(guān)鍵詞 高原地?zé)?；隧道；施工措施；安?/p>

中圖分類號U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0050-02

0 引言

高原地?zé)釛l件下，隧道施工時洞室內(nèi)的高溫地?zé)釙こ坍a(chǎn)生熱害，產(chǎn)生較大影響。施工環(huán)境中高溫高濕現(xiàn)象不僅危害作業(yè)人員的健康和安全，同時也將降低勞動生產(chǎn)率，甚至使施工無法進(jìn)行；同時使機(jī)械設(shè)備的工作條件惡化，效率降低，故障增多。因此，對高原地?zé)釛l件下隧道施工措施的研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

1.1 工程概況

達(dá)嘎山隧道位于雅江左岸山前沖、洪積臺地后緣一山坡上；洞身通過雅魯藏布江北岸中高山區(qū)，地形起伏極大，地勢極為陡峻，洞身穿越的山體高程范圍為3 780m~4 530m，山勢總體東高西低，山體周邊沖溝發(fā)育，V型沖溝較多，溝內(nèi)小型泥石流發(fā)育，洞身上方有一條常年流水沖溝；出口位于一泥石流沖溝左岸。

1.2 地?zé)釋κ┕さ挠绊?/p>

隧道施工中，人員和機(jī)械都受到地?zé)彷^大影響，主要情況有以下幾種：

1）很多施工人員由于作業(yè)時間長，會出現(xiàn)頭暈、嘔吐情況；

2）由于施工機(jī)械散熱難問題，造成故障率逐漸升高；

3）在部分地段圍巖表面，潮解現(xiàn)象時有出現(xiàn)，遇水變成粉末狀，造成巖面噴射混凝土很難粘結(jié)；

4）造成普通的硝銨炸藥膨脹，有的出現(xiàn)包裝紙脹裂的現(xiàn)象；部分導(dǎo)爆管發(fā)生軟化失去彈性，在擠壓后無法恢復(fù)原狀；

5）大部分砂漿錨桿強(qiáng)度降低；

6）測量儀器精確度大大下降，在測量儀器說明書中正常工作環(huán)境溫度范圍為-20℃~40℃。

2 防地?zé)彡P(guān)鍵技術(shù)及措施

在施工過程中應(yīng)及時做好超前地質(zhì)預(yù)報，確定熱泉的成因、水源、運(yùn)動、水質(zhì)、水量等參數(shù)，上報設(shè)計院進(jìn)行動態(tài)設(shè)計，及時增加散熱橫洞。治理洞內(nèi)熱水按照“以堵為主，以排為輔”的原則。嚴(yán)防熱水在隧道內(nèi)蔓延而威脅施工人員的安全。在溫度較高的地段，可采取噴霧降溫；在有條件的地段，可抽取江水在隧道內(nèi)形成水循環(huán)降溫系統(tǒng)。還應(yīng)加強(qiáng)合理組織施工，優(yōu)化工序循環(huán)，加大機(jī)械施工在總施工時間中的比例，盡量減少人員的操作時間。并做好施工應(yīng)急預(yù)案，在備好搶險物質(zhì)。

2.1 房地?zé)彡P(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 輔助坑道設(shè)計

在峽谷區(qū)地質(zhì)的復(fù)雜情況下，隧道洞口施工場地困難非常大。此隧道應(yīng)考慮運(yùn)營通風(fēng)、工期等要求結(jié)合隧道所處地質(zhì)、地形條件設(shè)置四座輔助坑道。對于地?zé)崴淼朗┕ぶ校o助坑道選取應(yīng)盡量考慮順坡橫洞。

2.1.2 抽排洞內(nèi)熱水

應(yīng)采用2臺5.5kW、30m3/h的水泵通過80mm(壁厚5mm)鍍鋅管及時的將集水坑內(nèi)混合水排出洞外，以達(dá)到縮短熱水在洞內(nèi)與周圍空氣進(jìn)行熱交換的時間段，有利于降低洞內(nèi)環(huán)境溫度。洞內(nèi)溫泉熱水的涌出量是水泵的容量進(jìn)行及時調(diào)配的依據(jù)，應(yīng)備用一臺水泵。

2.1.3 加強(qiáng)通風(fēng)

改善隧道內(nèi)濕熱條件的最簡便的方法是加強(qiáng)通風(fēng)，尤其是在熱害程度較小的情況下效果更加突顯，而且也是非常經(jīng)濟(jì)可行的。

1）在采用通風(fēng)降溫時，通常都是加大風(fēng)量，讓空氣來吸收由巖體放出的熱量，來降低溫度；再者是把風(fēng)速提高，來改善自身散熱條件。然而風(fēng)量和風(fēng)速的增加是有限制的，由于過高的風(fēng)速會引起粉塵顆粒對身體健康影響比較大；

2）在設(shè)備和施工條件有限的條件下，要確保風(fēng)管的安裝質(zhì)量、保證維護(hù)管理順利、降低漏風(fēng)和風(fēng)壓損失，而利用增加管路和風(fēng)機(jī)來增加通風(fēng)量不現(xiàn)實時，必要時可以選用風(fēng)機(jī)分散串聯(lián)辦法來確保風(fēng)管的漏風(fēng)長度，進(jìn)而做到加大風(fēng)壓和風(fēng)量；

3）在布置通風(fēng)系統(tǒng)時，要達(dá)到降溫的目的必須進(jìn)行合理的安排。設(shè)計通風(fēng)時要保證風(fēng)速及風(fēng)量、溫度及濕度等參數(shù)的確定合理，為降低進(jìn)入風(fēng)流中的水汽和熱量，還要讓濕源、熱源與進(jìn)風(fēng)流相互避開；

4）在工作面附近采用局部通風(fēng)措施，如引射器等也可加大局部通風(fēng)強(qiáng)度，提高工作面的風(fēng)速。

加強(qiáng)通風(fēng)也是降低洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境溫度、改善作業(yè)條件的一種重要手段。洞內(nèi)處于高溫環(huán)境時，選取常規(guī)的單管壓入式通風(fēng)不易達(dá)到高效降低洞內(nèi)環(huán)境溫度，尤其是伴隨掌子面的推進(jìn)，洞內(nèi)通風(fēng)效果也越來越差?？梢约釉O(shè)一臺通風(fēng)機(jī)，選取規(guī)格為117kW×2、1 800m3/min，利用φ1500mm的風(fēng)管給工作面送風(fēng)，選用的通風(fēng)方式為雙管壓入式。在布置洞口外面的通風(fēng)機(jī)時，最好是遠(yuǎn)離洞口30m，以防洞內(nèi)排出的熱空氣循環(huán)再次進(jìn)入通風(fēng)機(jī)中，影響通風(fēng)降溫的效果。

2.1.4 噴霧降溫

從洞外水池把冷水水管接至洞中，把兩根φ100mm的輸送鋼管順著洞頂分別架設(shè)于兩側(cè)，還要每隔3m~5m在鋼管上安設(shè)噴霧器裝置，做到沿洞線噴霧。利用水霧冷卻洞內(nèi)巖面，使其與洞內(nèi)熱空氣混合，達(dá)到有效的降低洞內(nèi)溫度的目的。此時，洞內(nèi)粉塵還可以通過高壓噴霧吸收，大大降低粉塵濃度，有效改善施工條件。

2.1.5 應(yīng)用隔熱材料

利用熱導(dǎo)率低的隔熱材料來減少冷熱之間的熱交換以達(dá)到降溫的目的。此材料大多用于管道、巖面和風(fēng)筒隔熱單個方面。

1）用于圍巖隔熱：可以在圍巖四周均勻噴涂隔熱材料；再襯砌背后充填隔熱材料；采用使隔熱材料噴涂在內(nèi)層或中層的復(fù)合式襯砌的方法；

2）用于管道隔熱：在管外包裹泡沫塑料，同時噴涂化學(xué)發(fā)泡劑或直接采用硬質(zhì)塑料管來達(dá)到減少散熱的功能；

3）用于隔熱風(fēng)筒：為阻止熱量交換采用雙層隔熱風(fēng)筒或外包隔熱材料的風(fēng)筒等。

高地?zé)崴淼赖氖┕ご胧┑姆绞蕉喾N多樣，可在施工過程中如何因地制宜的運(yùn)用相應(yīng)措施來達(dá)到良好的降溫效果，這是一個需要謹(jǐn)慎考慮的問題。

2.2 支護(hù)措施

洞內(nèi)高溫是由于隧洞穿越斷層、地下高溫溫泉涌出造成的。在施工進(jìn)程中，應(yīng)當(dāng)在掌子面推進(jìn)時使用超前勘探，且超前探孔達(dá)到120m。同時，利用超前鉆孔掌握掌子面前的具體地質(zhì)環(huán)境，進(jìn)而采取有效措施防范隧洞開挖中可能出現(xiàn)的塌方、集中涌水等情況。在地下水富足、洞段集中時可以選取超前灌漿來攔截地下水；遇到圍巖破碎穩(wěn)定性差時，可以選取超前管棚、導(dǎo)管注漿、超前錨桿等方法，來確保施工中圍巖的自穩(wěn)能力。

高地?zé)釛l件中，在隧洞襯砌支護(hù)施工期間首先要確保洞內(nèi)溫度適宜；其次還要保證運(yùn)行期間列車的正常運(yùn)作。因此，在選擇襯砌支護(hù)形式時，應(yīng)綜合考慮施工期和運(yùn)營期的要求。無論何種形式，模筑混凝土的優(yōu)先選擇都應(yīng)考慮以下方面：

1）采用合適的水灰比，還要考慮到混凝土的耐久性，采用分離粉碎型高爐礦渣水泥，通過試驗后優(yōu)選混凝土配合比和摻合劑，以此來防止高溫時混凝土的強(qiáng)度降低；

2）一般襯砌混凝土的澆筑長度要適當(dāng)縮短；

3）為了混凝土襯砌的收縮可以不受約束，緩沖材料可選用防水板和無紡布組合而成；

4）一般在兩側(cè)拱角延長方向適當(dāng)設(shè)置裂縫誘發(fā)縫。

2.3 爆破作業(yè)

一定要快速集中裝藥、孔內(nèi)裝藥并在孔外起爆。在經(jīng)過重復(fù)試驗后，把冷水注入孔內(nèi)，在1.5h后可降低炮孔中的溫度至25℃左右，需要30min時間來達(dá)到規(guī)范要求的35℃，所以要達(dá)到火工品使用安全，就一定在30min內(nèi)做好裝藥爆破作業(yè)。一次起爆孔的數(shù)量和配備爆破工的數(shù)量的確定可利用必要條件反向計算得到，進(jìn)而保證火工品的使用安全性。

4 高溫環(huán)境下的安全文明施工

我國有關(guān)部門對隧道施工作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定，為保證隧道施工人員進(jìn)行正常的安全生產(chǎn)。比如鐵道部規(guī)定，隧道內(nèi)氣溫不得超過28℃；如交通部規(guī)定，隧道內(nèi)氣溫不宜高于30℃。

4.1 調(diào)整施工組織

對施工現(xiàn)場進(jìn)行實地考察分析，進(jìn)而調(diào)整施工組織：作業(yè)形式仍采用原來的三班倒，適當(dāng)增加每個班組作業(yè)人數(shù)，將原班組每班10人~15人，增加至每班20人~32人，每班分為兩組，縮短每班組人員的作業(yè)時間。每組工作時間控制在1h~2h，采取輪流循環(huán)作業(yè)方式，前一組進(jìn)入低溫室休息，下一小組緊接著進(jìn)行作業(yè)。盡量提高機(jī)械施工在總施工時間中的比例，進(jìn)而減少人員的作業(yè)時間。同時，施工應(yīng)急預(yù)案工作要到位，搶險物質(zhì)一定要備齊。

以防進(jìn)洞施工的機(jī)械設(shè)備因高溫作業(yè)環(huán)境經(jīng)常出現(xiàn)的熄火問題，需增加一套機(jī)械設(shè)備，使洞內(nèi)機(jī)械設(shè)備輪流工作，并做好洞外機(jī)械設(shè)備的及時維修和保養(yǎng)。

4.2 加強(qiáng)勞動保護(hù)

按國家相關(guān)的規(guī)定：假如施工單位不能有效降低工作場所溫度，溫度高于33℃時必須支付給勞動人員高溫補(bǔ)貼費(fèi)。為確?，F(xiàn)場正常施工，需要增加一倍以上的工人工資，并且及時供應(yīng)防暑降溫食物，還要加大勞保用品的發(fā)放力度，同時，做好所有勞動人員定期身體檢查的工作。作業(yè)人員出入隧洞，必須有專門運(yùn)輸車輛接送，以確保人員的身體健康及施工現(xiàn)場的正常進(jìn)行。只有真心做到關(guān)愛工人，才能調(diào)動他們工作的積極性，并保證施工正常進(jìn)行。

4.3 安全管理措施

對于項目部必須安排安全員24小時跟班作業(yè)協(xié)助施工、現(xiàn)場指導(dǎo)，還有爆破工作必須聘請專業(yè)人員；持續(xù)做到短循環(huán)、小進(jìn)尺，統(tǒng)一指揮洞內(nèi)爆破，裝藥量預(yù)先設(shè)計；裝藥前必須用高壓風(fēng)吹干凈爆破孔，并做好爆破孔數(shù)量檢查；裝藥時由爆破員區(qū)別好毫秒雷管段別，謹(jǐn)遵爆破設(shè)計順序進(jìn)行裝藥；爆破裝藥前布設(shè)崗哨，以防非工作人員誤入爆破區(qū)。作業(yè)分組、分片做到定人定位施工，保證集中快速完工。在工作面和洞內(nèi)安置固定式傳感器，設(shè)置在洞內(nèi)氧的濃度不足18％時，自動的氣體報警器便發(fā)出報警信號，保證洞內(nèi)人員及時安全疏散。

5 結(jié)論

通過對拉日鐵路達(dá)嘎山隧道地?zé)岫畏治?，闡述地?zé)釋κ┕さ挠绊懀⒖偨Y(jié)有關(guān)隧道地?zé)岫谓ㄔO(shè)的施工方法，并對高溫環(huán)境下的安全文明施工進(jìn)行介紹。由于不同的工程地質(zhì)條件和水文條件，實際隧道中由地?zé)岙a(chǎn)生的問題也是不一樣的，需針對實際情況對隧道地?zé)岫芜x用合理的施工安全措施。

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