高寒、高海拔隧道施工技術(shù)研究

摘要：文章以實(shí)際工程為例，對(duì)高寒、高海拔隧道施工的基本特點(diǎn)和施工原則進(jìn)行了介紹，然后對(duì)隧道的防排水措施、低溫混凝土施工等技術(shù)進(jìn)行了分析，對(duì)施工中需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析，工程施工效果良好，具有一定的借鑒參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū)；高海拔地區(qū)；隧道施工技術(shù)；防排水措施；低溫混凝土施工 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U455 文章編號(hào)：1009-2374（2016）13-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.017

一直以來，在高寒、高海拔地區(qū)建設(shè)隧道都是一個(gè)世界性難題，特別是在地下水含量較大的地區(qū)進(jìn)行施工時(shí)，凍脹問題和凍融問題一直都是一個(gè)技術(shù)難題。為了解決施工難題，需要從防寒保溫、防排水、機(jī)械配套等方面著手，采用合理的施工技術(shù)，達(dá)到安全、高效、優(yōu)質(zhì)的建設(shè)目標(biāo)。

1 案例介紹

某隧道工程地處高寒多雨地區(qū)，年極端低溫為-34.1℃，年平均氣溫為-3.1℃，年平均降雨量為840.2mm。隧道所處地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖層很不穩(wěn)定，節(jié)理裂隙發(fā)育。隧道地下水豐富，進(jìn)行開挖后出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲漏水情況，很多地方都出現(xiàn)了涌水，最高涌水量達(dá)到了3522m3·d-1。隧道凈高為4.6m，進(jìn)口和出口洞門墻都采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并在隧道的出口和進(jìn)口設(shè)置了長度為60m和30m的防雪棚洞。

2 制定合理有效的施工方案

按照隧道建筑施工的相關(guān)要求并結(jié)合高寒地區(qū)的地形特征與溫差特點(diǎn)，隧道襯砌需要承受一定的凍脹力，因此在設(shè)計(jì)時(shí)將襯砌內(nèi)的輪廓線做成圓環(huán)形，并且內(nèi)半徑應(yīng)滿足相關(guān)的要求。在該施工隧道中根據(jù)地質(zhì)狀況主要分為三大類型圍巖地段，而且它們所占隧道的長度是不盡相同的。施工人員通過對(duì)隧道進(jìn)出口部位的凍結(jié)深度進(jìn)行深入分析并計(jì)算后，在隧道進(jìn)、出口修建500m長的防寒泄水洞，并在出口使用圓端掩埋式保溫出水口，從而有效地將隧道圍巖中的地下水進(jìn)行排出。防寒泄水洞斷面圖如圖1所示。防寒泄水洞應(yīng)設(shè)置在隧道行車道的下部一定距離，而且大小、尺寸等應(yīng)符合相關(guān)要求。為了使二次襯砌圍巖部位的地下水能夠有效滲透出去，施工人員可在防寒泄水洞的左右兩側(cè)分別開挖橫洞，并在左右墻腳設(shè)置泄水孔，這樣才能避免地下水對(duì)隧道圍巖部位造成一定的損傷，防止路面結(jié)冰影響道路的正常通行。隧道與泄水洞部位的構(gòu)造應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)原則，每隔一定距離應(yīng)設(shè)置一道干砌片石排水盲溝或采用PE230S排水板，并在仰拱下中心排水盲溝與防寒泄水洞之間用豎向泄水孔連通，而且間距要適中。隧道初期支護(hù)與二次襯砌之間應(yīng)鋪設(shè)一定材料的防水層，從而起到防水的目的。為了有效緩解高寒地區(qū)隧道內(nèi)受天氣影響出現(xiàn)結(jié)冰等現(xiàn)象時(shí)，可在隧道一定部位設(shè)置相應(yīng)的保溫結(jié)構(gòu)，而且保溫結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)合理有效，這樣才能起到隔溫保溫的作用。

3 隧道施工中所使用的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 低溫混凝土施工方案

在選取材料時(shí)應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行預(yù)加熱，這樣才能增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。由于高寒地區(qū)特殊的地理位置以及天氣特征，在該地段進(jìn)行施工時(shí)難度較大，對(duì)混凝土的施工質(zhì)量有著一定的影響力，工程人員通過深入的分析，并經(jīng)過大膽試驗(yàn)與探究，尋求出了一套行之有效的低溫混凝土施工方案，從而有效解決了低溫環(huán)境下混凝土施工中所面臨的困難，確保了高寒地區(qū)隧道施工的順利實(shí)施。低溫混凝土施工實(shí)施方案的主要措施如下：（1）重視隧道洞內(nèi)以及運(yùn)輸中的保溫工作，盡可能地降低熱量的耗散；（2）可在混凝土中摻加一定量的外加劑，這樣可增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度；（3）待混凝土澆筑工作完成后施工人員應(yīng)注意做好混凝土的保溫與養(yǎng)護(hù)工作，比如可選取保溫性能優(yōu)良的材料加強(qiáng)混凝土的保溫工作，從而提高混凝土的強(qiáng)度。若將上述幾點(diǎn)加以綜合應(yīng)用，則一方面可確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量，提高施工的成效性；另一方面也能起到一定的美觀作用，安全等級(jí)高。經(jīng)上述技術(shù)綜合運(yùn)用所修建的隧道在長達(dá)幾年的應(yīng)用中未發(fā)現(xiàn)有凍害情況發(fā)生，以此說明該技術(shù)的有效性。

3.2 防寒保溫系統(tǒng)的重要施工舉措

3.2.1 結(jié)構(gòu)防寒保溫層。在二次混凝土襯砌的表面可設(shè)置一定的隔溫層，這樣可避免外界的寒氣流浸入到隧道內(nèi)，對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)造成一定的影響，從而破壞隧道的正常結(jié)構(gòu)。在高寒隧道中設(shè)置防寒保溫層是我國首次實(shí)施該技術(shù)，它的主要施工流程表示如下：（1）在二次襯砌的表面可通過膨脹螺栓等專門鋪設(shè)一層硬質(zhì)聚氨酯隔溫材料，從而形成閉合的隔溫保護(hù)屏障；（2）在PU板的表面可鋪設(shè)一定厚度的干法硅酸鋁板，為了增加其穩(wěn)定性可使用寬度一定的金屬條焊接于螺栓頂部；（3）以上兩步施工結(jié)束后經(jīng)專業(yè)人員檢驗(yàn)合格后，再使用厚度一定的玻璃鋼板設(shè)置在隔溫層外部，從而起到支撐與保護(hù)的作用。在安裝玻璃板時(shí)應(yīng)注意在玻璃鋼板與鋼帶之間隔一定距離設(shè)置鉆孔，并用鉚釘固定在二次襯砌結(jié)構(gòu)上，最后用無機(jī)粘劑將接頭中存有空隙的地方進(jìn)行填充處理。

3.2.2 選取有效的保溫結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員通過深入的分析與研究并結(jié)合各材料的使用性能選取了隔溫效果好，材料穩(wěn)定性高，加工運(yùn)輸方便的PU硬質(zhì)聚氨酯保溫板。但該材料也存在一定的不足之處比如易燃燒，因而可在其表面覆蓋一層阻燃性能耗的干法硅酸鋁纖維板。通過對(duì)隧道結(jié)構(gòu)保溫層材料性能的細(xì)致檢測(cè)，并在施工中得以有效應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)處在低溫狀況下混凝土外部有一定的隔溫保護(hù)層，可實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)，在一定程度上還能起到一定的保溫作用，尤其是在高寒地區(qū)值得大力推廣與應(yīng)用。

3.2.3 洞口防寒隔溫門。在高寒地區(qū)，由于天氣因素的影響，寒流會(huì)對(duì)隧道內(nèi)的材料起到一定的影響力，因此為了使隧道內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定，做好保溫措施可在隧道出入口洞門背后設(shè)置防寒隔溫門，用以抵御外界寒流的侵入，確保安全順暢的通行。防寒隔溫門在設(shè)計(jì)時(shí)兩扇應(yīng)對(duì)稱，為了便于推拉可在上部門框內(nèi)安裝滑道和吊環(huán)。防寒隔溫門所選用的材料是硬度較高的鋼板，中間空心部門用保溫性能好的聚氨酯隔溫材料進(jìn)行填充，最后將空隙部位用一定材料進(jìn)行密封處理。防寒隔溫門的設(shè)計(jì)圖如圖2所示：

通過實(shí)踐檢驗(yàn)在洞口防寒保溫門開啟與關(guān)閉情況下，對(duì)洞內(nèi)的溫度進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)兩者之間的溫度差較小，這也充分說明了防寒保溫門的有效性。

3.2.4 防排水系統(tǒng)和新型防排水材料的有效應(yīng)用。研發(fā)人員在所開發(fā)的防排水系統(tǒng)施工技術(shù)中，通過大膽實(shí)驗(yàn)采用了很多新技術(shù)理念，它的主要工藝流程是以排為主，防堵結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建了一套行之有效的防排水體系。高寒隧道在運(yùn)行幾年來襯砌結(jié)構(gòu)無漏水現(xiàn)象發(fā)生，而且沒有其他異常情況出現(xiàn)，道路通行暢通，完全滿足高寒地區(qū)的地質(zhì)狀況。防排水系統(tǒng)主要由防水板、土工布以及結(jié)構(gòu)混凝土組成，這些防水措施大大減少了地下水滲漏現(xiàn)象的發(fā)生，確保施工過程的順利實(shí)施。

（1）LDPE防水板。在施工過程中設(shè)計(jì)人員大膽創(chuàng)新，將原CPE防水板中的材料替換成LDPE防水板，該材料具有防水性能高、質(zhì)量柔性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，而且在施工檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)有異常情況發(fā)生；（2）GRM堵漏材料。GRM是一種超早強(qiáng)水泥基材料，該材料的優(yōu)點(diǎn)在于流動(dòng)性強(qiáng)、密封嚴(yán)實(shí)、凝結(jié)時(shí)間可以變化、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是快速堵漏補(bǔ)強(qiáng)的最佳選擇材料。GRM堵漏材料主要用于富水區(qū)混凝土與圍巖之間，可有效堵塞水向結(jié)構(gòu)滲漏的直接通道，從而增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性；（3）PE-230S排水板及SH-300透水管PE230S波紋排水板材，由于其具有特殊的結(jié)構(gòu)因而可起到一定的排水作用。與其他排水系統(tǒng)相比較而言，它主要是呈環(huán)向鋪設(shè)，具有穩(wěn)定性高、導(dǎo)水性能好等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)鋪設(shè)區(qū)域的路面進(jìn)行檢查我們發(fā)現(xiàn)其效果較為顯著。SH-300透水管是由高強(qiáng)度的鋼絲外套防銹塑料管組成的，它屬于一種軟式透水排管，在使用中主要將其彎制成一定大小的圓形管式骨架，并在骨架外側(cè)包裹幾層具有一定吸水性的材料，從而提高SH-300透水管的抗壓能力，有效解決了隧道施工中片石盲溝被堵塞的難題，確保水流能夠暢通排出；（4）外加劑的有效選取。為了最大限度地增強(qiáng)混凝土自身的抗凍性能，研究人員通過大量的試驗(yàn)研究最終選取了耐低溫的防凍劑，并收到了一定的

成效。

3.2.5 泄水洞的隧道施工通風(fēng)技術(shù)。研究人員通過對(duì)隧道施工中通風(fēng)技術(shù)的有效探究，綜合權(quán)衡各種技術(shù)的利弊后選擇防寒泄水洞方式進(jìn)行隧道施工通風(fēng)工作，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可在節(jié)省材料的基礎(chǔ)上降低風(fēng)耗，從而大大增強(qiáng)了通風(fēng)機(jī)的工作效能。技術(shù)人員對(duì)高寒條件下隧道施工通風(fēng)作業(yè)的基本參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致、全面的分析后采取有效的措施加以預(yù)防，從而有效緩解了低壓低氧情況下供風(fēng)速度與工作面熱量散失之間的關(guān)系，提高了洞內(nèi)的施工作業(yè)環(huán)境質(zhì)量，為施工人員提供一個(gè)安全的環(huán)境，為施工的順利實(shí)施奠定了一定的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

本工程施工后，取得了非常好的施工效果，隧道工程施工質(zhì)量達(dá)到了要求，為類似工程施工積累了豐富經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有較高的借鑒參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]崔凌秋，金祥秋.寒冷地區(qū)隧道滲漏水的主要原因及

預(yù)防措施[J].公路，2001，（11）.

[2]昝勇杰，陳建勛.大坂山公路隧道防凍隔溫層效果現(xiàn)

場(chǎng)測(cè)試與分析[J].公路，2001，（10）.

[3]鐵道部.青藏鐵路高原多年凍土區(qū)隧道工程質(zhì)量檢驗(yàn)

評(píng)定及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].2002.

[4]李家洋.復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)的發(fā)展[J].科

技資訊，2011，（2）.

作者簡介：趙以斌（1981-），男（藏族），青海樂都人，中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司工程師，研究方向：公路施工。

（責(zé)任編輯：蔣建華）