復(fù)雜地質(zhì)條件下高寒隧道快速施工技術(shù)

舒智華

摘 要：米拉山隧道是世界海拔最高的公路長(zhǎng)大隧道，隧道全長(zhǎng)5.727公里，平均海拔4750米，具有高寒、低溫、低壓、缺氧、地質(zhì)破碎的特點(diǎn)。通過對(duì)拌合站及原材料保溫加熱、高壓水有效保溫、優(yōu)化富水?dāng)鄬悠扑閹鷰r施工、優(yōu)化隧道施工機(jī)械組合及人員配備、加強(qiáng)通風(fēng)及供氧研究、實(shí)踐、總結(jié)、改進(jìn)、提高，獲得了在高海拔高寒地區(qū)修建隧道的基本經(jīng)驗(yàn)和一些施工關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)后續(xù)復(fù)雜地質(zhì)條件下高寒隧道快速施工提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；隧道施工；管棚；高海拔；高寒地區(qū)

中圖分類號(hào)：U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）05-0054-02

Abstract： Mila Mountain Tunnel is the world's highest highway tunnel， with a length of 5.727 km， an average elevation of 4750 meters， has the characteristics of subnival area， low temperature， low pressure， hypoxia， and geological fragmentation. Through heat preservation and heating of mixing station and raw materials， effective heat preservation of high pressure water， optimization of surrounding rock construction of water-rich fault broken zone， optimization of tunnel construction machinery combination and staffing， and strengthening ventilation and oxygen supply research， practice， summary， improve and enhancement， the basic experience and some key construction techniques of tunnel construction in high altitudes and cold areas are obtained， which provides certain experience for the rapid construction of tunnels in subnival areas under complicated geological conditions.

Keywords： complex geological conditions； tunnel construction； Pipe shed； high altitude； subnival area

1 工程概況及地質(zhì)特點(diǎn)

1.1 工程概況

米拉山隧道位于工布江達(dá)縣境內(nèi)，與拉薩市墨竹工卡縣相界，隧道南北向橫穿海拔5350m的米拉山。隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)5727米，最大埋深約375m。隧址區(qū)地貌類型為高山山嶺，北側(cè)為地勢(shì)低洼的尼洋河流域，南側(cè)為墨竹曲流域地貌。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪及鉆探揭露，隧址區(qū)地層主要為晚第三系新達(dá)拉（NX）花崗巖、下第三系-上白堊系林子宗（K2-E）l3）凝灰?guī)r、前奧陶系松多巖群岔薩崗巖組（AnOc）板巖、冰水積（Q3fgl）碎石土、崩坡積（Q4c+dl）碎石土。

隧址區(qū)水系為雅魯藏布江水系，沿線地表水十分豐富，在季風(fēng)氣候條件下，河谷流量隨季節(jié)變化大，洪水期與枯水期的流量相差懸殊。隧址區(qū)一帶有斷裂構(gòu)造，巖層傾角較大，其產(chǎn)狀303∠70°，主要為片麻狀花崗巖，無(wú)大的隔水層，分布廣泛的含水地層穩(wěn)定，在地表分水、地下分水嶺及侵蝕基面挾持下形成獨(dú)立的地下水補(bǔ)給、賦存、運(yùn)移、排泄體系面成為當(dāng)?shù)貐^(qū)域性水文地質(zhì)條件的重要規(guī)律。區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造單一，地下水賦存運(yùn)移受裂隙控制。

2 主要施工原則

緊緊抓住高海拔、高寒、缺氧的地質(zhì)和氣候特征，結(jié)合米拉山隧道特有的工程特點(diǎn)，在立足現(xiàn)有技術(shù)的前提下，廣泛采用新方法、新技術(shù)、新工藝、新材料，優(yōu)質(zhì)、安全、高效地完成隧道的施工。

（1）盡量多采用機(jī)械化施工替代人力施工的同時(shí)，配備足夠的施工人員，確保人員和機(jī)械設(shè)備滿足高寒隧道現(xiàn)場(chǎng)施工要求。（2）由于氣壓低、缺氧、寒冷、多風(fēng)， 內(nèi)燃機(jī)械功率損失較大， 防凍起動(dòng)較難。盡量少用內(nèi)燃機(jī)設(shè)備， 多用電動(dòng)或風(fēng)動(dòng)機(jī)械。（3）加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)機(jī)械設(shè)備的配置， 提供洞內(nèi)更多的新鮮空氣， 改善工作面的空氣環(huán)境。（4）在持續(xù)低溫的條件下，采取有效的保溫措施，確保噴混凝土和模注混凝土的出廠溫度。（5）復(fù)雜地質(zhì)條件隧道加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)掌子面前方不良地質(zhì)體的位置、產(chǎn)狀及其圍巖結(jié)構(gòu)的完整性與含水的可能性，為正確選擇開挖方法、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，保證施工安全。

3 優(yōu)化施工方案及措施

3.1 低溫混凝土施工

針對(duì)米拉山高寒對(duì)混凝土施工質(zhì)量影響大的特點(diǎn)， 經(jīng)過不斷研究探索、革新， 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)境混凝土施工的難題， 保證了隧道的順利修建， 具體采取了以下措施：（1）對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)加熱， 提高混凝土出料溫度。拌合站儲(chǔ)料倉(cāng)、配料機(jī)、斜皮帶及拌合樓整體采用彩鋼板封閉，用于冬施的3個(gè)料倉(cāng)分別采用7.5cm阻燃防火板進(jìn)行封閉設(shè)置卷簾門，料倉(cāng)內(nèi)采用設(shè)置加熱風(fēng)機(jī)對(duì)砂石料進(jìn)行加熱。在彩鋼棚內(nèi)配置2臺(tái)鍋爐，一臺(tái)用于循環(huán)加熱儲(chǔ)水罐（埋與地下）內(nèi)的拌合用水，一臺(tái)用于整個(gè)拌合樓的保溫，確保拌合設(shè)備溫度不低于10℃。（2）外加劑儲(chǔ)存于彩鋼棚內(nèi)，當(dāng)溫度過低時(shí)采用電熱毯包裹預(yù)熱。為保證冬季拌合站施工用水溫度，采取在拌合站附近打井抽水的方式供應(yīng)，拌合樓至水井的供水管路用保溫材料包裹后埋入地下1.5m深。endprint

3.2 完善的洞內(nèi)施工用水措施

結(jié)合米拉山高寒地區(qū)的氣候條件，采用從洞口附近水井抽水至洞內(nèi)的移動(dòng)保溫蓄水池，在出水管上安裝增壓泵供給隧道施工用水，確保施工用水溫度縮短噴射混凝土的凝固時(shí)間，具體施工方法為：（1）供水管保溫措施。在水井處設(shè)置水泵房，溫度過低采用電暖氣取暖，保證水源不被凍結(jié)。水泵房至洞口段管道采用聚氨酯保溫材料包裹的方式，埋深至地下2.0米以下，以達(dá)到保溫的目的，每15米左右設(shè)置檢查井。進(jìn)水管不工作時(shí)，閥門上關(guān)下開，將管內(nèi)的水放干，防止水管凍裂。（2）排水管路保溫。排水管路洞內(nèi)段因洞內(nèi)溫度較高，不易凍結(jié)，如凍結(jié)及時(shí)人工清理。洞外段設(shè)置保溫管道并深埋地下2m以下引至洞外自然溝渠排出。出水口要遠(yuǎn)離洞口，并經(jīng)常派人進(jìn)行清理、引流，防止管口凍結(jié)，堵塞排水管道。

3.3 加強(qiáng)超前支護(hù)

由于富水?dāng)鄬悠扑閹鷰r的突水突泥，所以在實(shí)際施工中，富水?dāng)鄬悠扑閹鷰r突水突泥會(huì)發(fā)生在掌子前不遠(yuǎn)處，所以必須對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)超前支護(hù)，輔以帷幕注漿方法為基礎(chǔ)，實(shí)施分層漸進(jìn)式復(fù)合控制注漿技術(shù)，否則將會(huì)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。具體要求如下：（1）φ89超前管棚分層加固開挖輪廓線外8m，每一環(huán)加固段長(zhǎng)20m，且根據(jù)實(shí)際富水?dāng)鄬悠扑閹чL(zhǎng)度確定環(huán)數(shù)。（2）φ42小導(dǎo)管環(huán)間距加密，且分序漸進(jìn)，逐步加固圍巖。（3）采用反復(fù)強(qiáng)化的注槳方法，通過由淺而深逐步提高注漿壓力，增加漿脈數(shù)量和寬度，減小注漿盲區(qū)。（4）提高注漿加固體強(qiáng)度，即速凝材料限制加固范圍，普通單液漿慢滲消除注漿盲區(qū)，提高圍巖強(qiáng)度。（5）通過嚴(yán)格檢查，反復(fù)強(qiáng)化，局部補(bǔ)充注漿，提高帷幕強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

3.4 合理優(yōu)化資源配置

針對(duì)氣壓低、缺氧和高寒對(duì)作業(yè)人員及機(jī)械設(shè)備影響較大的特點(diǎn)，遵循多用電動(dòng)機(jī)械，少用內(nèi)燃機(jī)械的原則，進(jìn)行機(jī)械選型配套，多配備作業(yè)人員（單洞作業(yè)面配置不等于120人），防止高原不適應(yīng)。同時(shí)，購(gòu)買新機(jī)械設(shè)備，提高高原機(jī)械效率，減少設(shè)備洞內(nèi)的廢氣排放。經(jīng)施工實(shí)踐證明，所配套使用的機(jī)械設(shè)備，適用性較好，充分發(fā)揮了綜合配套效率，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，配備的作業(yè)人員能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，證明了在高海撥、高寒的獨(dú)特條件下，依照此模式進(jìn)行機(jī)械選型配套及配備作業(yè)人員是可行的（如表2）。

3.5 加強(qiáng)通風(fēng)供氧

洞內(nèi)供氧主要以洞口通風(fēng)機(jī)向洞內(nèi)壓入新鮮空氣為主，洞口設(shè)置醫(yī)務(wù)室和高壓氧艙，供人員休息。

（1）每個(gè)掌子面配置一臺(tái)2*132kW風(fēng)機(jī)，一條單獨(dú)的風(fēng)帶通風(fēng)至掌子面。為了減少風(fēng)壓損失，風(fēng)帶全部采用螺旋風(fēng)帶。（2）為加強(qiáng)洞內(nèi)供氧，在靠近掌子面的橫通道內(nèi)設(shè)置供氧站，以供施工人員吸氧。具體如下：采用在橫通道內(nèi)放置40L的鋼瓶，1個(gè)鋼瓶可供兩人同時(shí)連續(xù)吸氧10小時(shí)，橫通道內(nèi)放置4個(gè)鋼瓶，可供8人同時(shí)吸氧。同時(shí)備用4個(gè)鋼瓶，作為沖罐氧氣時(shí)替換。（3）隧道口配置一臺(tái)固定氧吧休息車，由集裝箱改制，供休息人員及缺氧人員使用。需移動(dòng)時(shí)由平板運(yùn)輸車轉(zhuǎn)運(yùn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)公路及鐵路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在主要交通干線上隧道工程所占比重逐漸增大。在高海拔極寒地區(qū)空氣含氧量較低，冬季溫度極低，冰凍天氣較多，晝夜溫差大，部分地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致施工人員和機(jī)械設(shè)備效率低下，復(fù)雜地質(zhì)條件下高寒隧道快速施工技術(shù)突顯尤為重要。通過對(duì)該隧道海拔高，缺氧、嚴(yán)寒、地質(zhì)破碎的特點(diǎn)，以科學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)施工，積累了大量寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，為有效地解決我國(guó)高海拔、高寒地區(qū)隧道快速施工提供了一些技術(shù)方法和手段。

通過對(duì)拌合站及原材料保溫加熱措施，保證混凝土冬季施工質(zhì)量；對(duì)高壓水管采取有效保溫措施，解決冬季管道被凍及縮短噴射混凝土的凝固時(shí)間的問題；優(yōu)化富水?dāng)鄬悠扑閹鷰r施工，加強(qiáng)超前支護(hù)，輔以帷幕注漿方法，實(shí)施分層漸進(jìn)式復(fù)合注漿技術(shù)，解決復(fù)雜地質(zhì)施工難題；優(yōu)化隧道施工機(jī)械組合及人員配備，提高施工效率并降低能耗；將隧道內(nèi)通風(fēng)及供氧進(jìn)行綜合考慮，改善洞內(nèi)施工環(huán)境。

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