大柱山隧道地?zé)岫尉C合降溫施工技術(shù)

陳志強(qiáng)

中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司 陜西 咸陽 712000

正文：

1、大柱山隧道概況

大柱山隧道位于云南省保山市，穿越著名的橫斷山南段，全長14484m，其中單線正洞13803m；預(yù)留Ⅱ線209.4m，大跨段區(qū)域471.6m，隧道最大埋深為1010m。隧道洞內(nèi)縱坡設(shè)計(jì)為“人”字坡，最大縱坡23.5‰。其整體地勢北高南低，所在區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，穿越6條斷裂帶，局部地段可能出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)、突然涌水、巖爆、巖溶、放射性、地?zé)岬炔涣嫉刭|(zhì)，施工難度極大。

2、隧道設(shè)計(jì)勘查地?zé)崆闆r

大柱山隧道地?zé)岬囟蔚膸r性主要為砂巖、泥巖、砂巖夾灰?guī)r等。根據(jù)設(shè)計(jì)提供資料顯示，隧道埋深超過890m地段地溫可能超過28℃，最大埋深955m地溫約為29℃，預(yù)測地溫可能超過我國礦山勞動保護(hù)條例（28℃）的保護(hù)工人的身心健康和工作效率的上限溫度值，屬于低高溫帶。在探孔D1Z-大柱山-04、D1Z-大柱山-05鉆孔測試分析，孔底溫度已超過28℃，推算DK117+000～DK119+000段洞身溫度將超過28℃，最高可達(dá)到33.6℃，因此在施工過程中應(yīng)進(jìn)行測試地溫，加強(qiáng)地溫監(jiān)測及時采取降溫措施，防止造成人身傷害。

3、 開挖揭示情況

2014年8月開始，大柱山隧道出口平導(dǎo)掌子面施工環(huán)境溫度逐步升高，且隨著開挖施工的進(jìn)行，洞內(nèi)環(huán)境溫度升高和潮濕現(xiàn)象逐漸加劇，作業(yè)環(huán)境極其惡劣，現(xiàn)場采用測溫儀對隧道內(nèi)巖溫及空氣溫度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果：洞內(nèi)空氣溫度值為非作業(yè)施工環(huán)境下34℃，巖溫值31℃。2015年9月份以來，隨著平導(dǎo)開挖逐漸加深，隧道埋深超過910米，洞內(nèi)溫度越來越高，實(shí)測洞內(nèi)空氣溫度值在施工作業(yè)環(huán)境下為41℃。

4、大柱山隧道地?zé)岫尉C合降溫施工技術(shù)

4.1 總體施工方案

根據(jù)大柱山隧道設(shè)計(jì)勘查地?zé)崆闆r，結(jié)合現(xiàn)場技術(shù)條件、技術(shù)裝備及施工組織安排、合同工期要求等，在工作人員可忍受的條件下保證隧道正常施工，大柱山隧道主要采用加強(qiáng)通風(fēng)降溫、冰制冷降溫等降溫方法相結(jié)合的降溫措施，同時合理調(diào)整隧道施工工序作業(yè)時間的綜合施工技術(shù)。

4.2 地?zé)崾┕ぜ夹g(shù)措施

4.2.1 巖溫和洞內(nèi)空氣溫度、濕度量測

為預(yù)防洞內(nèi)地?zé)釣?zāi)害的發(fā)生，進(jìn)入地?zé)岫问┕ず螅⒓窗才艑Ｂ毴藛T開始對洞內(nèi)空氣溫度、濕度及掌子面巖石溫度進(jìn)行測量，分析地?zé)崆闆r及隧道環(huán)境溫度、濕度對人工、機(jī)械的影響情況，及時采取措施降溫除濕措施，保證施工人員的滲透健康和機(jī)械效率。

⑴洞內(nèi)作業(yè)溫度測量

a、測量儀器與方法

采用干球溫度計(jì)、自然濕球溫度計(jì)、黑球溫度計(jì)在同一地點(diǎn)分別測量計(jì)算,自然濕球溫度計(jì)的感應(yīng)部分應(yīng)為圓柱體，測量范圍在5℃～40℃；精度為±0.5℃。黑球溫度計(jì)的黑球直徑為150mm或50mm，為無光澤黑球，平均輻射系數(shù)為0.95，銅球壁越薄越好。測量范圍為20℃～120℃，精度為±1℃。干球溫度計(jì)測量范圍為10℃～60℃；精度為±0.5℃，測量時注意防止輻射熱的影響。

b、干球、濕球和黑球溫度測量時應(yīng)采用三角支架將三個溫度計(jì)懸掛起來，以便使環(huán)境空氣不受限制流經(jīng)球體感溫部。

c、在測量濕球溫度時，要在濕球溫度計(jì)的感溫部分裹上一層濕紗布條，紗布條要覆蓋濕球溫度計(jì)的整個感溫球體。測量時由其自然蒸發(fā)（不能人為強(qiáng)迫通風(fēng)），每10min讀記測量數(shù)值。應(yīng)注意保持紗布條清潔、濕潤，再次使用前要清洗干凈。

d、測量時間及頻率

在生產(chǎn)正常和工作地點(diǎn)熱源穩(wěn)定時，同一工作地點(diǎn)，在一個工作日內(nèi)應(yīng)測量三次，即工作開始后及結(jié)束前0.5h分別測一次，工作中測一次，取平均值。

e、測量地點(diǎn)及位置

選擇作業(yè)人員經(jīng)常操作、停留或臨時休息處,洞內(nèi)應(yīng)在拱腳、邊墻及墻角分別測一次。

⑵巖溫測定方法：采用隧道邊墻淺孔測溫法進(jìn)行巖溫測量，見下圖1。

圖1 巖溫測孔布置圖

a.測溫儀器的選擇：高地溫工點(diǎn)洞內(nèi)巖溫測量采用智能數(shù)字顯示報(bào)警儀WP-C80測量巖溫。

b.鉆孔的位置：選擇在距開挖面3-5m的邊墻距離隧道底板1.0～1.2m高的圍巖較完整、干燥巖體處鉆孔。

c.鉆孔方式：用風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，采用高壓風(fēng)吹孔，不得用水沖洗鉆孔。為了保證測溫的精度，鉆孔一般要求向上傾斜5～10℃，現(xiàn)場可根據(jù)具體情況調(diào)整；鉆孔深度3-4m，孔徑不小于42mm。

d.測溫方法：將鉆好的孔位立即封閉，在采用智能數(shù)字顯示報(bào)警儀WP-C80測量巖溫。

4.2.2 優(yōu)化通風(fēng)方案，加強(qiáng)通風(fēng)措施

高溫隧道內(nèi)的溫度多半是由地?zé)?、施工機(jī)械散熱、洞內(nèi)爆破散熱、襯砌混凝土水化熱等引起的，導(dǎo)致洞內(nèi)溫度高于洞外的環(huán)境溫度。要想降低洞內(nèi)溫度，方法之一就是加強(qiáng)隧道內(nèi)通風(fēng)，加大和加快洞內(nèi)外空氣的流通速度，以此降低洞內(nèi)施工環(huán)境的溫度。此外，增大供風(fēng)量還有助于排除洞內(nèi)有害氣體、降低粉塵濃度。

大柱山隧道出口施工通風(fēng)主要采用分階段管道壓入式及混合巷道式通風(fēng)，通風(fēng)管選用正洞φ1400mm（平導(dǎo)φ1500mm）滌綸軟式通風(fēng)管，風(fēng)管出風(fēng)口至掌子面距離L=60m。鑒于目前隧道高溫施工情況，待正洞相互兩橫通道貫通后需及時風(fēng)機(jī)向前移動，使掌子面有效風(fēng)量達(dá)到最大，以確保隧道達(dá)到降溫目的。其中為正洞進(jìn)風(fēng)通道，平導(dǎo)為排煙通道。

⑴第一階段通風(fēng)

軸流風(fēng)機(jī)安裝在24#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為24#、23#輔助正洞，22#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。正洞為新鮮空氣進(jìn)入通道，平導(dǎo)為污濁空氣排出通道，為確保洞外氣壓能順利通往風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)，滿足進(jìn)風(fēng)側(cè)空氣質(zhì)量要求，需在正洞洞口安裝射流風(fēng)機(jī)，洞身每400～500m安裝一臺射流風(fēng)機(jī),平導(dǎo)于洞內(nèi)通風(fēng)死角處安裝射流風(fēng)機(jī)輔助排出污濁空氣。平導(dǎo)風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-NO.13，功率132×2KW，單獨(dú)供應(yīng)平導(dǎo)通風(fēng)，同時在平導(dǎo)PDK120+720處安裝第二臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力通風(fēng)。正洞風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-4-NO.16，功率110×2KW，共兩臺風(fēng)機(jī)供應(yīng)正洞兩個掌子面施工。

圖2 大柱山隧道出口工區(qū)第一階段通風(fēng)布置示意圖

第一階段通風(fēng)設(shè)備配置見下表1

表1 大柱山隧道出口風(fēng)機(jī)配備表

⑵第二階段通風(fēng)

軸流風(fēng)機(jī)安裝在22#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為22#、21#輔助正洞,20#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。平導(dǎo)風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-NO.13，功率132×2KW，單獨(dú)供應(yīng)平導(dǎo)通風(fēng)，同時在平導(dǎo)PDK119+850處安裝第二臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力通風(fēng)。正洞風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-4-NO.16，功率110×2KW，共兩臺風(fēng)機(jī)供應(yīng)正洞兩個掌子面施工。

圖3 大柱山隧道出口工區(qū)第二階段通風(fēng)布置示意圖

第二階段通風(fēng)設(shè)備配置見下表2

表2 大柱山隧道出口風(fēng)機(jī)配備表

⑶第三階段通風(fēng)

軸流風(fēng)機(jī)安裝在20#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為20#、19#輔助正洞,18#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。正洞為新鮮空氣進(jìn)入通道，平導(dǎo)為污濁空氣排出通道，為確保洞外氣壓能順利通往風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)，滿足進(jìn)風(fēng)側(cè)空氣質(zhì)量要求，需在正洞洞口安裝射流風(fēng)機(jī)，洞身每400～500m安裝一臺射流風(fēng)機(jī),平導(dǎo)于洞內(nèi)通風(fēng)死角處安裝射流風(fēng)機(jī)輔助排出污濁空氣。平導(dǎo)風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-NO.13，功率132×2KW，單獨(dú)供應(yīng)平導(dǎo)通風(fēng)，同時在平導(dǎo)PDK118+920處安裝第二臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力通風(fēng)。正洞風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-4-NO.16，功率110×2KW，共兩臺風(fēng)機(jī)供應(yīng)正洞兩個掌子面施工。

圖4 大柱山隧道出口工區(qū)第三階段通風(fēng)布置示意圖

第三階段通風(fēng)設(shè)備配置見下表3

表3 大柱山隧道出口風(fēng)機(jī)配備表

⑷第四階段通風(fēng)

軸流風(fēng)機(jī)安裝在18#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為18#、17#輔助正洞，16#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。正洞為新鮮空氣進(jìn)入通道，平導(dǎo)為污濁空氣排出通道，為確保洞外氣壓能順利通往風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)，滿足進(jìn)風(fēng)側(cè)空氣質(zhì)量要求，需在正洞洞口安裝射流風(fēng)機(jī)，洞身每400～500m安裝一臺射流風(fēng)機(jī),平導(dǎo)于洞內(nèi)通風(fēng)死角處安裝射流風(fēng)機(jī)輔助排出污濁空氣。平導(dǎo)風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-NO.13，功率132×2KW，單獨(dú)供應(yīng)平導(dǎo)通風(fēng)，同時在平導(dǎo)PDK118+093處安裝第二臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力通風(fēng)。正洞風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-4-NO.16，功率110×2KW，共兩臺風(fēng)機(jī)供應(yīng)正洞兩個掌子面施工。

圖5 大柱山隧道出口工區(qū)第四階段通風(fēng)布置示意圖

第四階段通風(fēng)設(shè)備配置見下表4

表4 大柱山隧道出口風(fēng)機(jī)配備表

⑸ 第五階段通風(fēng)

軸流風(fēng)機(jī)安裝在16#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為16#、15#輔助正洞，14#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。正洞為新鮮空氣進(jìn)入通道，平導(dǎo)為污濁空氣排出通道，為確保洞外氣壓能順利通往風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)，滿足進(jìn)風(fēng)側(cè)空氣質(zhì)量要求，需在正洞洞口安裝射流風(fēng)機(jī)，洞身每400～500m安裝一臺射流風(fēng)機(jī),平導(dǎo)于洞內(nèi)通風(fēng)死角處安裝射流風(fēng)機(jī)輔助排出污濁空氣。平導(dǎo)風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-NO.13，功率132×2KW，單獨(dú)供應(yīng)平導(dǎo)通風(fēng)，同時在平導(dǎo)PDK118+018處安裝第二臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力通風(fēng)。正洞風(fēng)機(jī)采用SDF(B)-4-NO.16，功率110×2KW，共兩臺風(fēng)機(jī)供應(yīng)正洞兩個掌子面施工。

圖6 大柱山隧道出口工區(qū)第五階段通風(fēng)布置示意圖

第五階段通風(fēng)設(shè)備配置見下表5

表5 大柱山隧道出口風(fēng)機(jī)配備表

為了進(jìn)一步加快通風(fēng)排煙速度，增加掌子面空氣流動性，在出碴、噴漿工序作業(yè)結(jié)束后，將高壓風(fēng)開啟，人員暫時撤離，采用高壓風(fēng)配合通風(fēng)30-60分鐘，再關(guān)閉高壓風(fēng)。

通過對隧道通風(fēng)前后洞內(nèi)溫度的測量，原通風(fēng)方案在通風(fēng)60分鐘后，溫度降低0.5～1°C,降溫不明顯，且作業(yè)面溫度經(jīng)常高于40°C，超出了作業(yè)規(guī)定，優(yōu)化通風(fēng)方案后，隧道降溫效果明顯，作業(yè)面溫度能位置在33～39°C，偶爾超過40°C。由此可見高溫隧道洞內(nèi)施工人員及設(shè)備比常溫要多，洞內(nèi)新鮮空氣需求量大，通過加強(qiáng)通風(fēng)，洞內(nèi)通風(fēng)量得到了保障，但是對降溫效果不明顯。

在開挖臺車、襯砌臺車、防水板鋪設(shè)臺架處，在地面及每層平臺各安裝2臺5.5KW的大功率風(fēng)扇，每個臺車（架）安裝6臺，正洞每個工作面18臺，平導(dǎo)工作面6臺。增設(shè)風(fēng)扇后，雖然溫度沒有降低，但大大增加了空氣的流動性，通過加快吃散人體表面汗液和濕氣，達(dá)到人體降溫效果。

4.2.3 冰塊降溫

采用冰制冷降溫主要適用在掌子面 30m 范圍內(nèi)，施工人員較為集中的區(qū)域。一般掌子面每次放置冰體積約 3～4立方米較為合適，在冰塊位置安裝風(fēng)扇，加速空氣流通與冰塊融化速度，加快與洞內(nèi)熱空氣進(jìn)行交換，從而達(dá)到降溫目的。

4.2.4 設(shè)置空調(diào)降溫屋

GB/T4200-2008《高溫作業(yè)分級》中規(guī)定，達(dá)到允許持續(xù)接觸熱時間后，必要休息的時間不得少于15min，休息時應(yīng)脫離高溫作業(yè)環(huán)境。凡高溫作業(yè)工作地點(diǎn)空氣濕度大于 75% 時，空氣濕度每增加1000，允許持續(xù)接觸熱時間相應(yīng)降低一個檔次，即采用高于工作地點(diǎn)溫度 2℃的時間限值，如表6所示。

表6 高溫作業(yè)允許持續(xù)接觸熱時間限值 min

因此，在距離掌子面后方300m處設(shè)置降溫屋，面積約為8平方米。根據(jù)隧道斷面凈空情況，平導(dǎo)采用彩鋼板修建，正洞利用避車洞修建，內(nèi)襯碎料泡沫等密封材料配置空調(diào)機(jī)和除濕機(jī)。降溫屋內(nèi)溫度應(yīng)保持在25℃以內(nèi)，空氣濕度小于70%。

表7 大柱山隧道出口降溫屋設(shè)備配備表

4.2.5 襯砌地段噴水

在隧道剛施做二襯地段，從高壓水管開口引入200mm鋼管，鋼管兩端密封，中間間隔20-30cm設(shè)置噴頭及開關(guān)，當(dāng)掌子面不再用高壓水打鉆時，開啟噴頭閘閥，朝隧道外噴水，利用水降溫。

4.2.6 優(yōu)化施工組織

⑴人員作業(yè)調(diào)整

鑒于本隧溫度高，作業(yè)環(huán)境惡劣，為盡快恢復(fù)體力，需進(jìn)行充分的休息，增加勞動人數(shù)和作業(yè)工班，在正常作業(yè)條件基礎(chǔ)上增加4～6倍施工人員及現(xiàn)場管理人員，縮短每班勞動工時為4小時，作業(yè)1～2小時后進(jìn)入空調(diào)室休息15～30分鐘，實(shí)行6～8班倒作業(yè)，以保證施工人員的健康和安全。

⑵機(jī)械配套調(diào)整

進(jìn)入高溫施工段后，考慮到施工機(jī)械設(shè)備（挖掘機(jī)、裝載機(jī)、出碴車等）故障率增加，效率降低，易出現(xiàn)開鍋現(xiàn)像，采用了增加機(jī)械設(shè)備配置及增加機(jī)械維修人員、增加機(jī)械易損件儲備等措施。高溫段機(jī)械設(shè)備均較常溫段多配備一套設(shè)備作為備用，配置情況見表8。

表8 大柱山隧道出口常溫段與高溫機(jī)械設(shè)備對比表

4.2.7 勞動保護(hù)措施

⑴在地?zé)岘h(huán)境中施工時，人易發(fā)生維生素、水分及鹽類的缺乏，對此我們采用保溫桶裝冷卻鹽開水和白糖綠豆湯及藿香正氣水等放置在作業(yè)面附近供作業(yè)人員及時飲用或服用。

⑵施工人員穿戴內(nèi)置冰塊的冰凍衣服（藍(lán)冰系列降溫保護(hù)用品），以達(dá)到降溫效果，但冰凍衣服降溫部位僅體現(xiàn)在頭部、背部和胸部，且衣服內(nèi)放置冰塊導(dǎo)致重量增加，穿上降溫服操作不靈便，實(shí)施一段時間后取消該措施。

4.3 其他輔助施工措施

4.3.1 加強(qiáng)地?zé)釋ｎ}安全培訓(xùn)

加強(qiáng)對洞內(nèi)作業(yè)人員進(jìn)行地?zé)釋ｎ}安全作業(yè)培訓(xùn)。讓作業(yè)人員了解地?zé)釋θ梭w會帶來哪些危險(xiǎn)，洞內(nèi)若出現(xiàn)高溫現(xiàn)象，最易引起現(xiàn)場作業(yè)人員的中暑發(fā)生。

中暑癥可分為熱痙攣癥、熱虛脫癥和熱射癥三種類型，其癥狀及處置如下：

⑴熱痙攣：由于出汗過多，體內(nèi)的水分、鹽類喪失而引起。其癥狀為在作業(yè)中和作業(yè)后，發(fā)作性肌肉痙攣和疼痛。對此癥應(yīng)采取充分地?cái)z取水和鹽類予以緩解癥狀。

⑵熱虛脫：由于循環(huán)系統(tǒng)失調(diào)而引起。其主要癥狀為血壓降低、速脈、水脈、頭暈、頭痛、嘔吐、皮膚蒼白、體溫輕度上升。采取的措施是，循環(huán)器官有異常的人員嚴(yán)禁參加施工。對有癥狀者增加補(bǔ)水次數(shù)，并在陰涼處靜臥休息。

⑶熱射癥：由于體溫調(diào)節(jié)中樞失調(diào)，體溫上升。癥狀為：體溫高、興奮、乏力和皮膚干燥等。采取的措施，對高溫不適應(yīng)者應(yīng)避免在洞內(nèi)作重體力勞動。在高溫施工地段采用冷水噴霧等方法降溫，必要時對患者可采取醫(yī)療急救處置。

4.3.2 加強(qiáng)施工人員的健康管理

如有高血壓、心臟病的患者，高溫作業(yè)容易引起癥狀惡化；疲勞、空腹、睡眠不足、酒醉等容易誘發(fā)中暑癥，對此類人員應(yīng)禁止參加勞動。

4.3.3 配備防中暑物資及藥品

⑴施工現(xiàn)場值班室配備冰柜，并存放一定數(shù)量的冰塊，以方便對中暑工人降溫使用。

⑵給每個施工作業(yè)人員分發(fā)一定數(shù)量的防治中暑藥物，清涼油、風(fēng)油精、藿香正氣水等。

4.3.4 加強(qiáng)設(shè)備防護(hù)

地?zé)岬囟?，溫度的升高可造成設(shè)備性能降低和橡膠部件的提前老化。施工中應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備自身的排熱性能，提前配備或更換易老化的部件，防止因高溫造成設(shè)備損壞，影響施工的正常進(jìn)行。