簡述高地溫區(qū)富水特長隧道施工技術(shù)

錢林森

摘 要：隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，深埋高地熱條件下的長大隧道越來越多，高地溫熱害問題日漸突出。地熱溫度不僅對襯砌結(jié)構(gòu)的受力特征有影響，而且會影響隧道結(jié)構(gòu)的耐久性。在高地溫區(qū)富水特長隧道工程的施工過程中，集中攻克特長隧道開挖、斷層富水、高地溫等施工難點，提升施工質(zhì)量。本文將簡要分析在富水、高地溫特長隧道工程的施工技術(shù)，提升隧道工程施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：特長隧道;斷層富水;高地溫;技術(shù)措施;施工質(zhì)量

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A

在地熱溫度作用下，隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，拱頂和拱腳彎矩變化較大，以及結(jié)構(gòu)整體安全系數(shù)降低。豐富的地下水對隧道施工極為不利，且高熱溫泉攜帶大量熱量使得洞內(nèi)環(huán)境溫度升高，這無疑惡化了隧道施工環(huán)境。在不同地段的施工中，為保證施工質(zhì)量，必須要確保選擇施工技術(shù)具有可行性和針對性。

1 特長隧道施工技術(shù)方案

1.1 施工組織

豐順隧道全長14 407 m，共設(shè)置4個斜井，分別在DK50+975、DK53+825、DK56+053、DK58+790設(shè)置4處斜井。隧道施工分10個作業(yè)面。

豐順隧道除配置1臺三臂鑿巖臺車施工外，采用氣腿式風鉆鉆爆法開挖，錨噴支護，無軌運輸、壓入式通風。

（1）洞口施工：斜井洞口開工前先施工截水溝，避免雨水對邊坡的沖刷，進洞前施作拱部超前大管棚。（2）超前支護：洞口及局部淺埋段洞身超前支護采用超前管棚支護措施及周邊圍巖注漿，斷層破碎段采用徑向注漿和超前小導(dǎo)管。（3）開挖：斜井III級圍巖段采用全斷面法施工，IV、V級圍巖采用臺階法施工。正洞段II級圍巖采用全斷面法施工，III級圍巖段采用臺階法施工，IV級圍巖采用三臺階法施工。（4）初支采用濕噴機械手濕噴工藝。（5）仰拱采用移動模架整體澆筑。（6）二襯采用12 m液壓襯砌臺車施工，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土攪拌運輸車運輸，混凝土輸送泵泵送入模，插入式搗固器振搗密實。（7）水溝電纜槽采用移動模架施工。

1.2 機械化配套

隧道施工機械化配套主要包含隧道施工方法及施工組織、隧道施工機械設(shè)備配套、隧道主要臨時設(shè)施配套、工廠化加工設(shè)備配套、隧道施工通風設(shè)備配套、隧道反坡抽排水設(shè)備配套、隧道信息化施工設(shè)備配套、隧道襯砌臺車及作業(yè)臺架等9個部分。

（1）施工組織。施工方面主要考慮開挖棄渣、仰拱施工及襯砌澆筑等工序間的銜接，避免造成一項工序的施工阻礙其他工序正常開展。

（2）施工方法。隧道施工應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小等因素對設(shè)計文件中的施工方法進行評估，對不合理的施工方法應(yīng)提出變更和優(yōu)化。

隧道施工方法變更或優(yōu)化時，應(yīng)重點考慮揭示圍巖的自穩(wěn)能力，優(yōu)先選擇初期支護能夠及早封閉成環(huán)的施工方法。

（3）隧道施工機械設(shè)備配套。隧道機械設(shè)備配套根據(jù)隧道施工順序和工序分超前鉆探及預(yù)支護、開挖、裝碴運碴、支護、仰拱、防水板及鋼筋、二次襯砌、水溝電纜槽、質(zhì)量檢測與缺陷修復(fù)共九條作業(yè)線進行配置。

（4）隧道主要臨時設(shè)施配套。隧道施工供電、供風、供水的配置根據(jù)隧道規(guī)模、使用的各項機械設(shè)備的功率損耗等計算確定。

（5）工廠化加工設(shè)備配套。隧道施工用混凝土、噴射混凝土拌制，支護鋼架、結(jié)構(gòu)鋼筋加工，溝槽蓋板預(yù)制等應(yīng)實行工廠化集中生產(chǎn)與加工制作。

（6）通風設(shè)備配套。隧道施工通風設(shè)備配套應(yīng)根據(jù)隧道掘進長度、隧道斷面大小、一次爆破炸藥用量、內(nèi)燃機械設(shè)備配置等情況計算后綜合確定。

（7）反坡抽排水設(shè)備配套。隧道反坡抽排水設(shè)備及管路配套應(yīng)根據(jù)隧道涌水量、施工長度、坡度等條件計算確定。一般情況，抽排水能力應(yīng)大于涌水量的1.2倍;應(yīng)急抽排水時，應(yīng)利用隧道施工高壓風管和水管，抽排能力應(yīng)大于涌水量的2倍要求。

（8）信息化施工設(shè)備配套。隧道超前地質(zhì)預(yù)報設(shè)備配套應(yīng)根據(jù)巖層特點、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、地下水等因素綜合考慮確定。對于地質(zhì)復(fù)雜隧道，應(yīng)采用地質(zhì)素描、物探、鉆探等方法進行綜合預(yù)報，相互印證。

加強施工過程中監(jiān)控量測頻率。配備有害氣體監(jiān)測儀器、門禁及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等信息化設(shè)備。

（9）襯砌臺車及作業(yè)臺架。隧道襯砌臺車、水溝電纜槽模架，開挖、防水板鋪設(shè)等作業(yè)臺架除應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定性要求外，凈空應(yīng)滿足各種施工設(shè)備通行要求。

2 富水地段隧道施工技術(shù)方案

2.1 前期準備工作

在隧道工程開始實施之前，要將山谷或者是地表徑流引流，盡可能的降低地表水的深入程度。隧道開挖的過程中，要采取合理的措施降低地下水位，提升土層抵抗外部破壞力的能力。采取合理的隧道開挖技術(shù)和支護作業(yè)技術(shù)，盡可能的通過控制措施緩解地表沉降問題。

2.2 洞外處理技術(shù)

為了防止在隧道工程施工中出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，為水源處理提供良好的方式，在工程實施之前，需要加快構(gòu)建截排水溝，對水源進行合理引流，降低水分滲入隧道的量。

2.3 洞內(nèi)涌水處理技術(shù)

（1）超前地質(zhì)預(yù)報。隧道不同程度滲水時，現(xiàn)場及時增加超前地質(zhì)預(yù)報預(yù)測手段。在原有超前地質(zhì)預(yù)報方式的基礎(chǔ)上，增加超前地質(zhì)鉆孔及地質(zhì)雷達手段，提前預(yù)測開挖前方水文地質(zhì)情況，并根據(jù)地質(zhì)情況和地下水狀況，制定注漿措施，確保施工中不發(fā)生突泥涌水安全風險事件，確保施工安全。

（2）注漿止水。根據(jù)隧道出水情況，初支局部滲水可采用徑向注漿措施。注漿既可起到堵水的作用，同時還可對受涌水影響的初支空洞進行填充、保證初支背后無空洞。

（3）加強防水措施。針對初支滲水量較大地段，環(huán)向每間隔6 m設(shè)置一道2 m寬凹凸排水板;對局部水量特別大的段落，按照每3 m設(shè)置一道2 m凹凸排水板進行布置。

在仰拱初支底面每間隔3 m橫向設(shè)置一道φ50加勁軟式透水盲管，環(huán)向盲管直接接入隧道水溝，形成獨立排水系統(tǒng)，無需接入縱向盲管。

（4）泄壓孔。隧道埋深較大，地下水豐富的地段，為緩解地下水對結(jié)構(gòu)的水壓力，防止后期涌水壓力對結(jié)構(gòu)造成破壞及漏水，襯砌結(jié)構(gòu)完成后可沿中心水溝間隔5 m打設(shè)泄壓孔，泄壓孔開孔直徑φ100，孔內(nèi)埋置φ100PVC管。

3 高溫隧道工程施工技術(shù)

3.1 高溫隧道的形成原因

地溫分布是地溫在地殼表層的分布狀況，它是地球內(nèi)熱和太陽輻射熱在地殼表層相互作用的結(jié)果。形成地殼表層地溫場的主要熱源還是來自地球的內(nèi)部。地溫場的影響因素較多，但主要取決于以下三組因素：區(qū)域深部熱背景、成熱環(huán)境及附加熱源。高溫隧道在形成的原因大多集中在以下幾點。第一，隧道具有較深的埋深深度，豐順隧道全長14 407 m，最大埋深約850 m，地熱環(huán)境屬于中低溫對流型地熱系統(tǒng)的模式，該區(qū)域地下一定深度巖漿活動強烈，構(gòu)造斷裂比較發(fā)育，地下水量豐富。第二，隧道所處位置的外部溫度較高，隧道內(nèi)部的溫度也將會較高。隧道施工可以近似的看成為封閉體，內(nèi)部新鮮空氣的來源主要是洞口位置，通過通風設(shè)備將外部空氣壓入隧道內(nèi)部，對洞內(nèi)的溫度做出調(diào)節(jié)，將內(nèi)部粉塵、有害氣體排出。當隧道工程地處熱帶區(qū)域時，豐順隧道位于廣東省梅州市范圍，溫度長年氣溫較高屬于高熱地區(qū)，導(dǎo)致隧道內(nèi)部的空氣溫度長時間具有較高狀態(tài)。第三，施工熱源影響。在隧道工程施工階段，豐順隧道作業(yè)需要使用的人員設(shè)備較多，作業(yè)而產(chǎn)生的熱量仍是隧道高地溫環(huán)境不可忽視的重要熱源，比如建筑材料水化生熱、施工機械器具運作產(chǎn)熱等，且所產(chǎn)生的熱量不容易擴散，造成內(nèi)部溫度上升。第四，特殊地質(zhì)構(gòu)造。豐順隧道基本位于熱活動區(qū)域內(nèi)，受地下內(nèi)熱活動影響，該地區(qū)地下水多以溫泉或熱泉的形式出露地表，形成熱環(huán)流系統(tǒng)，通過熱交換增加隧道內(nèi)部溫度。

3.2 高溫隧道施工措施。

（1）強化隧道內(nèi)部通風。通過上述分析可以得知高溫出現(xiàn)的原因，想要將溫度降低，最佳方法是強化隧道內(nèi)部的通風力度，通過提高隧道內(nèi)部與隧道外部之間的空氣流動，降低隧道內(nèi)部溫度。另外，將供風量增加還可以顯著將洞內(nèi)粉塵和有毒有害氣體濃度降低。較大的風口出風速度使得施工作業(yè)區(qū)域空氣循環(huán)加快，通風速度促使空氣更快流通，冷空氣在較短時間內(nèi)擴散，加大了降溫的效果，使得洞內(nèi)熱空氣盡快被冷空氣置換，在條件允許下，盡可能增加風管口出風風速，加快洞內(nèi)空氣流通，有利于施工安全、順利進行。

當前，在設(shè)計隧道內(nèi)部通風風量的時候，仍然需要考慮以下幾方面指標。第一是在有限數(shù)量、額定功率的風機條件下，過大的風量無法實現(xiàn)。第二是減少風筒漏風和風壓損失。第三是最多炸藥使用量使用時的供風量。第四是施工時作業(yè)人員較多的供風量。

（2）冰制冷系統(tǒng)。通過在隧道上臺階開挖臺架、仰拱端頭、防水板臺車大小里程處放置冰塊，冰塊位置及距離冰塊位置2 m、5 m、10 m、20 m布置掛壁式溫度計，監(jiān)測及分析得出，在洞內(nèi)各作業(yè)面放置冰塊，對洞內(nèi)溫度的降低有一定的效果，放置數(shù)量的增加，能夠達到洞內(nèi)空氣整體降溫的目的;同時冰塊融化到一定階段過后，作業(yè)溫度達到最低，在冰塊融化逐漸完畢的過程中，洞內(nèi)空氣溫度逐漸回升，冰塊放置過程中做到冰塊在融化時間上的交替放置，有效的保證了洞內(nèi)舒適的作業(yè)環(huán)境。

利用冰制冷系統(tǒng)的時候，主要適合在掌子面30 m的范圍內(nèi)，施工人員在該位置聚集。通過使用冷氣式冰塊既可以達到降溫的目的，還可以降低洞內(nèi)濕氣。

（3）灑水降溫。當高地溫區(qū)隧道剛開挖段圍巖溫度不高時，可以采取灑水的措施降溫，對隧道圍巖壁面噴射一定量的冷水，降低掌子面及開挖段的溫度。冷水可以根據(jù)隧道施工現(xiàn)場的具體情況，從附近的河流或湖泊引水到隧道內(nèi)。高地溫區(qū)隧道內(nèi)的灑水裝置不僅可降低隧道內(nèi)的溫度，還可起到降低隧道內(nèi)粉塵含量的作用。但在地溫較高環(huán)境下采用的灑水降溫的效果不是很理想。

（4）通風-冰塊結(jié)合。目前雖然一般通過通風的方式來進行熱交換降溫，但是降溫效率較低，隧道各處溫度還是分布不均。

在隧道洞口外設(shè)置冰塊放置籠，在冰塊放置籠內(nèi)部放置洞外冰塊，將冰塊放置籠通過柔性管與通風機相連接，再將通風機與通向隧道內(nèi)的通風管相連接，從而對隧道進行通風降溫。通過洞內(nèi)冰塊和設(shè)有洞外冰塊的通風機的結(jié)合使用，來共同降低洞內(nèi)溫度，結(jié)構(gòu)簡單，不僅安裝方便，且材料易得，材料成本低，能耗小，特別適用于高地溫區(qū)隧道降溫。

通過洞內(nèi)冰塊和通風機通風降溫，可以有效降低隧道內(nèi)的溫度，并通過適時增添洞內(nèi)冰塊，使隧道溫度始終保持在30℃以下，避免了工人在高溫環(huán)境下持續(xù)工作對健康的影響，且提高了施工效率，加快了隧道施工進度。

4 結(jié)束語

在隧道工程施工過程中，為保證施工質(zhì)量，提升隧道工程的服務(wù)能力，施工人員必須要基于實際施工情況采取具有針對性的施工方案，旨在提升進度，提升施工質(zhì)量。本文從富水、高地溫特長隧道工程施工著手，探究相應(yīng)的施工方案，為工程實施高質(zhì)量提供借鑒。

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