高海拔高寒隧道施工技術(shù)研究

馬傳明

在高海拔高寒地區(qū)進(jìn)行隧道工程施工，受地理因素和氣候條件的影響，不僅增加了隧道施工難度，而且存在較大的施工安全隱患。因此，對(duì)高海拔高寒隧道施工技術(shù)的研究成為了隧道工程的重要內(nèi)容。本文主要是以拉納山隧道工程為例，對(duì)影響高海拔高寒隧道施工的因素以及施工特點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了分析，并結(jié)合工作實(shí)踐，總結(jié)了高海拔高寒隧道施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

一、影響高海拔高寒隧道施工的因素分析

在高海拔高寒地區(qū)進(jìn)行隧道工程施工主要受地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及氣候條件等因素的影響。主要表現(xiàn)在：1.地形地貌。拉納山隧道工程屬于青藏高原地區(qū)，其地形地貌特征主要為東高西低，北高南低，山脈呈正南北向展布，海拔在3000米以上。2.工程地質(zhì)。拉納山隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及不良地質(zhì)都會(huì)對(duì)隧道施工造成一定的影響。拉納山隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)處于泥盆系、三疊系以及第四系地層，地區(qū)地質(zhì)以斷層、擠壓破碎節(jié)理為主。3.水文地質(zhì)。拉納山隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)裂隙間為泥質(zhì)填充，圍巖穩(wěn)定性較差，且部分地段涌水量較大。4.氣候條件。拉納山隧道施工地區(qū)空氣稀薄、氣壓低、紫外線強(qiáng)烈、溫差大、植被脆弱，增加了隧道施工難度。

二、高海拔高寒隧道施工特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1.高海拔高寒隧道施工特點(diǎn)

（1）高海拔。拉納山隧道工程施工地區(qū)隧道洞口的海拔在3100米，屬于四川省海拔最高的隧道工程。（2）高地震。拉納山隧道施工地區(qū)距離活動(dòng)斷裂帶較近，施工過程中地震較為頻繁，需要在施工過程中進(jìn)行地震設(shè)防。（3）高地應(yīng)力。拉納山隧道施工地區(qū)圍巖受構(gòu)造作用的影響較大，會(huì)產(chǎn)生較高的地應(yīng)力，主要表現(xiàn)為以炭質(zhì)千枚巖為主的含水極軟巖的大變形。高地應(yīng)力會(huì)增加隧道施工難度，在施工過程中需要采取一定的措施對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行解決。（4）地形差。拉納山隧道施工地區(qū)地形偏壓嚴(yán)重、覆蓋層巨厚。此外，拉納山隧道出口為第四系崩坡積層，厚度較大而地形較陡，在施工過程中要采取注漿措施進(jìn)行解決，增加了隧道施工難度。（5）地質(zhì)差。拉納山隧道施工地區(qū)隧道洞口是巨厚松散覆蓋層、洞口和洞身有較大的滑坡、裂隙水豐富、特大坍方、卸荷應(yīng)力、大變形、巖體松弛應(yīng)力等特殊地質(zhì)問題。（6）施工環(huán)境差。拉納山隧道施工地區(qū)各種惡劣的自然條件，比如，空氣稀薄、氣壓低、紫外線強(qiáng)烈、溫差大、植被脆弱、施工場(chǎng)地狹窄等，這些都對(duì)施工安全、質(zhì)量、造價(jià)、進(jìn)度影響非常大。

2.高海拔高寒隧道施工難點(diǎn)

拉納山隧道施工難點(diǎn)主要是受施工地區(qū)地質(zhì)條件和氣候條件的影響，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）拉納山隧道施工現(xiàn)場(chǎng)受地質(zhì)條件影響，特殊的地形地貌使得施工現(xiàn)場(chǎng)交通不便，施工時(shí)設(shè)備和施工材料運(yùn)輸難度大；地質(zhì)巖層復(fù)雜多樣，增加了施工方案設(shè)計(jì)難度，使得施工過程中存在較大的不可預(yù)見性；施工地區(qū)部分地段涌水量大以及存在豐富裂隙水，使得施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大。（2）受拉納山隧道施工地區(qū)氣候條件影響，施工地區(qū)全年溫度較低，影響施工人員操作，增加了施工難度；施工地區(qū)凍土層較深，在進(jìn)行隧道工程施工時(shí)增加了挖掘難度。

三、高海拔高寒隧道施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

1.高海拔高寒隧道機(jī)械配套技術(shù)的應(yīng)用

拉納山隧道施工地區(qū)氣壓低、高寒、缺氧等特殊條件會(huì)對(duì)隧道施工設(shè)備的正常運(yùn)行造成不利影響，要保障隧道工程施工質(zhì)量和效率，就需要將機(jī)械配套技術(shù)應(yīng)用在高海拔高寒隧道施工中。首先，在進(jìn)行高海拔高寒地區(qū)隧道工程施工前，要對(duì)施工地區(qū)的空氣進(jìn)行抽樣調(diào)查，對(duì)空氣中的組成成分進(jìn)行全面分析，為隧道工程施工和施工設(shè)備的選擇提供理論依據(jù)，這樣能夠確保施工設(shè)備的選擇符合隧道工程施工要求。其次，在選擇隧道工程施工設(shè)備時(shí)，要盡可能多的采用機(jī)械施工，減少人力施工，施工設(shè)備的能源支持要以電動(dòng)為主，減少燃燒能的使用。同時(shí)，在選擇施工設(shè)備時(shí)要進(jìn)行機(jī)械選型配套，減少機(jī)械設(shè)備在缺氧狀況下對(duì)氧氣和燃料的消耗。比如，可以選擇鑿巖機(jī)作為高海拔高寒隧道施工設(shè)備，鑿巖機(jī)對(duì)在低溫環(huán)境下也能正常使用，甚至在零下四十度的低溫條件下也可以正常使用，同時(shí)具有操作方便的特點(diǎn)，在進(jìn)行巖石鑿碎以及輔助爆破工作時(shí)也需要用到鑿巖機(jī)。最后，在進(jìn)行隧道施工設(shè)備時(shí)要將隧道內(nèi)缺氧的實(shí)際情況考慮在內(nèi)，要選擇低能耗的施工設(shè)備。還可以對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行改裝，使其在符合施工各個(gè)環(huán)節(jié)的需求，這樣不僅可以改善隧道內(nèi)施工環(huán)境，而且能夠有效提高施工效率。

2.高海拔高寒隧道低溫混凝土技術(shù)的應(yīng)用

混凝土施工技術(shù)是拉納山隧道工程施工的重要技術(shù)內(nèi)容。在高海拔高寒地區(qū)進(jìn)行隧道施工，隧道結(jié)構(gòu)外部在結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生凍脹力以及混凝土內(nèi)部澆筑后到硬化過程中很容易發(fā)生凍害，會(huì)造成隧道自身硬度降低，存在較大的安全隱患。因此，要將低溫混凝土施工技術(shù)應(yīng)用在高海拔高寒隧道施工中。首先，在選擇混凝土原材料時(shí)，要對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后方能投入使用。同時(shí)，對(duì)混凝土原材料的配比要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，確保混凝土配比符合高海拔高寒隧道施工需求。其次，要建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的混凝土拌合站，且在混凝土拌合前對(duì)原材料進(jìn)行加熱處理，提高混凝土出料溫度。在對(duì)混凝土拌合過程中，可以適當(dāng)添加提高混凝土抗凍性的添加劑，增強(qiáng)混凝土在低溫環(huán)境下的適應(yīng)性。然后，在運(yùn)輸混凝土過程中要做好保溫措施，減少混凝土熱量散失，確?；炷猎跐仓r(shí)溫度保持在最好狀態(tài)。最后，在完成混凝土澆筑工作后，要進(jìn)行局部加溫和養(yǎng)護(hù)工作，提高混凝土強(qiáng)度。通過低溫混凝土技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提高拉納山隧道施工質(zhì)量，而且能夠提高隧道施工的安全性。

3.高海拔高寒隧道防水排水技術(shù)的應(yīng)用

高海拔高寒地區(qū)進(jìn)行隧道工程施工，如果防水排水工作沒有管理到位，低溫會(huì)造成嚴(yán)重的凍土狀況發(fā)生，隧道周圍的凍土?xí)艿接绊懶纬山惶鎯鋈谌?，在凍脹力作用下造成襯砌開裂，影響隧道安全性。拉納山隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)存在涌水量較大的地段，而且裂隙水豐富。因此，在應(yīng)用高海拔高寒隧道防水排水技術(shù)時(shí)，要遵循因地制宜、以排為主的原則，將防水和排水技術(shù)結(jié)合起來，減少涌水以及裂隙水對(duì)隧道施工的影響。針對(duì)拉納山隧道施工地段的涌水和裂隙水，可以采用二襯背后排水系統(tǒng)，將水導(dǎo)入矩形邊溝中和仰拱中央水溝，在隧道底部設(shè)置小斷面泄水洞，將水引入洞口排出即可。需要注意的是低溫環(huán)境下洞口容易結(jié)冰，需要采取點(diǎn)加熱措施進(jìn)行解決，保障防水排水工作的順利進(jìn)行。

4.高海拔高寒隧道通風(fēng)供氧技術(shù)的應(yīng)用

高海拔高寒地區(qū)隧道施工過程中受地質(zhì)條件和氣候條件的影響，會(huì)增加隧道通風(fēng)降塵的難度，因此要將通風(fēng)供氧技術(shù)應(yīng)用在隧道施工中，滿足施工過程中施工人員和施工設(shè)備對(duì)氧氣的需求。常見的通風(fēng)供氧方式有隧道掌子面彌散供氧和隧道內(nèi)氧吧供氧兩種，其中隧道掌子面彌散供氧是通過輸氧管道、閥門以及彌散供氧裝置進(jìn)行隧道供氧。隧道內(nèi)氧吧供氧主要是彌補(bǔ)隧道掌子面彌散供氧存在的不足，滿足遠(yuǎn)距離施工人員的氧氣需求，這種供氧設(shè)備可以隨著工程進(jìn)度變化進(jìn)行移動(dòng)，能夠有效保證施工人員生命健康，穩(wěn)定施工效率。同時(shí)，隧道內(nèi)氧吧供氧能夠移動(dòng)和改變位置的特點(diǎn)，可以讓施工人員在施工過程中輪換休息，勞逸結(jié)合，為隧道施工提供便利。

四、結(jié)語

綜上所述，要提高高海拔高寒地區(qū)隧道施工質(zhì)量，減少地質(zhì)因素和氣候條件對(duì)施工造成的影響，就要采用科學(xué)、合理的施工技術(shù)。通過對(duì)拉納山隧道施工過程中施工技術(shù)分析，可以為高海拔高寒隧道施工提供有力的施工依據(jù)，對(duì)高海拔高寒隧道行業(yè)的發(fā)展有較大的現(xiàn)實(shí)意義。