高海拔特长公路隧道内施工环境测试与分析

高海拔特长公路隧道内施工环境测试与分析
骆文学
【摘要】白茫雪山3#特长公路隧道施工面临高海拔、低温、低含氧量、低气压等问题.为采取必要措施改善施工环境,开展了隧道内O2体积分数、CO体积分数、湿度及温度的现场测试.结果表明:隧道内湿度稳定在80%左右,温度多在10 ℃以上,满足混凝土强度增长要求,但需加强冬季隧道内温度的监测;隧道掘进400 m以后O2体积分数呈线性降低,CO体积分数急剧增大,均不满足规范要求,需加大通风量.%The construction of Baimang xueshan super-long highway tunnel faces the problems of high altitude,low temperature,low oxygen density,low pressure and so on.To take necessary measures to improve the work environment,field tests were carried out to obtain the volume fraction of O2 and CO,humidity and temperature in tunnel.The results show that humidity in tunnel was stable about 80%,and temperature was more than 10 ℃.The humidity and temperature met requirements of concrete strength growth.But it is necessary to strengthen the monitoring of environmental temperature in winter.While the excavation length was over 400 m,the volume fraction of O2 decreased linearly and the volume fraction of CO increased sharply,which could not meet the requirements of specifications.So the ventilation flow must be increased.
【期刊名称】《铁道建筑》
【年(卷),期】2017(000)007
【总页数】3页(P91-93)
【关键词】公路隧道;高海拔地区;隧道内施工环境;现场试验;O2体积分数;CO体积分数;湿度;温度
【作者】骆文学
【作者单位】中铁十二局集团第二工程有限公司,山西太原 030032
【正文语种】中文
【中图分类】U456
白茫雪山3#隧道地处迪庆藏族自治州德钦县白马雪山自然保护区内。

隧道进口、出口高程分别为4 008.53，4 015.54 m。

海拔在4 008.44 ～4 323.63 m，主洞长度约3 951 m，最大埋深为294.39 m。

隧道建筑限界净空为10 m(宽)×5
m(高)，内轮廓采用单心圆断面，净高6.85 m。

隧址穿越地层以砂岩、页岩、板岩为主，断层破碎带夹断层泥及断层角砾岩，围岩级别为Ⅳ～Ⅴ级。

地下水形式有基岩裂隙水、构造裂隙水及第四系孔隙水3种，隧道涌水量较大。

隧址区发育的F1断层于 K135+014—K136+155处与隧道小角度相交，在断层破碎带附近的岩体更为破碎，施工中若支护不当容易产生塌方、冒顶等灾害。

隧址区每年6—10月为暖季，11月—次年5月为寒冬季，每年1—2月平均气温可达－16℃，土壤最大冻结深度为42 cm(香格里拉地区)。

为保证施工安全，应利用现代信息化技术建立动态通风控制系统［1-6］。

首先需要对隧道内外的气体含量进行相关测试，得到无通风措施条件下隧道周围的气体组成，确定是否可以确保施工人员的正常作业以及机械的运行。

若不满足则需要通过计算来制定通风方案［7-8］。

通过测得隧道内以及壁面的温度来确定是否满足混凝土强度的正常发展，若不能则需采取保暖措施［9-10］。

高原地区正常条件下空气中O2体积分数较低且温度较低，而隧道施工中各施工机
械会消耗环境中的O2并产生有害气体。

本次测试主要通过对不同条件下隧道内和壁面温度、隧道内O2体积分数以及主要有害气体CO体积分数进行测试，进而根据相关标准确定各种条件下隧道内O2体积分数能否满足人员以及施工机械的正常工作要求。

在隧道内气体含量测试过程中，将隧道口处作为第1个测点，随后每前进50 m作为1个测点，直至隧道掌子面。

测试仪器主要有CD4多参数气体测定器、TM-183数位温湿度计。

测试人员采用红外测温仪对隧道二次衬砌以及初期支护的壁面温度进行沿程测试，采用四合一气体检测仪测试了隧道内的O2及CO的体积分数，并通过温湿度监测仪对隧道环境温度及湿度进行测试。

3.1 隧道内气体浓度
白茫雪山3#隧道内所测O2和CO的体积分数随开挖进尺的变化见图1。

从图1可以看出:
1)在距离隧道口400 m以内O2体积分数变化不大，距隧道口超过400 m以后O2体积分数成线性下降趋势。

原因可能是在测试时隧道内作业的出渣车消耗了大量O2。

在距离隧道口500 m附近有横向通道，因此通风良好。

距离掌子面最近的测点O2体积分数只有19.3%，隧道内工作人员会有缺氧症状，故应加大通风或在掌子面处设置供氧设备。

2)在距离隧道口100～500 m处 CO体积分数在20×10－6～30×10－6左右，而在距离隧道口 500 m 以外，隧道内 CO体积分数急剧升高。

其原因有3点:①在测量时有出渣车在工作，产生的尾气含有大量CO;②在距离隧道口500 m处有横向通道，使隧道口到此段通风良好;③风管端口距离掌子面较远，导致掌子面处有害气体无法及时排出，超出规范［11-12］规定。

3.2 隧道内温度及湿度
白茫雪山3#隧道内所测温度和湿度随开挖进尺的变化见图2。

从图2可以看出:
1)在距离隧道口600 m以内，隧道内空气温度无明显波动，远离横通道和接近掌
子面处温度开始升高;隧道壁面温度在距离隧道口500 m以内无明显波动，在远离横通道和接近初期支护之后开始升高;距离隧道口700 m以内即在隧道二次衬砌阶段，隧道内空气温度比壁面温度高3℃，到达初期支护以后壁面温度急剧增高，最终高于隧道内空气温度。

结合现场情况分析，原因有3点:①在二次衬砌阶段几乎
没有施工机械工作，故隧道内空气温度与壁面温度在该阶段无明显改变。

而施作初期支护后，由于掌子面处作业机械较多，该处隧道内温度有所升高。

②壁面温度在初期支护段的增幅较隧道内空气温度的增幅大很多，是由于喷射初期支护后混凝土处于强度发展阶段，水化热导致温度上升。

③隧道内空气温度在10℃左右且随隧
道进尺的增加温度逐渐增高，满足混凝土养护的温度条件。

现场测试时隧道外白天环境温度在7℃左右，故该时段无需采取特别的施工措施，但进入冬季后还需对隧道内环境温度再次进行测试，以确定冬季施工措施。

2)由图2(b)可知，在距隧道口100 m之后，隧道内湿度稳定在80%左右，可以满足混凝土强度增长要求。

1)在掌子面出渣时，掌子面处的CO体积分数达到50×10－6以上，超过规定。

在掌子面不出渣的情况下CO质量浓度满足规范要求，表明目前隧道通风系统良好。

2)O2体积分数随着隧道深度的增加有所减小，掌子面处O2体积分数只有19.5%，而在掌子面出渣时，由于施工机械的耗氧，O2体积分数可降低至19.3%，低于规范要求的20%，此时施工人员会出现缺氧症状。

3)隧道壁面温度和空气温度都在10℃左右(未进入冬季)，且随着隧道进尺增加呈
逐渐升高的趋势，满足混凝土养护的温度条件。

隧道内湿度波动不大，满足混凝土强度增长要求。

4)应减少风管出风口距掌子面的距离，使风管尽量接近掌子面，加快掌子面处的空气流动。

若通风后隧道内掌子面处有害气体含量仍旧过高且O2体积分数过低，则应考虑增加供氧设备。

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