高地温隧道修建关键技术研究
高原、高地温隧道施工爆破及降温措施的探讨
⾼原、⾼地温隧道施⼯爆破及降温措施的探讨拉林铁路桑珠岭隧道地处⾼原,施⼯揭⽰最⾼地温达89.9℃,已达到本地区⽔的沸点,⽽国内暂⽆⾼原缺氧耦合超⾼地温隧道施⼯的经验,因此对⾼原缺氧环境下⾼地温隧道施⼯措施的研究尤为必要。
1 ⼯程概况拉林铁路3标段桑珠岭隧道全长16.449 km,位于唐古拉⼭与喜马拉雅⼭之间的藏南⾼⼭河⾕区,线路沿雅鲁藏布江傍⼭⽽⾏,隧址区地⾯标⾼ 3 300~5 100 m,线位标⾼3 540 m左右,隧道最⼤埋深 1 347 m,⾕岭相间、地势起伏跌宕,属⾼原⼭区,⽓候极端恶劣。
隧道穿越岩层以闪长岩、花岗岩为主,区域板块构造活跃、地下热源丰富(断裂带附近有76℃的温泉出露)。
开挖揭⽰最⾼地温达89.9℃,洞爆破后环境温度达60℃。
2 ⾼地温段爆破技术措施2.1 ⾼温爆破现⾏GB 6722-2014《爆破安全规程》[1]只对超过60 ℃的⾼温⾼硫矿井爆破做了专项规定,汪旭光编著的《爆破⼿册》[2]也只对⾼温硫化矿爆破和⾼温凝结物解体爆破做出相应规定,两者均未对⾼温隧道爆破做明确规定。
根据多座⾼温隧道的施⼯经验,本⽂将隧道炮孔底温度⾼于60℃情况下的爆破作业,称为⾼温爆破。
2.2 爆破⽅案现场选择热感度较好⼜能抗⽔的2号岩⽯乳化炸药,导爆管雷管实现各孔间隔起爆。
当环境温度达到60℃时,普通导爆管出现软化,性能不稳定(现场多次出现拒爆),采⽤⾼强度导爆管雷管(最⾼能耐80℃)和耐⾼温导爆索(最⾼能耐120℃)等爆破器材。
结合⾼原特别的⽓候条件,增⼤安全储备,对⾼温段炮眼温度分:50℃<炮孔内温度≤70℃、70℃<炮孔内温度≤120℃,进⾏爆破⽅案设计。
当前和今后⼀个时期,是全⾯建设⼩康社会、加快推进社会主义现代化的重要时期,也是抢抓战略机遇、加快推进⽔利跨越式发展的关键时期。
我们要充分认识新形势下加强和改进⽔利财务⼯作的重要意义,准确把握⽔利财务⼯作⾯临的新形势新要求,进⼀步提⾼⽔利资⾦保障能⼒和管理⽔平,切实把中央治⽔兴⽔决策部署贯彻好、落实好。
高地温对隧洞开挖施工的影响及其处理措施
红水河 2 0 1 3 年第 1 期
员设备工作效率降低 , 寿命减短 。例如洞 内电线 由
喷雾器 , 沿洞进行喷雾降温 ; 在靠近施工掌子面端 , 设梅花状喷嘴 , 对掌子面进行全方位喷洒 。 喷雾洒水
于高温经常老化 , 存在漏 电的安全隐患 ; 装载机 、 出 渣车经常出现开锅现象 , 装载机、 挖掘机液压臂的液 压油 因温度高变稀影响设备工作效率等等。
超过我 国矿山劳动保护条例的保证工人 的身心健康 和工作效率的上限温度值 , 属存在地温危害区域。
3 高地掬对 隧洞开挖 及质量控锚I 的影响
高地温对隧洞开挖及质量控制的影响主要表现
为 以下几 个方 面 :
2 高地 温洞段 的基本情况
在 1 7 . 8 k m长 的隧洞 中, 存在 高地温洞段总长 4 0 9 9 i n ,引水 发 电桩 号发 2 + 6 8 0 . 0 0 0— 6 + 7 9 9 . 0 0 0
和炸药失效等情况 , 造成 。
现场的数据统计 , 几个洞段 出现高地温 的基本情况
如下 :
( 2 ) 高地温洞段岩层有裂隙部位 , 经常出现喷
溅热水热气现象 , 对人及机械会产生很大危害t 2 1 。
( 1 )2 ’ 号支洞于 2 0 0 9年 6月 1 3日开挖至往
在各掘进工作面配置 2台 K L Q 一 1 5 0 型空气冷却 器, 直接从支洞 口附近的临近河流抽取冷水( 项 目地
( 5 ) 高地温影响隧洞的支护和衬砌。 由于洞段岩 石温度太高, 正常的隧洞全断面支护、 衬砌方法难以应 用, 必须经科学研究和试验后才能确定支护、 衬砌方案。
方法 , 一方面可以吸收洞内粉尘 , 也可使高压冷水雾 与洞内热蒸汽混合 , 使洞 内气温降低 。
高地温隧道修建关键技术研究
高地温隧道修建关键技术研究背景介绍高地温隧道是指海拔较高、地温较高、天气条件恶劣且地质条件较差的区域中修建的隧道,其建造过程面临着谨慎决策、科学设计、安全施工的挑战。
由于其建造难度大、成本高的特点,高地温隧道的修建一直以来是困扰隧道工程师的难题。
关键技术研究一、隧道初始支护技术在高地温隧道建造过程中,隧道初始支护技术是其中最重要的因素之一。
由于地质情况的不同,隧道建造难度也会有很大的差异。
因此,在选择初始支护方案时需要根据地质情况进行合理选择。
像在较差的地质条件中,采用初始衬砌、槽钢支设防护的方法等可以很好地维护隧道的稳定状态。
二、隧道通风技术隧道通风系统在高地温隧道的建造中同样扮演着一个至关重要的角色。
在严峻的天气环境中,隧道内温度容易升高,如果不对其进行有效的通风,就会对施工人员的身体健康造成潜在的伤害。
同时,如果隧道的通风系统运行不畅,还可能会对隧道内使用的设备及机械产生不利的影响。
因此,在高地温隧道建造过程中,通风系统的规划与建设需要尤其注意。
三、隧道地质预报技术在高地温隧道修建过程中,地质问题是最大的风险因素,也是最难克服的因素之一。
在隧道施工过程中,各种地质灾害如塌方、山体滑坡、地震等问题随时可能爆发,造成重大的安全事故和经济损失。
因此,隧道地质预报技术应运而生。
通过对隧道常见地质灾害的分析,可以有效地预测和控制地质风险,提高隧道建造的安全性。
四、隧道支护技术隧道支护技术在高地温隧道中也非常重要,因为支护的好坏关系到隧道的稳定性和施工进度。
在高地温隧道中,支护材料需要具有一定的抗剪强度、抗曲度、可塑性和抗变形能力,同时还需要耐高温、耐酸碱、耐腐蚀。
因此,在高地温隧道建造中,需要选择适合的支护材料来提升隧道的支护能力。
高地温隧道修建是一项复杂而又长期的工程,需要充分的科学规划和严谨的工艺施工。
在上述关键技术的研究中,不同的工程师和技术团队将与全球其他行业交流,以提高对高地温隧道建造过程中所存在的挑战的理解和应对能力。
探究复杂地质环境下隧道施工技术
引 言
随着 国家基础设施建设 的蓬勃发展 , 近年来 , 公路、 铁路 以及 地 质 灾 害 的 防治 技 术 不 够 完 善 , 加 重 了施 工 事 故 发 生 人 员 的 伤
。 城市地下空 问结构的改造 和不断完 善, 高速 公路、 铁 路数量 日趋 亡 和 经 济 的损 失 日
. 3 施 工单 位重视 不够 增多 , 为了降低 由于 山体等 阻挡 的影响 , 可 以修建各种 隧道 。隧 1 隧 道 的 施 工 是 由施 工 单 位 进 行 策 划 、 组织和管理 的, 所 以要 道工程 的特 点是 : 隐蔽 、 施 工难、 工程 技术复杂 系数高、 受地质条
2 0 1 3年 1 0月
建 村 目 蓑 酶
交 通 建 设
探究复杂地质环境下隧道施工技术
杨 丽
( 中铁 二 局 第 二 工 程 有 限 公 司 四川 I成 都 6 1 0 0 9 1 )
摘
要: 随着我国隧道工程施 工技 术的 不断提 高, 克服各种复杂地质条件的技 术也逐 步提 高。本文针 对 目前 隧道施 工
l 隧道 施 工 困难 原 因
隧 道 施 工 中存 在 的 问题 和 难 点 是 , 在 隧 道 施 工 过 程 中经 常 发 工 作 的 开 展 没 有 明 确 的 指 导 ;而 国 家 也 逐 渐 形 成 了 以 隧道 塌 方 次 数 的 多 少 来 评 价 地 质 条 件 的 好 坏 与 施 工 工 作 开 展 的 难 易 程 生安全事故 , 造 成重大的经济损 失和 人员伤亡 , 这是 因施 工地段 度, 忽 视 了对 地 质 技 术 的开 发 研 究 。国 家和 施 工 单 位 长 缺 少 对 地 地质条件异 常复杂 , 施工技术难 以突破 等问题造成 的。
复杂地质条件下铁路隧道修建技术与对策
复杂地质条件下铁路隧道修建技术与对策肖广智(中国国家铁路集团有限公司工程管理中心,北京100844)摘要:结合既有铁路隧道工程经验,针对高地应力软岩大变形、岩爆、活动断裂带、高地温、高压富水断层等典型复杂地质条件,分析其特点并提出修建技术对策。
高地应力软岩的特点是围岩变形量大、变形速率高、变形持续时间长,主要对策为主动控制围岩变形、机械化施工、优化工艺工法、快速封闭成环等;岩爆的特点是预测难度大、对施工安全和工效影响大,主要对策为微震监测、释放地应力、加强支护、设备和人员防护等;高地温的特点是恶化作业环境、降低工效,主要对策为按照温度分级采取洒水、加强通风、冰块或机械制冷等降温措施;活动断裂带的特点是地质破碎、断裂带错动直接破坏结构,主要对策为大刚度环形衬砌、预留变形及补强空间、组合宽变形缝等;高压富水断层的特点是施工易产生突泥突水,主要对策为加强超前地质预报、超前泄水、加固地层、加强支护等。
相关修建技术对策可为川藏铁路隧道建设提供借鉴。
关键词:川藏铁路;高地应力;软岩;岩爆;高地温;活动断裂带;高压富水断层;修建技术中图分类号:U455文献标识码:A文章编号:1001-683X(2020)12-0035-08 DOI:10.19549/j.issn.1001-683x.2020.12.0350引言近年来,随着铁路隧道建设数量和规模的不断扩大,铁路隧道修建技术也在逐步提高,我国已成为名副其实的隧道大国和隧道强国[1]。
赵勇等[2-3]通过工程试验和现场实践研究提出软岩大变形铁路隧道的变形机制和处治措施,在贵广铁路天平山隧道得到成功应用;韩侃等[4]依托拉林铁路巴玉隧道分析岩爆典型特点,确定防治岩爆的动态施工技术;雷俊峰[5]从拉日铁路吉沃希嘎典型地热隧道产生高地温的原因与特征着手,从多个方面制定工程对策;耿萍等[6-7]通过数值计算和工程试验,研究穿越活动断裂带的隧道响应特性和设防措施;张金夫等[8]在大瑞铁路大柱山隧作者简介:肖广智(1964—),男,正高级工程师。
复杂地质条件下的隧道施工与质量控制
复杂地质条件下的隧道施工与质量控制摘要:随着我国经济的发展,对基础设施建设的要求也越来越高,特别是对复杂地质条件下的隧道施工,更是提出了更高要求,施工企业在实际开展工作时,要注重加强对复杂地质条件下隧道施工与质量控制措施的研究,确保隧道建设达到设计要求。
基于此,文章立足复杂地质条件之下,对隧道施工的要点进行了阐述,并提出控制质量的一些建议,以供参考关键词:复杂地质条件;隧道施工;质量控制随着我国交通事业的发展,隧道建设已成为公路建设的重点和难点。
在复杂地质条件下进行隧道施工,容易造成安全事故,使施工进度受到影响。
因此,在复杂地质条件下进行隧道施工时,必须认真分析和研究其特点,采取相应措施确保隧道安全、快速、高效地完成施工任务。
一、工程概况某高速公路隧道为双线隧道,洞身全长6260m,最大埋深约1200m。
隧道所处地区,存在较为复杂的地质情况。
在设计阶段,通过地质调查,发现隧道区有断层、岩溶、低山等不良地质现象,其中以断层为主。
在施工过程中,施工单位采用了三台阶七步开挖法。
在实际施工中,遇到的主要问题有:一是掌子面地下水丰富;二是断层破碎带,围岩变形较大;三是岩溶发育且岩溶较强;四是围岩破碎且具有一定的自稳性;五是涌水突泥严重,且易引起突泥、塌方事故。
施工单位对地质情况进行了分析后认为,隧道施工应遵照“以防为主,防排结合”的原则,加强超前地质预报工作,在施工过程中采取一系列有效措施确保隧道顺利施工。
二、施工技术要点(一)浅谈地下水处理方法由于地下隧道工程受地下水的作用,因此,在建设隧道时,必须要进行地下水处理工作。
在隧道建设中涉及支撑体系,支撑体系起到确保洞室稳定的功能,也会受到地下水的影响,一旦支撑体系被破坏,就会出现如隧道垮塌、洞顶断裂等问题,存在严重的安全隐患,因此,在隧道工程施工时,必须采取有效措施,防止隧道工程被破坏。
首先,可采用衬砌来防治地下水问题,而后采用合适排水技术进行排水,排水技术要根据实际情况合理选择,如采用引坑排水技术、超前钻孔技术等。
隧道高温 施工方案
隧道高温施工方案1. 引言隧道施工过程中,由于封闭空间、地下湿度大等因素,隧道内温度往往较高。
高温环境会对施工作业人员的身体健康和工作效率造成较大的影响。
本文档旨在探讨隧道高温施工的相关问题,并提出相应的施工方案,以确保施工作业人员的安全和工作进度的顺利进行。
2. 高温施工方案2.1 温度控制措施为降低隧道内的温度,可以采取以下的温度控制措施: - 水喷淋降温:在施工过程中,可以安装水喷淋设备,通过喷淋水雾来降低隧道内的温度。
喷淋水雾可以起到降温和增加空气湿度的效果。
- 风机通风:使用强力风机进行通风,加强空气对流,改善隧道内空气质量,从而降低温度。
- 遮阳措施:在隧道口和工作面上方设置遮阳棚,以阻挡太阳直射,减少高温对施工作业的影响。
2.2 作业人员防护在高温环境下,作业人员需要采取一系列的防护措施,以确保其健康和安全:- 穿着透气、吸汗、耐高温的工作服和鞋袜,以保持舒适和干爽。
- 戴上透气性好的安全帽,以保护头部并避免中暑。
- 短时间工作,定期休息,以避免长时间暴露在高温环境中。
- 适量补充水分,保持身体水平衡。
- 定期进行体检,特别关注心血管系统和呼吸系统的健康状况。
2.3 施工计划调整在高温环境下,施工进度可能会受到一定的限制。
因此,需要对原有的施工计划进行一定的调整: - 合理安排施工作业人员的轮班,避免在高温时段进行重度作业。
- 对于高强度作业,采取分批施工的方式,以减少单次作业时间。
- 针对特殊工序,例如混凝土浇筑等,可以在早晚温度较低的时候进行,以减少高温对施工质量的影响。
- 根据气象预报情况,及时调整施工进度,合理安排作业计划。
2.4 信息发布和培训为了保障施工作业人员对高温施工的充分了解和正确应对,需要进行相关的信息发布和培训: - 发布高温天气预警信息,提醒作业人员关注天气变化,并采取相应的防护措施。
- 进行高温施工安全培训,包括高温工作环境的危害和防护知识等。
复杂地质条件下铁路隧道施工关键技术研究
复杂地质条件下铁路隧道施工关键技术研究随着我国高铁建设的不断发展,铁路隧道施工技术也日益受到人们的重视。
复杂地质条件下的铁路隧道施工一直是工程领域中的一个难题。
为了解决这一问题,相关领域的专家学者一直在进行技术研究和实践探索。
本文将重点介绍复杂地质条件下铁路隧道施工的关键技术研究情况。
一、复杂地质条件下的挑战在一些山区或地质条件复杂的地区,铁路隧道的施工面临着许多挑战。
地质条件的不确定性使得工程施工难度加大。
地质构造复杂、断裂带多、岩体结构不稳定等问题都会给施工带来很大的困难。
地下水的问题也是铁路隧道施工中不可忽视的因素。
复杂地质条件下隧道施工过程中,地下水的渗透和涌水问题往往成为制约隧道施工的主要难题。
地质灾害风险也在一定程度上增加了隧道施工的复杂性,如地质泥石流、滑坡、地下水涌出等灾害,往往会给施工带来不小的困扰。
针对上述挑战,专家学者们进行了大量的研究和实践,提出了一系列关键技术,旨在解决复杂地质条件下的铁路隧道施工问题。
1. 地质勘察与监测技术地质勘察是铁路隧道施工的第一步,也是最为关键的一步。
在复杂地质条件下,准确了解地质情况对于后续的隧道设计和施工具有重要影响。
专家学者们提出了一系列先进的地质勘察技术,如遥感技术、地球物理勘探技术、地下水勘察技术等,以提高地质勘察的准确性和全面性。
地质监测技术也日益受到人们的关注,通过实时监测隧道施工现场的地质情况,及时发现问题并进行处理,可以有效减少施工中的地质风险。
2. 隧道支护技术在复杂地质条件下,隧道的支护技术显得尤为重要。
专家学者们提出了一系列创新的支护技术,如喷射混凝土支护、锚杆支护、预应力锚索支护等。
这些支护技术在提高隧道施工的安全性和稳定性的也为后续的隧道设计和使用提供了有力的保障。
在复杂地质条件下,隧道掘进技术也是铁路隧道施工中的一个难点。
针对这一问题,专家学者们提出了一系列先进的隧道掘进技术,如盾构隧道掘进技术、硬岩隧道掘进技术、软岩隧道掘进技术等。
高海拔长大隧道快速施工技术研究
高海拔长大隧道快速施工技术研究摘要:在高原隧道建设过程中,高海拔地区由于特殊的低压、低氧环境,造成施工人员效能降低,施工机械设备功率减小,影响隧道开挖进度。
另外,长大隧道一般距离都大于1000m,若前期施工速度达不到施工组织要求,后期抢工、赶工所产生的人员、机械设备费用会成倍增加,抢工及赶工阶段也会导致施工风险增大。
因此,在整个施工阶段,自始至终需要关注隧道施工进度问题。
本文以川藏铁路邦达隧道建设为例,在施工管理、技术管理、创新性技术应用等方面开展研究,以求实现隧道快速施工,降低施工成本,确保隧道如期完工。
关键词:高海拔长大隧道施工管理技术管理创新性技术快速施工引言:川藏铁路是习近平总书记亲自谋划、亲自部署、亲自推动的世纪性战略工程,对推动西部地区特别是川藏两省经济、社会发展,具有重要意义。
川藏铁路沿途多穿越高山峻岭,其中隧道占比超80%,隧道建设进度直接关系到川藏铁路能否如期通车的关键所在。
高海地区气候恶劣,地质条件复杂,在隧洞建设中面临诸多施工困难。
为克服高原隧道建设的各种施工难题,对高海拔长大隧道快速施工开展研究是十分必要的。
在长大隧道快速施工技术研究方面,陈家湘[3]针对不良地质隧道,通过采取优化设计、加强技术措施支撑来提高复杂地质隧道掘进速度。
张潘[5]以长胜特长隧道为依托,研究了通过优化开挖、支护、施工设备等,从而实现隧道快速掘进的目标。
姚大发[4]针对某长大隧道工程实际情况,从决策控制与施工决策两方面入手,对快速施工方面的管理技术及其具体应用进行深入分析。
基于以上文献对长大隧道快速施工方面的研究经验,结合川藏铁路邦达隧道2号斜井工程施工实践。
本文深入探讨了施工管理、技术管理及创新性技术应用对推动施工进度的有力保障。
一、工程背景川藏铁路邦达隧道2号施工斜井位于昌都市卡若区若巴乡叶绒沟南侧,洞口海拔高度4300m,氧气及气压约为内地的60%。
斜井全长3666.5m(X0+000~X3+666.5段),洞身综合坡比-9.61%,最大埋深886.5m,双车道无轨运输,采用钻爆法施工。
高海拔地区大断面公路隧道设计、施工关键技术研究
高海拔地区大断面公路隧道设计、施工关键技术研究建议单位:中交第一公路勘察设计研究院有限公司(公章)申报日期: 2016 年 1 月 20 日1. 申报项目基本信息2. 项目的背景和必要性1. 1研究背景高海拔地区主要是从医学角度上人体机能的适应能力加以界定的,一般指平均海拔在3000m以上的地域,主要包括高原和高山。
在3000m 海拔上可使大多数人在静息状态下出现不同程度的高原反应,超过这个海拔高度,人体在机能代谢上的改变更加明显。
我国高海拔地区主要分布在西部的青藏高原及其周边,主要包括西藏自治区全部、和青海省、新疆维吾尔自治区、甘肃省、四川省、云南省的部分地区。
受喜马拉雅运动影响,形成了我国高海拔地区复杂的地形地貌条件。
这些区域气候环境恶劣,积雪、冰冻、大雾等通常是影响行车安全的主导因素。
受区域地质构造影响,在这些地区常发育有泥石流、滑坡等不良地质,威胁到路线的正常营运安全。
高原地区分布有大小的山脉和山系,地形起伏大,路线展现困难。
基于以上原因,隧道工程成为绕避不良地质病害、减小恶劣气候对行车的影响、实现越岭展线、保护生态环境的一种重要工程手段。
然而,气候环境上,我国高海拔西区普遍具有低气温的特点。
以本项目特长隧道仲果隧道[1]为例,隧道进出口海拔4100左右, 最冷月月平均气温-9.5℃,极端最低温-36.2℃,全年积雪EJ为5?6个月,大雪、吹雪、雪崩、暴雨、低温寒潮等气候灾害不断。
另一方面,地温环境条件也给□道维修工作带来了很大的困难。
对高海拔隧道,围岩、地下水、太阳福射、地温、隧道通风等多种因素相互作用,进行着复杂的热量交换过程,易出现洞内路面结冰、衬砌裂损、渗漏等严重冻害问题,给隧道运营管理、维修和整治提出了严峻挑战。
因此,高海拔地区寒区隧道的冻害防治成为隧道工程设计、施工和运营中必须考虑的重要内容。
我国目前已建成的著名高海拔公路、铁路隧道。
通过这些高海拔寒区隧道的修建,积累了初步的建设经验。
隧道高地热段设计施工关键技术
道洞身地温偏高。
4 . 2 隧道施工热源分析
隧道施工中的热源因素较多,主 要 有岩体散热、工程设备 及 照 明 放 热 、洞 内 化 学 热 源 放 热 等 。
56
1)
高 温 岩 体 。对 于 恒 温 层 以 下 的 岩 体 ,埋 深 越 大 ,温 度 越
高 。高温岩体向隧道内的放热量与多种因素有关,包括热物理性
55
工程建设与设计_ _
Construction & Design For Project
此 外 ,根 据 GBZ/T 229.3—2010《工作场所职业病危害作 业 分 级 第 3 部分 :高 温 》® 及 安 监 总 安 健 〔2012〕8 9 号 《关于 印 发 防 暑 降 温 措 施 管 理 办 法 的 通 知 》,认 为 影 响 隧 道 施 工 的 主 要因素是施工环境温度、湿 度 。结合工程经验,在 0.8〜1.2 m/s
施 。通 过 渝 黔 铁 路 天 坪 隧 道 高 地 热 段 的 设 计 及 施 工 实 例 ,分 析 了 地 热 对 隧 道 工 程 施 工 产 生 的 不 利 影 响 ,系 统 地 阐 述 了 隧 道 在 高 地 热
段 采 取 的 各 种 降 温 及 保 证 快 速 施 工 的 技 术 措 施 ,最 终 保 证 了 施 工 人 员 的 安 全 和 工 程 顺 利 推 进 ,为 今 后 类 似 工 程 的 设 计 提 供 参 考 。
5 设计及施工措施
5 . 1 分段接力加强通风 为 加 快 隧 道 内 空 气 流 通 速 度 ,增 加 氧 气 含 量 ,快速降低
隧道内温度,需在洞口处增设^功率风机。本工程设2x132 kW 大功率通风机,如 图 1 所 示 。
2〜3 m 漏空段
高地温隧道综合降温施工工法
高地温隧道综合降温施工工法高地温隧道综合降温施工工法一、前言高地温隧道综合降温施工工法是一种通过综合运用清洗降温、蓄冷、通风降温、结构保温和空气处理等技术手段,在高地温隧道施工中有效降低温度,保障施工安全和质量。
二、工法特点1. 综合性:工法综合运用了多种降温技术手段,能够充分发挥各种技术的优势。
2. 灵活性:根据实际情况和环境需求,可以灵活调整和组合多种降温技术。
3. 安全性:工法采取多重保障措施,确保施工过程中的安全。
4. 可控性:工法可根据实际情况精确控制降温效果,提高施工效率。
5. 经济性:与传统降温施工方法相比,该工法可降低成本,提高施工效益。
三、适应范围该工法适用于高地温隧道的施工,特别是在夏季和高地温区域施工时,能够有效降低温度,减少对施工人员和设备的影响。
四、工艺原理该工法基于以下几个原理:1. 清洗降温原理:通过洒水降温、高压雾化和冷却设备等手段,使隧道空气中的温热能量通过蒸发带走,达到降温效果。
2. 蓄冷原理:利用冷库或冷却设备等,将低温能量储存起来,然后通过送风系统或水循环系统等,将低温能量释放到隧道中,实现降温。
3. 通风降温原理:通过机械通风或自然通风等方式,将新鲜空气引入隧道,并排出热空气,从而降低隧道中的温度。
4.结构保温原理:针对高地温隧道结构,采用保温材料、隔热罩等手段,减少外界温度对隧道温度的影响。
5. 空气处理原理:通过调节空气湿度、空气流速和空气质量等参数,实现对隧道温度的控制和调节。
五、施工工艺施工工艺包括以下阶段:1. 工地准备:清理施工现场,搭建通风设备、蓄冷设备和清洗设备等。
2. 清洗降温:利用高压喷洗、雾化喷淋和冷却设备等手段,对隧道进行清洗降温,去除污垢和降低温度。
3. 蓄冷装置安装:安装冷库或冷却设备,将低温能量储存起来,为隧道降温提供保障。
4. 通风系统安装:安装机械通风系统或自然通风系统,保证隧道内的空气流通,达到降温效果。
5. 结构保温:根据隧道结构特点,选择合适的保温材料和隔热罩进行施工,减少外界温度对隧道温度的影响。
复杂地质超高压富水隧道施工关键技术
复杂地质超高压富水隧道施工关键技术摘要:伴随着铁路的快速发展,我国隧道修建技术水平也不断提升,先后克服了诸多长大隧道施工地质难题,但在西南复杂地质山区修建隧道,仍然面临诸多新的地质难题,尤其有着“地质博物馆”之称的横断山脉南段,地质具有“三高”、“四活跃”的特点,山高谷深地质难题异常突出。
岩溶涌水、断层破碎带涌水,这些问题与反坡施工及高地温等问题交织一起,使该工程的地质条件异常的复杂,本文以大瑞铁路大柱山隧道为背景,论述复杂地质超高压富水隧道施工关键技术。
关键词:燕子窝断层带;地质预报;注浆堵水;红外监测1项目背景大瑞铁路大柱山隧道存在一处燕子窝断层及影响带[1],原设计平导方向长度80m,围岩级别Ⅴ级,隧道埋深约450m。
起止里程为PDK111+839~PDK111+995,总长156m;其中断层核心区长95m,为PDK111+860~PDK111+955;PDK111+839~PDK111+860 及PDK111+955-PDK111+995 为断层两端影响带,长61m。
如此长的断层目前在国内外钻爆发隧道施工中还未有先例。
燕子窝断层带具有长度特别大、高压富水且水路复杂、断层性质极其复杂的特点,处理起来异常棘手。
2超前地质预报技术通过我们对富水断层地段超前地质预报研究,在燕子窝断层中,采用物探与钻探相结合的手段,综合判别前方地质情况,尤其采用P330型柔性推杆管道检测系统(孔内成像系统)对前方围岩进行直观的查看,通过将摄像头送入水平钻孔内,随摄像头移动逐步查看前方围岩,观察围岩的岩性、裂隙、成孔情况等,依此判断掌子面前方围岩情况[2]。
主要技术措施如下:⑴根据红外探测的红外场强数据,判断地下水的发育部位,为判定岩溶的发育提供参考依据;探测预报距离应在30m以内,连续预报时前后两次重叠长度不得小于5m。
⑵TSP203: 全程覆盖,在断层涌突水危险性等级Ⅳ级地段,每80 m施作1次,搭接长度不少于10m;在涌突水危险性等级Ⅲ级地段,每110 m 施作1 次,搭接长度不少于20m。
川藏铁路高地温隧道建设技术
川藏铁路高地温隧道建设技术刘珣【期刊名称】《《铁道建筑》》【年(卷),期】2019(059)009【总页数】4页(P53-56)【关键词】川藏铁路; 隧道; 高地温; 超前地质预报; 爆破; 通风【作者】刘珣【作者单位】国家铁路局规划与标准研究院北京100055【正文语种】中文【中图分类】U455.6随着西部交通建设的发展,大、长、深埋隧道越来越多。
川藏铁路作为“21 世纪重点工程”已吸引全球目光同时将面临严峻的工程挑战。
在川藏铁路隧道建设中,已经遇到岩爆、高岩温、冰碛层等多种地质灾害。
高地温除了造成洞内温度过高、施工环境恶劣,还会引起隧道衬砌结构安全性下降、锚杆锚固力不足等问题。
学者们已经针对高地温隧道的温度场、结构特性、通风降温等展开了大量研究。
张国柱等[1]利用叠加原理及贝塞尔特征函数推导出了寒区隧道围岩轴向及径向的温度分布规律。
肖琳等[2]通过室内模型试验研究了地铁隧道围岩温度分布规律并进行了热导率反算。
张学富等[3]根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程,给出了寒区隧道围岩三维温度场的理论计算方法。
王明年等[4]应用现场试验和热-固耦合数值模拟建立了高岩温铁路隧道支护结构体系。
白国权等[5]针对冻土隧道,通过大量的数值计算探究了冷能补给量与不同隔热材料间的关系。
谢洪强等[6]采用相变温度场有限元模型,对不同类型及厚度的保温材料进行对比分析,并运用现场试验进行验证。
赖远明等[7]以伽辽金法为基础,建立了寒区隧道衬砌结构温度场、渗流场和应力场三相耦合的数学力学模型并进行工程实例验证。
宿辉等[8]以齐热哈嗒尔高地温引水发电隧洞为工程依托,探究了高地温对于人员、机械、衬砌等的影响,并提出了相应的通风降温措施。
李国良等[9]结合拉日铁路,从高地温地区隧道选线原则、混凝土劣化特性、支护结构体系等多个方面系统性地给出了高地温隧道修建的关键技术。
综上所述,目前关于高地温的研究主要集中在围岩温度场变化规律、材料劣化特性、支护结构体系和通风降温措施的研究。
群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究
群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究随着交通建设的不断推进,越来越多的隧道建设工程在高海拔寒区展开。
然而,高海拔寒区的气候条件极端恶劣,温度低、风寒多、冻融循环频繁,给隧道工程的设计、建设和运行带来巨大的挑战。
本文将重点分析群洞条件下高海拔寒区隧道的温度场,并探索相应的防寒技术。
一、高海拔寒区隧道的温度场分析1. 群洞条件下的温度变化规律在高海拔寒区,隧道内外温差大,且温度变化较为剧烈。
隧道开挖过程中,挖掘工作面会释放出大量的热量,导致隧道周围温度升高。
然而,一旦施工停止,隧道周围的温度会迅速降低。
此外,高海拔寒区受到寒冷空气和冷风的侵袭,进一步使得隧道内的温度下降。
2. 温度场的空间分布特点高海拔寒区隧道的温度场分布具有明显的空间规律。
隧道孔内呈现出由外向内逐渐降低的温度梯度分布,而且不同位置的温度变化幅度差别较大。
此外,隧道的纵向分布也会导致温度场的差异,通常隧道入口和出口处的温度较低,而中间部分的温度相对较高。
二、高海拔寒区隧道的防寒技术研究1. 隧道结构的保温措施首先,可以采用保温材料对隧道结构进行保温处理,减少温度传导。
其次,可以在隧道内壁铺设保温材料,形成保温层,以减少温度场的剧烈变化。
同时,在隧道断面较大的地方可以设置空气隔离层,减少外界寒冷空气的进入。
2. 隧道通风系统的改进高海拔寒区的隧道通风系统需要在保证新鲜空气供给的同时,降低冷风进入隧道的速度和功率。
可以通过合理设计进风口和出风口的位置和数量,改变通风风速,以减少冷风对隧道内温度的影响。
另外,对于长时间停工的隧道,应及时关闭通风系统,以避免室外低温空气的流入。
3. 加热系统的应用针对高海拔寒区的隧道,可以采用加热系统来提高隧道内的温度。
加热系统可以通过设置加热设备和调整供暖参数的方式,对隧道内空气进行加热,以维持较为稳定的温度。
此外,加热系统还可以预防冰冻结构的出现,保证隧道的正常通行和安全性。
隧道高地温施工措施
隧道高地温施工措施为保证隧道施工人员进行正常的安全生产,尽可能降低隧道内温度,保证工程按期完工,隧道高地温段需要采取相应的措施。
当洞内高温情况突出时,为保障现场施工安全正常开展,从以下方面做好工作。
(1)开挖爆破①爆破器材使用普通导爆索、导爆管在环境温度达到60℃时,出现软化,性能不稳定,易出现瞎炮。
因此,普通导爆管、导爆索禁止使用。
爆破炸材使用选择见下表。
爆破炸材使用选择建议表②光面爆破设计采用不耦合装药,采用岩石乳化炸药,炮孔直径45mm。
③爆破耗材对比施工中经常出现掏槽效果不理想、瞎炮的情况。
因此实际施工中,高温段辅助眼采用连续装药方式增加装药量。
且连接簇采用双雷管激发,确保激发正常。
(2)环境温度控制①通风降温通过减少风阻、防止漏风、更换或增加风机,将通风软管出风口置于距掌子面25m之内的位置,加强通风管理、延长通风时间等措施加大进风量。
在通风量计算时,应尽量加大洞内风速,最低应按1级软风标准(0.3~1.5m/s),确保洞内风速不小于0.3m/s,使人感觉相对舒适。
②洒水、喷雾降温措施为防止高地温危害作业人员的安全和健康,改善洞内施工环境,提高工作效率,在洞内重新铺设一条高压水管,安排专人对隧道内作业面进行洒水降温。
设置一座泵站,铺设Φ100mm胶管接洞顶高压水池,增设增压泵,加大管内水压,泵站要满足65m高差抽水,洞内每天开挖用水、掌子面洒水、喷头降温洒水等现场需求。
③隔绝高温围岩喷射混凝土时,添加0.03%高效引气剂,使混凝土内部形成分布均匀的不连续的封闭球形气泡,气泡孔径范围为0.02~0.2mm,可起到一定的隔热作用。
④洞内接力通风,加快作业面风的循环为降低洞内温度,加快洞内空气流动速度,增加洞内氧气含量,提高工人舒适度,在大功率通风方案的基础上,在洞内增加接力风机加强洞内通风,接力通风方案基本为每1~1.5km增设2×110kW通风机,不间断通风。
进一步缩短了通风管路的长度,即减小了沿途风阻,减少了风损,提高了风机的运行效率,又保证了风量的供应,能够起到一定的降温效果。
高地温施工讲解
高地温施重难点
• 当隧洞内出现高地温、高温热水等恶劣地质条件 时,造成隧洞内热气腾腾,能见度仅为 3 ~ 5 m ,施工人员进入工作面后在较短时间内就会使人 感觉胸闷,时间稍长即眩晕呕吐。由于洞内高温 热水涌出后产生大量的热蒸汽,裹去了一部分氧 气,使有高温热水的隧洞内氧气含量下降而导致 机械油料燃烧不完全,造成机械出力下降 30%左 右,使施工机具故障频率增高,隧洞内进行排水 的水泵由于长期抽排高温热水而造成水泵的损坏 率增高,洞内施工无法正常进行。
火山热源供给,也会形成高温高热。
地质对施工的影响
当隧道通过这种地区岩层时,会发生高温高热现象, 在高温隧道中施工时易发生工作人员被地层中喷出 的热水或硫化氢等等有害气体烫伤或中毒,从而恶 化工作环境,严重威胁施工人员健康和安全。影响 施工材料的选取,需要选取耐高温的材料。产生附 加温度应力,可能引起衬砌开裂,影响结构的耐久 性,导致机械设备工作条件恶化,效率降低故障增 多,进而影响整个隧道的施工进度。整个施工与普 通隧道相比,技术难度、安全隐患都有所增加,对
• ( 2) 热虚脱症: 施工人员在高地温、高温热 水的影响下,体内水分由于出汗而大量流 失,同时又没得到及时的补充,使施工人 员出现热虚脱症。该症的主要状况为血压 降低、脉搏加快,头晕、头痛、呕吐、全 身无力、脸色苍白,体温也产生变化。应 及
• 时把热虚脱人员送到阴凉、通风处静卧休
息,并增加补充葡萄糖盐水,严重者应及
• ( 4) 喷雾降温: 把洞外冷水管接入洞内后,对高温热 水流量较集中的洞段,从冷水管上接支管和喷雾喷 头向洞内喷射冷水雾幕,通过水雾冷却
• 洞内岩面,冷水雾和洞内热空气混合,也同样可以较好的 降低洞内温度,同时达到降低粉尘浓度、改善施工作业环 境的作用。( 5) 冷冻设备降温: 在高温洞内施工,有条件 的业主和施工单位可以采用机械降温的方式。冷冻设备能 使水结冰,温度降到 - 10℃ 以下。使用该设备将增大投 入,加大工程造价,一般情况下不采用。( 6) 合理安排高 温作业时间: 由于高地温、高温热水的特点而使施工人员 体力消耗大、劳动效率低,施工中采取2 h 换班1 次的工 作制度,每天6 个班交替循环作业,以降低施工人员的劳 动强度。
高地温环境下隧道施工堵水与防护技术研究
合同编号:隧研合2010-16中铁隧道集团科技创新计划项目合同书项目名称:高地温环境下隧道施工注浆材料与喷射隔热混凝土研究课题类别:重大课题□√重点课题□引导课题□承担单位:中铁隧道集团技术中心项目负责人:付仲润联系:E-mail:fzr-2004126.起止年限:2014年08月至2015年12月中铁隧道集团制二○一○年合同共同条款依据《中华人民国技术合同法》,经协商签订本合同。
签约各方除遵守有关法律、法规及《中铁隧道集团科技创新工作管理办法》的相关规定外,还将谨守下述权利和义务条款:一、科研合同一经甲、乙双方签字盖章,即成为对双方均具有约束力的正式文件。
二、在合同履行过程中如遇特殊情况需变更合同容,经甲方同意后,签定变更合同协议,作为本合同附件方可生效实施。
三、乙方中途撤销或不履行合同时,甲方视不同情况部分或全部追回所拨经费、物资。
四、乙方应于当年六月和十二月底前将年度项目进展情况(含经费使用情况)报甲方。
未按规定报送者,甲方有权暂停拨款。
五、重大课题及重点课题应于当年的十二月底前报送阶段研究报告;未按规定报送者,甲方有权暂停拨款。
甲方组织专家对乙方报送的阶段研究报告进行评审验收,上一阶段验收通过后方拨付下一阶段研究经费;若阶段验收认为课题存在重大问题,甲方可根据实际情况调整课题的研究方向、更改研究容或终止课题研究;若造成重大问题的责任在乙方,甲方可追回已经拨付给乙方的研究经费。
六、乙方应在规定期限完成合同规定要求,并同时向甲方提出《鉴定/评审/验收办法》规定的全套技术资料,以供甲方组织鉴定、评审或验收,未经甲方同意,乙方不得向外发表有关容。
七、科研成果(包括技术、工艺、材料、产品、软件、文件、专利、工法等)其权属归中铁隧道集团所有。
未经书面许可,任何单位和个人不得转让和传播,不得用于为中铁隧道集团的市场竞争对手服务。
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浅谈隧道高地温处理措施及其问题
浅谈隧道高地温处理措施及其问题发布时间:2021-05-24T02:03:17.639Z 来源:《防护工程》2021年4期作者:王元1 胥进2[导读] 桑珠岭和高黎贡山隧道因其最高达到90℃岩温而备受工程界关注,本文结合桑珠岭和高黎贡山隧道实际地温病害治理,进行了分析和总结,总结中包含高地温的检测、隧道设计方案、通风和降温方案等,分析治理措施的同时也指出了以上方案的不足以及进一步需要改进的方向,以上分析和总结可为同类型隧道高地温病害治理提供参考。
1四川省交通建设集团股份有限公司2四川沿江宜金高速公路有限公司摘要:桑珠岭和高黎贡山隧道因其最高达到90℃岩温而备受工程界关注,本文结合桑珠岭和高黎贡山隧道实际地温病害治理,进行了分析和总结,总结中包含高地温的检测、隧道设计方案、通风和降温方案等,分析治理措施的同时也指出了以上方案的不足以及进一步需要改进的方向,以上分析和总结可为同类型隧道高地温病害治理提供参考。
关键词:高地温;隧道设计;通风;降温方案1 前言随着国家西部大开发战略的实施,越来越多的隧道工程应运而生,由于西部地区地质活动剧烈,导致了部分隧道出现高地温病害。
研究资料表明,隧道内空气温度高于28℃时[1],此隧道可认定为高地温隧道。
截至2018年国内外主要建成的高地温隧道如表1所示,现阶段我国已修建完成如桑珠岭铁路隧道、娘拥水电站引水隧道、甫当、帕当山和吉沃希隧道等多个高地温隧道,以上隧道中尤其以桑珠岭隧道和高黎贡山隧道最为典型,以上两座隧道岩温最高分别达89.9℃[2]和102℃[3](高压状态下),属于我国有岩温记录以来最高岩温隧道。
综上可知,此两座隧道高地温处理措施尤其具有借鉴意义。
本文在此总结了桑珠岭隧道和高黎贡山隧道高地温处理措施,同时提出了处治措施存在的问题,以及需要进一步改进的方向。
2 工程地质概况桑珠岭隧道位于川藏铁路西藏至林芝段,起址于雅鲁藏布江缝线区,位于欧亚板块与印度板块之中,地质活动强烈导致地温较高。
基于高地温隧道的二次衬砌离散化建模研究
基于高地温隧道的二次衬砌离散化建模研究发布时间:2023-03-27T07:04:08.835Z 来源:《中国建设信息化》2023年第1月第1期作者:杨曾1,胡云鹏1、2[导读] 二次衬砌作为隧道工程的安全保障杨曾1,胡云鹏1、21中铁五局集团有限公司,湖南长沙 410075;2成都理工大学环境与土木工程学院 ,四川成都 610059;摘要:二次衬砌作为隧道工程的安全保障,如何高效准确对其受力特性进行模拟显得至关重要。
本文以某高地温隧道工程为背景,综合考虑了复杂多变的环境因素,对隧道二次衬砌进行性离散化建模,并与常规均质体模型的计算结果进行对比分析。
研究表明:由于温湿度的差异导致二次衬砌材料的不均一性,极大的影响了结构整体受力特性,单纯弱化物理参数的均质体模型对实际工况的可解释性不强,采用离散化模型恰好弥补了这一不足;特殊养护环境导致衬砌材料特性的离散化,增加了结构出现应力集中的可能性,并以此计算结果对施工措施提出优化建议,为今后类似工程提供参考。
关键词:高地温隧道;离散化建模;非均质体;数值模拟;中图分类号:文献标识码:A 文章编号:1.引言岩浆、构造以及地下热水活动等复杂地质因素往往会造成显著的高地温现象。
近年来,随着交通工程技术的不断发展,复杂地质条件下修建的高地温隧道数量也日益增多。
高地温环境不仅影响隧道施工效率和材料选取,对支护结构的物理力学特性造成的影响不容忽视[1-2]。
在这种特殊环境下,对衬砌结构如何进行有效的设计与施工广受研究者的关注。
傅金阳[3]等结合理论公式推导、现场试验以及数值模拟等方法,对高地温隧道衬砌混凝土早期开裂技术进行研究,并为现场的隔热措施优化提供了有利指导;王志杰[4]等借助有限元计算软件对隧道整体模型温度场进行计算,并考虑了衬砌混凝土水化热的影响;刘星辰[5]等基于现场监测数据以及材料物理参数测试数据,建立ANSYS热了耦合模型,研究二次衬砌热力效应规律,并针对隔热层厚度给出优化建议;唐兴华[6]利用FLAC3d数值模拟软件对高地温初期支护温度场随时空演化规律进行研究,揭示了围岩与支护结构间全程动态力学响应规律。
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高地温隧道修建关键技术研究? 高地温隧道修建关键技术研究高地温隧道修建关键技术研究李国良,程磊,王飞(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安710043) 摘要:随着我国交通基础设施的不断增多,高地温地区修建隧道逐渐成为工程界遇到的新难题。
依托拉日铁路,提出高地温地区隧道选线原则和隧道施工降温除湿等系列技术;通过XRD衍射和SEM试验,探明特高地温隧道模拟养护条件下混凝土抗氯离子渗透性能和抗碳化性能低于标准养护的原因;通过高地温隧道温度场和结构影响规律研究,因地制宜提出高地温隧道合理有效的施工组织模式;制定合适的隧道支护体系、混凝土配合比及衬砌结构防裂措施,同时提出保温隔热层、衬砌内置冷却管、耐热型复合防水板及新型防水材料等隧道隔热防水措施。
关键词:高地温;铁路隧道;修建技术;隔热材料;支护体系1 概述拉萨至日喀则铁路位于青藏高原西南部,线路起于青藏铁路拉萨车站,沿拉萨河南岸而下进入雅鲁藏布江峡谷区,顺年楚河抵达日喀则市。
线路全长253 km,为单线铁路,全线设29座隧道,总长72.4 km,其中地热异常段落共涉及隧道8座,分布在雅江峡谷区内[1],总长40.9 km。
2 地热地质特征拉日铁路位于藏南高温水热活动区,即那曲—当雄(羊八井)—尼木水热活动带的南部[2]。
该地热带与线路走向基本为大角度相交,线路无法绕避[3]。
本段地质以闪长岩为主,岩质坚硬,峡谷区构造发育,发育有多条大断裂。
高地温是本段最主要的工程地质问题,沿线的水热显示有温泉、温热泉、热泉、泉华等类型。
帕当山隧道雅江边热泉温度达77 ℃,吉沃希嘎隧道深孔测温达60 ℃,达噶山隧道江边热泉温度30~80 ℃,泉水流量10~40m3/d[4]。
高地温对隧道工程的不利影响主要表现在:恶化施工作业环境,降低劳动生产效率,威胁作业人员健康和安全;需研究适应高地温条件的混凝土配合比及防排水材料;高地温产生的附加温度应力会引起隧道初期支护及二次衬砌开裂,影响结构安全和耐久性等[5]。
3 高地温隧道线路方案优化根据高地温选线原则:线路在考虑绕避不良地质的基础上,线位尽量靠近雅江;纵断面选择时拔高线路高程,置隧道于地下热水排泄基准面之上,避开循环热水对隧道工程的影响,降低安全风险(图1)。
选择典型隧道分述如下。
图1 雅江地下热水循环示意3.1 甫当隧道勘察发现隧道出口端靠江边有一处44 ℃温泉水出露。
原方案线路顺直,但离雅江江边较远,隧道埋深大,遇到高地(水)温的概率高,风险较大;为此,将线路平面位置向雅江边靠近约300 m,并适当抬高线路高程,后经施工验证,未出现45 ℃以上的高岩(水)温。
3.2 帕当山隧道勘察发现隧道雅江边热泉温度达77 ℃。
线位受雅江江边地热温泉及帕当山错落控制,优化后将线路平面位置向雅江江边靠近约250 m,后经施工验证,未出现45 ℃以上的高岩(水)温。
3.3 吉沃希嘎隧道勘察发现隧道进口地温达65 ℃,将线路向雅江边移动240 m,实际隧道施工中最高岩温为55 ℃,未出现地下热水[6]。
隧道进口地温曲线如图2所示。
图2 吉沃希嘎隧道进口地温曲线4 高地温隧道施工降温除湿技术根据拉日线所经地区地热(地温)赋存状态,前期按水热型(蒸汽型、热水型)、干热岩型进行预案设计。
水热型地热采用帷幕注浆、局部径向注浆、疏流排水等措施,防止大量热量传递进入洞内,并采用加强通风、隔热、冷水(冰块)降温等方式进行降温;对干热岩型地热考虑采用加强通风、洒水喷雾、冷水(冰块)降温、机械制冷降温等技术。
由于线位优化,施工中以干热岩型地热类型为主,主要技术措施如下。
4.1 设置适宜的辅助坑道利用峡谷区地形条件,结合地热处理,在存在地热的隧道内尽量选取横洞作为辅助坑道施工,将地热隧道划分为若干段,以利地热处理和降低施工难度。
峡谷区地热隧道均加设横洞(斜井),工区长度一般小于2 000 m。
4.2 通风降温根据雅江峡谷区气象资料,隧道区年平均气温6.7~6.9 ℃,最热月平均气温14.6~15.0 ℃,最冷月平均气温-3.5~-2.9 ℃,全年内大多数时间,大气气温可以满足降温通风要求。
施工采用压入式通风方式,地热隧道按加大风机供风量设计,采用轴流风机增大送风量、射流风机提高风速的方式,以提高巷道风速,将岩体放出的热量尽快排出洞外,降低环境温度。
4.3 利用雅江水(冰)降温雅江水温半年时间不超过12 ℃,全年不超过17 ℃,是天然的冷源。
高地热(地温)隧道均沿雅江两岸行进,洞口及辅助坑道口靠近雅江。
部分高岩温工区采用抽取低温雅江水向洞内喷(洒)水方式降温,效果良好。
4.4 其他措施利用隧道内洞室设置降温、供氧室,放置降温冰块;使用隔热服等个人防护用品,施工组织上合理安排高温作业时间等。
5 高地温隧道结构体系研究5.1 高岩温对隧道温度场、结构的影响规律对高岩温隧道开挖温度场研究,力学分析时围岩采用摩尔-库伦本构模型,初期支护采用各向同性线弹性模型,热分析本构模型为各向均质热力学模型[7]。
围岩初始温度场的温度越高,开挖对围岩温度场的影响范围越大。
隧道拱顶上方围岩温度的影响范围最大,(3.0~3.5)D(D为洞径),边墙两侧和仰拱下方围岩的影响范围较小(2.0~3.0)D。
随着开挖进行,隧道周边围岩温度降低,内表面温度逐渐接近洞内温度。
如图3所示。
5.2 高地温条件下防水材料选择通过室内实验,当岩温升高,EVA防水板和止水带的各项力学性能指标均降低;岩温在50 ℃以下可采用EVA防水板;50 ℃以上应采用耐热型复合防水板,推荐HXHC耐高温、耐腐蚀防水材料。
防水板性能试验参数见表1。
图3 隧道拱顶围岩温度随开挖时间变化曲线表1 防水板在55 ℃、50 ℃下的性能试验参数防水板类别NJ-129耐热复合防水板HXHC耐高温、耐腐蚀防水材料EVA防水板技术条件试验温度/℃505550555055拉伸强度/MPa伸长率/%撕裂强度/(kN/m)纵向21.220.22928.619.621.5横向19.11822.322.617.116.4纵向722730726704675662横向695683748738640600纵向136131162161124126横向130127160157113110≥18≥650≥100 5.3隔热材料选择普通喷射混凝土初期支护适用于围岩温度45 ℃以下;普通素混凝土的二次衬砌适用于围岩温度60 ℃以下。
当围岩温度在80 ℃以上时,环境温度对初期支护和二次衬砌的强度及耐久性影响较大,属特高地温隧道,此时支护结构可考虑设置隔热层。
通过试验比选,硅酸盐复合隔热材料和硬质聚氨酯隔热材料均具备隔热性能优良、结构强度较高、耐酸耐碱、施工便利等优点,对隧道工程,硬质聚氨酯隔热材料能发挥出更好的隔热效果[8]。
5.4 高温低湿条件下衬砌混凝土研究5.4.1 高地温对衬砌混凝土力学性能和耐久性能的影响规律峡谷区隧道施工环境中相对湿度在35%~60%,实验室模拟现场环境,对不同配合比的混凝土力学性能、耐久性能和微观机理开展研究,结论如下。
(1)对于特高岩温隧道,普通或掺矿物掺和料的喷射混凝土早期抗压强度高于标准养护强度,但最终抗压强度低于标准养护强度。
(2)掺聚丙烯纤维的喷射混凝土:在岩温60 ℃时,抗压和抗拉强度都有提高;在岩温80 ℃时,抗压和抗拉强度都有降低。
(3)普通混凝土、掺粉煤灰混凝土、掺矿渣粉混凝土、复掺矿渣粉煤灰衬砌混凝土随岩温升高早期强度提高,后期强度降低;岩温越高,早期强度提高的越多,后期强度下降越大。
岩温达80 ℃后,掺粉煤灰混凝土各龄期的抗压强度均高于掺矿渣粉混凝土[9]。
如图4、图5所示。
图4 不同养护条件下喷射混凝土强度曲线(4)高岩温(80 ℃)环境下,随着养护湿度的增加,衬砌混凝土各个龄期的抗压强度也随之增加。
(5)在高温养护阶段,湿度不变时,混凝土抗氯离子渗透性随温度升高而下降;在岩温80 ℃时,相对于标准养护制度,单掺粉煤灰的混凝土抗氯离子渗透性能下降幅度最小。
在岩温不变的条件下,混凝土抗氯离子渗透性能随养护湿度的升高而增强。
图5 50 ℃各种混凝土抗压强度曲线(6)混凝土抗碳化性能均随着温度的升高而降低,普通混凝土随温度升高其抗碳化性能降低幅度最大;混凝土抗碳化性能随着养护湿度的升高而增强,普通混凝土随湿度的升高抗碳化性能增长幅度最大;当特高岩温低于80 ℃时,单掺矿渣粉的混凝土抗碳化性能均高于单掺粉煤灰的混凝土;当岩温为80 ℃时,单掺粉煤灰的混凝土抗碳化性能高于单掺矿渣粉的混凝土,相对于标准养护的混凝土,单掺粉煤灰的混凝土抗碳化性能降低幅度最小[10]。
(7)通过XRD衍射和SEM试验,粉煤灰和矿渣粉的火山灰活性随着高温养护温度的升高而增强,高温养护温度升高促进了二次水化反应的进程,水化产物CH在粉煤灰和矿渣粉二次水化反应过程中被消耗;在高温养护阶段,水分蒸发阻碍整个胶凝材料系统的充分水化,转入标准养护后矿物掺和料二次水化反应继续进行[11]。
在高温养护阶段,水泥水化速率加快,水化产物分布不均,水分蒸发过快,使胶凝材料硬化浆体结构相对标准养护更为疏松,这是特高岩温隧道模拟养护条件下混凝土抗氯离子渗透性能和抗碳化性能低于标准养护的原因之一[12]。
图6为50%RH条件下纯水泥混凝土净浆XRD图谱。
图650%RH条件下纯水泥混凝土净浆XRD图谱5.4.2 高岩温隧道二次衬砌混凝土配合比(1)水泥应选择粉煤灰硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
(2)掺和料优先选择粉煤灰(25%),以单掺粉煤灰混凝土的配合比作为施工配合比。
(3)高岩温(80 ℃以上)环境隧道衬砌混凝土配合比设计时应提高一个强度等级[13]。
5.4.3 高岩温隧道二次衬砌混凝土养护条件混凝土浇筑以后,在终凝前应对混凝土进行覆膜养护;终凝以后,要加强保湿养护,延长洒水养护至28 d,同时加强通风。
现场施工时不方便采取覆膜养护工艺的,浇筑后可以在混凝土表面涂敷水玻璃型养护剂进行养护。
5.5 高地温隧道支护体系在高温的岩体或喷混凝土上浇筑二次衬砌混凝土时,即使厚度再薄,水化热也不易逸出。
由于混凝土内外表面的温差,在早龄期有可能存在裂缝。
衬砌结构长期在高温条件下时,混凝土自身受到热侵蚀作用,自身强度会降低,另外由于混凝土内外表面的温度差异,将导致低龄混凝土开裂。
(1)初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制。
当围岩温度大于48 ℃时,初期支护最大主应力大于喷射混凝土极限抗拉强度,当围岩初始温度为48~60 ℃时,普通C25喷射混凝土将发生受拉开裂。
(2)随着岩温升高,隧道二次衬砌安全系数呈下降趋势。
普通混凝土衬砌在岩温高于60 ℃时将开始出现破坏,二次衬砌需要配筋加强[14]。
地温与初期支护应力关系曲线见图7 ,开挖与初期支护温度关系见图8。