浅谈高海拔高寒公路隧道施工难点

浅谈高海拔高寒公路隧道施工难点

发表时间：2018-04-16T14:06:16.727Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第32期作者：李晓锋

[导读] 一直以来，在高寒、高海拔地区建设隧道都是一个世界性难题，特别是在高原缺氧以及冻胀问题。

中交第二公路工程局有限公司陕西省西安市 710065

摘要：本文以国道214线香德二级公路白茫雪山1#特长隧道施工为依托，针对高海拔高寒地区公路隧道施工的难点及解决方案进行了较为详细的研究分析以供读者参考。

关键词：高寒地区；高海拔地区；公路隧道；施工难点

一直以来，在高寒、高海拔地区建设隧道都是一个世界性难题，特别是在高原缺氧以及冻胀问题、冻融问题一直都是技术难题。为了解决施工难题，需要从洞内通风、机械配套、防寒保温、防排水等方面着手，采用合理的施工技术措施，达到安全、高效、优质的建设目标。

1.工程概况及地质特点

国道214线香德二级公路白马雪山1#特长隧道主洞全长5180m，平行导洞5160m，隧址区域内海拔4075.65~4363.34m之间，总体地势北高南低，自然横坡较陡，横沟发育，切割较深，沟谷纵横，地形复杂。隧道处于F1断层（德钦~中甸~大具断层）西南250～800m，受该断裂影响隧址区三条次级断层F4、F5、F8，分别于K126+700、K128+070、K127+440处与隧道大角度相交，破碎带宽约120m、80m、50m，直接影响白茫雪山1#隧道围岩等级及涌水状况；围岩为熔岩~流纹岩、红褐色千纹岩、页岩及板岩为主，裂隙发育，岩体破碎，风化速度非常快，特别遇水后，岩体变为泥状，受挤压影响，侧压力大，围岩的稳定性差。

2高原缺氧状态下改善洞内空气质量方案

高海拔地区隧道施工最大的难题是高原缺氧，由于隧道施工是在有限空间内作业，作业期间，爆破产生的有害气体，隧道打钻、喷浆产生的扬尘，施工机械工作产生的尾气、扬尘等容易造成洞内空气污浊。在高原缺氧状态下，如何改善洞内空气质量，保证人员、机械正常工作是高原隧道施工首先面临的最大挑战。

2.1洞内通风是改善洞内空气质量的关键，白马雪山1号隧道通风采用两阶段进行，第一阶段在洞口至掘进1.2Km处，采用常规的洞外压入式通风，第二阶段采用巷道通风，导洞为新鲜风进口，主洞为污风出口，形成通风回路。首先，所有机械、车辆全部由主洞进出，再将横通道全部封闭，只保留离掌子面最近的横通道通畅，保证导洞空气质量，将轴流风机移入导洞内向主、导洞掌子面供风，最后在洞内安装多台射流风机，通过调整方向加快洞内空气正反向流动速度，达到较好的通风效果。

2.2洞内施工过程中，空气质量最大的污染源来自机械尾气，普通机械在高原缺氧环境下，因柴油燃烧不充分导致排放大量油烟，会对洞内空气造成严重污染。在机械选型配套时，应优先考虑电动机械，如必须选择燃油机械，应选择采用高原型内燃机的机械，并配置增压装置及废气净化装置。如本项目选择的装载机、挖掘机均安装了高原型内燃机及废弃净化装置。

2.3隧道洞内空气污染的另一个主要污染源就是粉尘，在施工工程中，喷射混凝土、机械出渣时产生了大量的粉尘，对人体危害极大。为项目采取了一系列降低粉尘的措施，如采用湿喷法进行喷射混凝土施工，洞内道路喷雾洒水，爆破后立即对爆堆洒水降尘，取得了较好的效果。

2.4在洞内安装气体检测系统，发现洞内空气质量有明显下降，应及时将工作人员撤离。在洞外建立制氧房、医务室，并长期配备专业医疗人员，以备施工人员因产生高原反应而发生安全事故。

3高寒地区隧道防排水技术

由于隧道穿越雪山，山体内裂隙常年处于饱和状态，渗流量较大。在冬季气温较低时，周围的冻土会受到影响形成交替冻融圈，在冻胀力的作用下容易造成衬砌、路面开裂等一系病害，对隧道后期使用性能造成影响，而到了夏季后，由于温度升高，山上积雪融化，雪线上升，裂隙水得到地表水补充，渗流量将急剧增加，易引发突水、突泥等安全事故。为了保证隧道施工安全以及后期运营效果，就必须建立起安全有效的防排水系统。

3.1由于雪山隧道施工过程中，裂隙水渗流量较大，尤其是在夏季，渗流量急剧加大，施工中单独建立临时排水系统成本较高，所以在建立隧道防排水系统时，要采取永、临结合的方式，根据施工地区的水文和地质等实际情况，并遵循综合治理、因地制宜、以排为主，将防、排、截、堵结合在一起综合考虑。

3.2在施工过程中，先用TSP203或地质雷达查明掌子面前方地质条件及富水情况，在开挖接近富水地段时，采用水平地质钻探准确掌握前方地下水含量、压力、分布，判断是否有发生突水、突泥的可能，并采取采用超前注浆和管道引排等方法，排除部分地下水，减少水量，降低水压，保证施工安全，并应在掌子面附近修建沉淀池，将施工过程中的渗流水经沉淀池引入永久排水系统，以防永久排水系统堵塞。

3.3在隧道底部设置小断面泄水洞，将矩形边沟及仰拱中央水沟中的流水打孔引入泄水洞，解决洞口段应因低温水沟内结冰及冻胀问题。洞口段矩形边沟及仰拱中央水沟需采取电加热措施保温措施，解决洞口段排水问题。

4高寒地区隧道低温混凝土浇筑及保温措施

隧道所在区域由于海拔较高，属高寒地区，每年融雪期在5月~9月，其他时间段气温较低，年最低气温达到-35℃，隧道冬季施工以及二衬施工完成后的保温防冻问题是保证施工质量的关键工作。

4.1由于气候原因，白马雪山1号隧道每年有7个月冬季施工期冬季砼拌合站全封闭保温。拌制砼时优先采用加热水的方法，水及骨料的加热温度根据热工计算确定。水泥不得直接加热，使用前运入暖棚内存放。拌和水温度不得超过80℃，骨料不得超过60℃，砼所用骨料清洁，不得含有冰、雪等冻结及易冻裂的矿物质。投料顺序为先投入骨料和已加热的水，然后再投入水泥。

4.2浇注砼时适当掺用引气剂、引气型减水剂等，提高砼的抗冻性。预拌砼在运输和泵送过程中应采取保温措施，砼拌合物的出机温度不得低于10℃，浇注入模温度不得低于5℃。

4.3为解决隧道的保温防冻问题，保护衬砌不受冻胀而产生破坏，采用防排水与保温相结合的方案。防冻必先治水，严格按设计做好防