高海拔高寒隧道施工技术

第22卷,第4期 中国铁道科学V ol 122N o 14

2001年8月 CHI NA RAI LW AY SCIE NCE

August ,2001

文章编号:100124632(2001)0420047206

高海拔高寒隧道施工技术

刘　国　玉

(中铁十六局第一工程处,北京　101300)

摘　要:大坂山公路隧道地处青藏高原东北部,祁连山脉东段南支脉,全长1530m ,洞口路面海拔高度为

3792188m ,是国内目前海拔最高的隧道。为了解决好高海拔高寒地区隧道施工问题,施工、设计、科研单位共

同组织了科研攻关小组,通过研究、实践、总结、改进、提高,获得了在高海拔高寒地区修建隧道的基本经验和一些施工关键技术。该工程的成功建设,为我国西部大开发,修建高海拔高寒地区公路、铁路隧道提供了宝贵的经验和施工技术。

关键词:高海拔;高寒地区;隧道;施工

中图分类号:U4161168:U45912 文献标识码:A

　收稿日期:2001205216

　作者简介:刘国玉(19692),男,安徽五河人,高级工程师。　基金项目:铁道部科技研究开发计划项目(2000G 037)

1　前　言

大坂山公路隧道地处青藏高原东北部,祁连山脉东段南支脉,位于青海省境内,是227国道西宁至张掖段的重点工程之一。隧道全长1530m ,洞口路面海拔3792188m ,是国内目前海拔最高的隧道。据中国科学技术信息研究中心查新检索国内外有关文献和资料获悉,该隧道海拔高度位居世界第一。

为了解决好高海拔高寒地区隧道施工问题,施工、设计、科研单位共同组织了科研攻关小组通过研究、实践、总结、改进、提高,获得了在高海拔高寒地区修建隧道的基本经验和一些施工关键技术,如:防排水、防寒保温、低温混凝土施工、机械设备配套、施工人员安全防护、施工组织管理模式等,解决了施工有关难题。经过工程竣工验收与通车运营,达到了优质、高效、安全的总目标。该工程的成功建成,为我国西部大开发,修建高寒高海拨公路、铁路隧道,提供了成功的先例,具有重要的参考价值。

2　工程概况及特点

211　施工区域自然条件

该地区属内陆高原寒冷气候带,高寒多雨,年平均气温-311℃,极端最低气温-3411℃,极端最高气温2215℃,年负温期近8个月,年均降雨量84114mm ,年均蒸发量615mm ,氧气含量仅为海平面的62%。

隧道位于祁、吕、贺山字形两翼褶皱带与秦昆东西向构造带的复合部位,地质构造与组合形式异常复杂。山峦起伏大,古冰川与寒冻风化侵蚀地貌发育,岩层厚度极不稳定,节理裂隙发育,三大断层横贯其中,Ⅱ2Ⅲ类围岩约占55%,地质条件极差。该隧道地下水丰富,开挖后渗漏水严重,多处发生过涌

水,局部富水区呈喷射状涌水,涌水量高达3528m 3

・d -1

。隧道工程地质纵剖面示意图,见图1。

图1　工程地质级剖示意图

212　工程概况及特色

大板山隧道按Ⅲ级公路设计。建筑限界:净高

415m,净宽7+2×0175m。进、出口洞门墙均采用25号钢筋混凝土结构,出口洞门墙基础以下115 m换填粗粒土石。进、出口分别设置了长为25m、30m的防雪明洞(图2)。

根据隧道建筑限界要求,并考虑到高寒地区的

温差,隧道衬砌可能承受非均匀冻胀力,衬砌内轮廓线采用单心圆,内半径为r

1

=454158cm。该隧道Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩地段分别约占全长的37%、18%

和45%。初期支护为40cm厚,C

25模喷混凝土,二次模筑衬砌。

根据中科院兰州冰川冻土研究所提供的隧道进、出口冻结深度,通过反复比较,确定沿隧道全长设置防寒泄水洞,出口采用圆端掩埋式保温出水口,排除隧道围岩中的地下水。防寒泄水洞设在隧道行车道下面315m～5m,断面开挖尺寸216m×216m。在防寒泄水洞内,左右对称开挖横洞,与左右墙脚下设置的竖向泄水孔相通,以便将正洞二次衬砌外的围岩渗透水,经由纵向盲沟和纵向透水管,疏导至竖向泄水孔,再由防寒泄水洞排出洞外。以期尽快排除地下水,尽量减少地下水因滞流冻胀对衬砌产生的附加力,防止隧道内挂冰和路面结冰造成的交通中断。隧道与泄水洞的构造示于图2。

图2　隧道结构图(单位:cm)

沿隧道纵向全长,在边墙墙脚外侧和仰拱中心下面设置三道干砌片石排水盲沟和排水过滤管排水系统。每隔3m～10m,在横向再设置一道干砌片石排水盲沟或采用PE230S排水板,并在仰拱下中心排水盲沟与防寒泄水洞之间用竖向泄水孔连通,竖向泄水孔间距为10m。

隧道初期支护与二次衬砌之间沿隧道全长范围内,铺设由450g・m-2土工布和2mm CPE防水板构成的防水层。防水板在施工中优选为018mm的LDPE,并在分段浇筑的二次模筑衬砌施工缝处设HPE350止水带。

为了解决高寒地区隧道内冬季经常出现冰柱和冰棱及衬砌在冻结和溶解的反复循环作用,会加速隧道衬砌的变形和破坏等问题,确保使衬砌背面的围岩水温度高于冰点,原设计在隧道两端洞口一定长度范围内(出口约500m,进口约300m),于二次衬砌和初期支护之间设置了保温隔温层。经反复试验后,选定了适当的保温层体系。并将内置的保温隔温层改为全隧道设置的外贴式保温隔温层,隔温效果显著。

3　主要施工方法及技术成果

311　主要施工原则

根据高海拔高寒地区的自然环境条件、施工设计的规格,本着安全、优质、高效、适用、稳妥的精神,确立了以下基本指导原则。

(1)由于气压低、缺氧、寒冷、多风,内燃机械功率损失较大,防冻起动较难。尽量少用内燃机设备,多用电动或风动机械。

(2)尽量用机械化施工替代人力施工,减少施工人员,减轻劳动强度,提高劳动生产率。

(3)加强洞内通风机械设备的配置,特别是充分利用设置在正洞下方的泄水洞,提供洞内更多的新鲜空气,改善工作面的空气环境。

(4)在持续低温的条件下,采取措施,确保工程质量,特别是喷混凝土和混凝土的质量。

(5)为了防止施工中出现冻融、冻涨的可能,要建立完善的、充分的供暖、防寒、保温设施,保证人员、机械设备和施工的正常运行。特别是隔热层的修筑对保证隧道的正常使用至关重要。

(6)隧道防冻涨是施工中要解决的核心问题。低温和水的存在是形成冻涨的基本因素,因此,除作好防冻涨的措施外,在隧道周围形成一个包括泄水洞在内的完善的、通畅的防排水系统,是工程取得成败的关键。

312　主要技术成果

31211　充分发挥了防寒泄水洞的有利作用,优先开挖贯通

防寒泄水洞,贯穿于公路隧道底部以下315m ～5m处,它由自身构筑的排水系统与上层隧道二次衬砌外构筑的排水系统相连接,共同形成上下综合性连通的排水系统,将围岩渗漏水排出洞外。它

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