高原高寒地区隧道施工技术研究

上海交通大学硕士学位论文高原高寒地区隧道施工技术研究姓名：曹红彬申请学位级别：硕士专业：建筑与土木工程指导教师：王建华;冯卫星20061101高原高寒地区隧道施工技术研究摘要高原高寒地区，隧道施工处于低气温、低气压的施工环境中，比之一般地区，混凝土在施工中和运营期间的冻融破坏、内燃动力设备的效率降低、施工中的通风排烟等均需采取特殊的施工措施。

我国已建成的隧道工程在高原高寒条件下的施工中，最冷月都停止了混凝土的施工。

我国近五年内即将开工建设的高原隧道总长达50公里以上，研究高原高寒地区的隧道施工技术具有广阔的运用和推广前景，对我国西部交通基础设施的建设具有重要意义。

本文以目前国内公路隧道最长海拔最高的隧道工程鹧鸪山隧道项目为依托，结合工程实际，对高原高寒地区隧道施工机械化配套、施工通风、隧道混凝土施工和运营期间防治冻融破坏等施工技术措施进行了系统的研究。

主要研究成果有：通过对混凝土冬季施工的理论研究和现场试验验证，形成了混凝土抗冻融施工技术方案和施工技术措施；完善了冬季混凝土防冻及抗冻融的配合比设计及外加剂的选用；总结了冬季混凝土施工防寒技术措施和抗冻融施工工艺；形成了高原高寒地区长大隧道平行双洞施工通风模式，完成了高原通风机性能研究和提高供风能力的技术改造；完成了对内燃装载机的功率恢复改造，形成了高原高寒地区隧道施工设备配套模式。

关键词：高原高寒地区隧道施工混凝土抗冻融施工通风设备配套- I -Study on tunnel construction techniques in cold plateauregionsABSTRACTTunneling in Cold Plateau is subjected to the construction condition of the low temperature and low atmospheric pressure. Compared with ordinary regions, special construction techniques should be adopted to deal with problems induced by Cold Plateau such as freeze-thaw damage, Combustion power equipment efficiency decrease, and Waste Gas Discharging and Ventilation. In the coming five years, more than 50 kilometers tunnel will be constructed in the Cold plateau of western China. However, special construction techniques in cold plateau have not been well studied to ensure the continuous construction of concrete in these regions.This thesis present a systematic research on construction techniques in Cold plateau based on a case history of the Zhehushan tunnel construction. In this study, based on field test data analysis and theoretical research on winter construction, concrete anti-freeze construction techniques is developed; the component design and use of Chemical Admixtures are improved; research on plateau ventilation equipment efficiency is conducted to enhance the ventilation ability; combustion power equipment is upgraded to recover efficiency; a new integrated pattern for construction equipment in cold plateaus is developed.Keywords: cold plateaus regions, tunnel construction, anti-freeze techniques, ventilation, construction equipment integration- II -符号说明α——运输过程温度损失系数（h m-1）Tα——运输时的环境温度（℃）N——混凝土转运次数t——自运输至浇注完成的时间（h）T——经运输至浇注完成的温度（℃）T b——搅拌机棚内温度（℃）T1——混凝土出机温度（℃）c1、c2——水的比热容（KJ/Kg·K）及溶解热（KJ/Kg）P s、P g——砂、石的含水率（%）T w、T c、T s、T g——水、水泥、砂、石的温度（℃）W w 、W c、W s 、W g——水、水泥、砂、石的用量（Kg）T0——混凝土拌合物的温度（℃）- III -上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：曹红彬日期：2006年11月23日√上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：曹红彬 指导教师签名：王建华日期： 2006年 11月23日 日期： 2006年 11月23日第一章绪论1．1 引言鹧鸪山隧道隧道地处川西高原，隧道海拔高度3300m，穿越海拔4200米的鹧鸪山垭口。

鹧鸪山隧道具有三低二高一复杂的特点。

具体表现在：三低：气温低,极端最低气温－31.1℃，山顶终年积雪，每年冬期长达8个月；气压低，隧道口气压为68Kpa，为海平面的60%；含氧量低，大气含氧量为13.7%，为海平面的67%。

二高：隧道所处位置海拔高：隧底海拔3300m；技术含量高：砼防冻、抗冻、抗裂；高原施工人员及设备缺氧；复杂多变的地质，大变形处治等技术难题需要去解决。

一复杂：鹧鸪山隧道地质极其复杂，处于变质岩地区，以千枚岩、炭质千枚岩、炭质板岩、板岩为主，受米亚罗大断层、三家寨倒转背斜、新生沟倒转向斜等强烈地质构造影响，地下水丰富。

经专家多次现场查勘、论证，其地质复杂性为目前四川省地质最为复杂的隧道。

目前，对于高原严寒地区隧道施工，可借鉴的经验较少，尤其像鹧鸪山隧道的高海拔、高寒、漫长冬季、又需连续作业等，此类隧道工程施工极少。

在施工中，电动空压机的效率大幅降低，通风困难，喷射混凝土回弹率大、早期强度偏低，二次衬砌灌注之前容易冻结，成型之后表面出现龟裂、渗漏、且养护时间过长，影响工程进度，隧道处于干湿交替状态、地下水作用，易引起混凝土冻融破坏。

所以，解决好高原高寒隧道的施工，尤其是混凝土的抗冻融技术、钻爆施工技术、施工通风技术，对隧道施工领域有重大的意义。

1．2 类似工程的情况：青海大板山隧道（海拔3500米，隧道长2500米，最低温度-30℃）、四川二郎山隧道（海拔2200米，隧道长4200米，最低温度-28℃）、甘肃盘道岭引水洞（海拔2000米，隧洞长15000米，最低温度-26℃）。

他们的主要措施是：隧道施- 1 -工的设备配置需满足高寒、低气压的环境；人员、设备的保暖防寒，混凝土骨料、水泥的加温，混凝土配合比的设计须控制水灰比，以保证混凝土的施工质量。

同时在最冷月都停止了混凝土的施工。

辽宁本溪隧道的混凝土施工在劲涛工作室的协作下，较为成功的做好了冬期混凝土的施工：施工中严格控制水灰比（控制在0.55以下），拌和用水加热至60℃，集料加热至0℃，保温棚拌和，1~2月停止混凝土施工。

华蓥山隧道（瓦斯隧道）采用巷道式通风，使洞内空气质量满足规范要求，为长大隧道的通风提供了较好的通风模式。

高原的气压低，通风设备的工作效率差，须解决高原通风设备的效率问题，这也是其它高原隧道通风所面临的问题。

以上工程虽对某些问题进行了研究，也形成了一些施工措施，但没有形成系统和完整的针对高原高寒长大隧道施工技术措施。

1．3 主要研究内容和解决的关键问题：施工中结合工程实际，进一步研究高原高寒地区施工机械化配套、施工通风、隧道砼施工和运营期间防治冻融破坏的施工技术措施。

1．3．1 主要研究内容：(1)高原高寒地区隧道砼的抗冻融破坏施工措施研究初期支护喷砼和现浇衬砌砼在低温下施工冻结分为拌制、运输、施工过程中受冻和养护期间受冻。

养护期间是砼具有一定的初始强度后的冻结，更容易发生水分迁移，破坏程度大于前者。

养护期间冻结由于受砼内外温度平衡过程的影响，其表面的冻结程度大于内部，解冻时对冻伤几乎无恢复性。

拌制、运输、施工过程中的冻结是砼不具备初始强度，内外冻伤基本一致，且在解冻后砼强度有一定的恢复性，但仍有较大损失。

隧道衬砌混凝土在运营期间主要是衬砌背后的地下水在低温条件下冻结膨胀产生应力破坏混凝土和混凝土毛细孔中的游离水在低温条件下冻结膨胀破坏以及反复冻融降低凝结力而降低混凝土强度，甚至破坏混凝土。

- 2 -(2)高原高寒地区长隧道施工无轨运输的施工通风与通风管理鹧鸪山隧道海拔3330米，山顶海拔4200米；隧道口大气压68Kpa，氧气含量13.7%；隧道长4448米，平导长4446米；单口掘进深度2200米左右；隧道采用内燃机械作业，自卸汽车出碴。

由于海拔高度限制和施工条件的要求，隧道施工通风难度和要求就显得非常高。

(3)施工机械设备的合理配置在0～4000米范围内，海拔每升高1000米，大气压降低10％，内燃机功率损失相对于平原指标下降8％～12%，空气动力设备功效相对于平原指标下降10％～13％，且高原地区金属结构件的脆性断裂较平原地区高3～4倍。