高原地热条件下隧道施工措施研究

高原地热条件下隧道施工措施研究

摘要：由地热引起的高地温问题严重制约隧道工程建设，而在这方面的研究工作还没有系统的开展。本文结合拉日铁路达嘎山隧道的建设，针对高地温引起的问题，从施工技术和安全生产方面提出了相应的措施。为保证在高温环境下施工的正常运行，采取降温、支护以及相应的安全爆破方法；另外，提出了一系列保护工人健康的安全措施。

关键词：高原地热；隧道；施工措施；安全

1 引言

高原地热条件下，隧道施工时洞室内的高温地热会对工程产生热害，产生较大影响。施工环境中高温高湿现象不仅危害作业人员的健康和安全，同时也将降低劳动生产率，甚至使施工无法进行；同时使机械设备的工作条件恶化，效率降低，故障增多。因此，对高原地热条件下隧道施工措施的研究就显得尤为必要。

2 工程概述

2.1 工程概况

达嘎山隧道位于雅江左岸山前冲、洪积台地后缘一山坡上；洞身通过雅鲁藏布江北岸中高山区，地形起伏极大，地势极为陡峻，洞身穿越的山体高程范围为3780～4530m，山势总体东高西低，山体周边冲沟发育，V型冲沟较多，沟内小型泥石流发育，洞身上方有一条常年流水冲沟；出口位于一泥石流冲沟左岸。

2.2地热对施工的影响

隧道施工中，人员和机械都受到地热较大影响，主要情况有以下几种：

a. 很多施工人员由于作业时间长，会出现头晕、呕吐情况；

b.由于施工机械散热难问题，造成故障率逐渐升高；

c.在部分地段围岩表面，潮解现象时有出现，遇水变成粉末状，造成岩面喷射混凝土很难粘结；

d.造成普通的硝铵炸药膨胀，有的出现包装纸胀裂的现象；部分导爆管发生软化失去弹性，在挤压后无法恢复原状；

e.大部分砂浆锚杆强度降低；

f.测量仪器精确度大大下降，在测量仪器说明书中正常工作环境温度范围为

-20℃——40℃。

3. 防地热关键技术及措施

在施工过程中应及时做好超前地质预报，确定热泉的成因、水源、运动、水质、水量等参数，上报设计院进行动态设计，及时增加散热横洞。对于有条件引走、排空的地下温泉，应及时引走。治理洞内热水按照“以堵为主，以排为辅”的原则。严防热水在隧道内蔓延而威胁施工人员的安全。在温度较高的地段，可采取喷雾降温；在有条件的地段，可抽取江水在隧道内形成水循环降温系统。还应加强合理组织施工，优化工序循环，加大机械施工在总施工时间中的比例，尽量减少人员的操作时间。并做好施工应急预案，在备好抢险物质。

3.1.1辅助坑道设计

在峡谷区地质的复杂情况下，隧道洞口施工场地困难非常大。此隧道应考虑运营通风、工期等要求结合隧道所处地质、地形条件设置四座辅助坑道。对于地热隧道施工中，辅助坑道选取应尽量考虑顺坡横洞。首先是借助横洞以防施工工期过长；其次是在高原地热施工地段中，借用水泵把雅鲁藏布江内的冷水抽到洞中，使得洞内的热水与其进行热交换后排出隧道外，进而达到降低洞内热水温度的目的。

3.1.2抽排洞内热水

应采用2台5．5kW、30m3／h的水泵通过80mm(壁厚5mm)镀锌管及时的将集水坑内混合水排出洞外，以达到缩短热水在洞内与周围空气进行热交换的时间段，有利于降低洞内环境温度。洞内温泉热水的涌出量是水泵的容量进行及时调配的依据，应备用一台水泵。

3.1.3加强通风

加强通风是改善隧道内湿热条件的最简便而行之有效的方法之一，尤其是在热害程度较小的情况下效果更加突显，而且也是非常经济可行的。

(1)在采用通风降温时，通常来说都是力求加大风量，来使由岩体放出的热量分散到更大体积的空气中，来达到降低温度的目的；再者是把风速提高，来改善人体的散热条件。然而风量和风速的增加是有限制的，由于过高的风速会引起粉尘颗粒对身体健康影响比较大。

(2)在设备和施工条件有限，利用增加管路和风机来增加通风量不现实时，还

得要确保风管的安装质量、保证维护管理顺利、降低漏风和风压损失，需要时可以选用风机分散串联办法来确保风管的漏风长度得到控制，进而做到加大风压和风量。

(3)在布置通风系统时，要合理的安排以达到降温的目的。设计通风时不仅要保证风速及风量、温度及湿度等参数的确定合理，还要尽力促使进风流躲开湿源、热源，降低进入风流中的水汽和热量。降温的效果也取决于通风方式的选择。通风方式主要有纵向通风方式、全横向通风方式、半横向通风方式和组合通风方式等，每种方式都有各自的优缺点，要根据具体条件选择合理的通风方式。

(4)加大局部通风强度，提高工作面的风速，可在工作面附近采用局部通风措施，如引射器等，效果更好。

降低洞内作业环境温度、改善作业条件最重要的一种手段是加强通风。洞内处于高温环境时，选取常规的单管压入式通风不易达到高效降低洞内环境温度，尤其是伴随掌子面的推进，洞内通风效果也越来越差。可以加设一台通风机，选取规格为117kW*2、1800m3／min，利用φ1500mm的风管给工作面送风，选用的通风方式为双管压入式。在布置洞口外面的通风机时，最好是远离洞口30m，以防洞内排出的热空气循环再次进入通风机中，影响通风降温的效果。

3.1.4喷雾降温

从洞外水池把冷水水管接至洞中，把两根φ100mm的输送钢管顺着洞顶分别架设于两侧，还要每隔3～5m在钢管上安设喷雾器装置，做到沿洞线喷雾。利用水雾冷却洞内岩面，使其与洞内热空气混合，达到有效的降低洞内温度的目的。此时，洞内粉尘还可以通过高压喷雾吸收，大大降低粉尘浓度，有效改善施工条件。

3.1.5应用隔热材料

此方法是利用热导率低的隔热材料来减少冷热之间的热交换来达到降温。此材料大多用于管道、岩面、和风筒隔热单个方面。

(1)用于围岩隔热：可以将隔热材料均匀喷涂在围岩一周；随后在衬砌背后充填隔热材料；采用内层或中层喷涂隔热材料的复合式衬砌的方法。

(2)用于管道隔热：在管外包裹泡沫塑料，同时在管外喷涂化学发泡剂或直接采用硬质塑料管来达到减少散热的功能。

(3)用于隔热风筒：采用双层隔热风筒或外包隔热材料的风筒等，来阻止热量

交换。

高地热隧道的施工措施，方式虽然多种多样，可在施工过程中如何因地制宜的运用相应措施来达到良好的降温效果，这是一个需要谨慎考虑的问题。第一是以改善洞内高温环境作为主要方案来考虑的，考虑工点实际需要，还要确系经济条件允许和技术条件可行的情况范围内，还可以在设计中同时采取多种结合的防治措施来达到更好的防治目的。

3.2支护措施

洞内高温是由于隧洞穿越断层、地下高温温泉涌出造成的。在施工进程中，应当在掌子面推进时使用超前勘探，且超前探孔达到120m。同时，利用超前钻孔掌握掌子面前的具体地质环境，进而采取有效措施防范隧洞开挖中可能出现的塌方、集中涌水等情况。在地下水