浅论高海拔高寒隧道施工技术

1、 浅谈高山高山隧道施工技术杨成伟青海省乌兰县三公司四格二线项目经理部 邮编：817100【摘要】本文主要阐述了高海拔、寒冷地区隧道的建设。察罕河2#隧道位于祁连山西段南支青藏高原腹地。448 m通过研究、实践、总结和改进，获得了高海拔、寒区隧道施工的基本经验和一些关键施工技术。【关键词】 高寒地区多年冻土隧道施工1 项目概述青藏铁路起于青海省西宁市，止于西藏自治区首府拉萨1956公里。在建的青藏铁路二期格尔木至拉萨段全长1118公里，是中国西部大开发的标志性工程。高海拔和寒冷地区的隧道在建筑领域是比较少见的。我国在高原或寒冷地区修建的隧道大多未能有效解决冻胀问题，导致施工工期异常艰难，持续放缓

2、，投资增长较快；或因冻害影响使用，甚至报废。成功的例子很少。察罕河二号隧道位于青海省乌兰县都兰河左侧一座显眼的山上。地势不起伏，入口平缓，出口略陡，山脊两侧地势平坦开阔，地表植物较为发达。隧道全长448m 。本区属半干旱大陆性气候，雨量集中，蒸发量远大于雨量，温差大，多风。年平均气温-3.3，极端最高气温30.7，极端最低气温-27.7，年平均降水量179.5mm，年平均蒸发量1867.7mm，平均相对湿度为61%，最大风速21.3m/s，年平均八级以上大风15天，最大月平均日变化幅度16.2C，最大积雪厚度9cm，最大季节性冻土深度为299cm。2 施工方法特点 2.1 隧道施工中多道工序并

3、行作业，充分利用小空间、短工期。 2.2 以防冻胀为参照点，解决防水和保温两个问题，确保质量和安全。2.3 防寒排水隧道和主隧道以复合防水排水层为主，多种方式相结合，解决高寒地区隧道防水问题，消除冻胀源。2.4 结构表面复合保温层和防风保温门用于保证结构的保温。依靠混凝土施工保温和隧道水电消耗，保证正常施工和工程质量。2.5少刷或不刷边坡，计划好矿渣污水等处理，保护高原多年冻土和脆弱环境。3 适用范围 该工法适用于海拔3000m以上的高原地区和年平均气温为负值的寒冷地区的隧道工程或其他类似工程。4 施工技术4.1 关键技术（1）有效解决结构周围的排水问题，为其防水打下基础。( 2 )有效选择防

4、水结构，提高混凝土本身的防水能力( 3 )施工中有效地进行保温、防冻。( 4 )建立完善的保温系统，选择合理的结构和材料。4.2 关键流程4.2.1主要施工原则根据高海拔、寒冷地区的自然环境条件和施工设计规范，本着安全、优质、高效、适用、稳定的精神，制定以下基本指导原则。1、由于气压低、缺氧、寒冷、多风，内燃机功率损失大，防冻启动困难。尽量减少使用内燃机设备，多使用电动或气动机械。2、尽量采用机械化设备配置，减少施工人员，降低劳动强度，提高劳动生产率。3、加强洞内通风机械设备配置，提供更多洞内新鲜空气，改善工作面空气环境。4、在持续低温的情况下，采取措施保证工程质量，特别是喷射混凝土和混凝土的

5、质量。5、为防止施工过程中出现冻融和冻胀的可能，应建立完备、充足的采暖、防寒、保温设施，以保证人员、机械设备和施工的正常运行。尤其是保温层的施工，对于保证隧道的正常使用非常重要。6、隧道防冻液是施工中要解决的核心问题。低温和水的存在是浆体膨胀形成的基本因素。因此，除了采取措施防止冻胀外，在隧道周围形成包括排水孔在内的完善、畅通的防水排水系统，是本工程成功的关键。钥匙。4.2.2 低温混凝土施工工艺预热原料，提高混凝土出料温度。针对察汉江高寒对混凝土施工质量影响较大的特点，经过不断的研究、探索和创新，总结出一套严寒条件下的低温混凝土施工技术，有效地解决了低温环境下混凝土施工的难题，保证了隧道的顺

6、利运行。施工采取了以下措施：1、加强洞内及运输过程中的保温工作，减少热量散失。2、添加外加剂控制混凝土的配合比，提高混凝土本身的性能。3、混凝土浇筑后，进行局部空间供暖、养护和模板，增加低导热率的保温材料，以利于混凝土强度的产生。建议在混凝土搅拌站设置一个固定的预热棚，用蒸汽对棚内加水的砂和混凝土进行加热，但水温应控制在55-67。搅拌混凝土时，先将骨料、水泥和外加剂搅拌均匀，然后加水搅拌，以减少热量散失。运输时，5cm运输车辆内铺设厚木板，并在混凝土中加盖一层，以防止运输过程中热量散失。混凝土入模后，用棉帘隔绝周围环境，继续用锅炉加热30min ，然后逐渐移开热源。 初支喷射混凝土抗渗性低，

7、结构混凝土与初支之间的蓄水靠EVA排水板排至基脚，保证二衬混凝土外侧不会长时间蓄水一次或只需极少量的水，无需冷冻条件，降低反复冻融的破坏力。上述措施的综合运用，保证了混凝土施工质量，既满足强度要求，又达到内外之美，为隧道卓越奠定基础。一年半以来，没有出现冻害和混凝土质量问题，证明这套技术是行之有效的。材料科学的进步是保证高山施工质量的一个非常有利的途径，而喷射施工中的新型水泥材料弥补了冷隧道喷射混凝土支护的难题。4.2.3 保冷保温系统施工技术在施工过程中，我们研究探索了一套防寒保温施工技术。通过高压风管、排水管保温，创新使用恒压供水装置，解决了严寒条件下施工的各种困难，有效保障了隧道的正常施

8、工和施工质量。经过大量反复对比实验，所建立的由硬质聚氨酯保温层、干法硅酸铝纤维板保温层和玻璃保护层组成的隧道保温结构效果非常显着。当隧道内环境温度为-16 时，保温层后面的混凝土仍可处于5以上的正温，有效阻断冷能向结构混凝土的传递，防止隧道冻结的形成界。洞口采用防寒保温门，有利于减少寒流在高寒季节侵入洞外隧道，保护结构对围岩地热能的利用，全面防止冻害的发生，改善作业环境。其中有：、防寒保温：在二次衬砌混凝土表面设置复合保温层，可防止隧道内高寒气流对混凝土结构的冲击，防止混凝土衬砌将高寒负温传递至围岩，从而导致冻胀和二次衬砌后地下水的破坏。结构体。该技术在高山隧道施工中属首创，其施工程序和方法为

9、：PU（硬质聚氨酯）绝缘材料铺设膨胀螺栓，形成封闭的绝缘圈。5cm2、在PU板外表面铺设3cm干法硅酸铝板，2cm用宽金属条将其焊接在螺栓顶部，固定二层绝缘板。3、上述两层保温层施工完成后，经检验合格后，5cm在保温层外周向安装1.0厚的玻璃钢板，起到表面支撑保护和防火的作用。安装时，在玻璃钢板和钢带上每隔一段距离钻孔，并30cm用铆钉锚固件固定在二次衬砌结构上。最后，用无机粘合剂填充接缝间隙，并在外面涂上防火涂料。4、施工防水隧道施工中使用的高压水采用隧道外高压水池的方式，容易出现水池冻结和水管冻死的现象。5、高压风道保温压缩空气站应尽可能靠近隧道入口，高压风道应尽量少拐角。在弯头和最下部加

10、装水箱和排气阀，及时排出管道内积聚的冷凝水。供气完成后，将排气阀一一打开，将管道内积水吹出。洞外及入洞200m的左右风道14cm应用厚石棉保温，并用4cm粗草绳包裹。6. 洞内取暖隧道施工中，加热设备为直径80cm、高度1.2m的大型铁皮炉。靠近开口90m范围内每隔15m左右布置一炉，中间每隔50m布置一炉，必须满足良好的阻烟和保温装置的要求。为防止废气污染洞内空气。排烟管高出设计标高4m，沿隧道侧壁水平引至隧道外。锡炉如下图、保温材料的选择：在研究过程中，通过性能和工艺对比，确定的PU硬质聚氨酯保温板导热系数低，材料强度性能优越，加工运输方便，使用效果显着。干法硅酸铝纤维板具有较好的阻燃性能

11、，起到保温和阻燃的作用，弥补了PU材料阻燃性能的不足，FRP起到支撑和防火的作用。铺设在表面可以防止PU和纤维板脱落和松动。室内装修也很方便。通过隧道结构保温层的材料性能测试和施工测试，确认了一层和两层保温层混凝土结构背后的温度测试结果是在扬通低温条件下测试的，证实添加保温层具有明显的保温效果。(1) 洞口的防寒保温门：在高寒季节，为减少隧道外高寒气流对隧道的长期侵入，尽量保持围岩地热对结构的有利影响，设置了防寒保温门隧道出入口后方建有防寒保温设施。将对综合防治冻害、保障安全运行发挥积极作用。防寒耐温，采用两个对称推拉式设计，入口道路设置钢轨滑轨，上门框安装向上导向滑轨和吊环。门框采用槽钢，前

12、后用薄钢板焊接而成。中间空心部分填充聚氨酯绝缘材料，由工厂加工成型，现场安装，通信电缆管道预埋布线。与二次衬砌结构侧壁接触面的密封工艺良好。防寒保温门结构示意图如下图所示。温度在隧道防寒保温门关闭或打开两种情况下进行测试。 ，证明防寒保温门的设置是有利的。的冬季可分为： “深秋早春”期的开始和结束。在此期间，昼夜分正负温，大量冷能侵入隧道内形成积聚；是负温，夜间的温度比白天低很多，冷气全天积聚。可设置自动防风保温门，白天交替开启，夜间主要关闭，可大大减少造成隧道围岩冻结的冷库。(2) 、设置复合保温层和保温出水口。为了减少结构混凝土与背部和隧道空腔之间的冷却能量交换，在结构混凝土表面设置复合保

13、温层是非常有效的。由聚氨酯（PU）组成的保温层不能提供能量，但可以储存部分能量，其较小的导热系数可产生热阻效应，延缓其所保护物体的能量损失。经过反复冻融（正温-负温-正温-负温）循环，直接测试其导热系数的方法，测试其抗冻融性能，证明效果良好。防寒放水隧道放水口底坡度应大于8%，以加快水流速度，防止水温下降结冰。深度。4.3 施工组织高海拔和寒冷的环境通常给机械带来以下影响：功率下降、故障增加、启动困难。在施工组织中，在“以人为本”的前提下，按照“多用机械少用工、多用电少用内燃机”的原则进行机械选配。在防水排水施工中，防寒排水隧道属于小型隧道施工组织，其余均为专用设备和设备。保温过程包括结构施工

14、和防冻维护两部分。施工使用的主要机械设备及劳动力组织见表1和表2。主要施工机械设备表1序列号机械名称单元数量规格1衬里台车塔29米全脸液压2变压器塔2630KVA3搅拌机塔2JS10004配料机塔2PL12005挖掘机塔2CAT3206装载机塔4ZLC507垃圾车塔8东风8污水泵塔109发电机塔2200KW10电动空压机塔66个单位20 m3/分钟11凿岩机塔48YT2412镐塔1613呼吸机塔22DT65-1014混凝土运输车塔4伊武林15混凝土输送泵塔2HBT-5016混凝土湿喷塔4GSPA-4A17灌浆泵塔4ZJB-318焊机塔830KW主要劳动力组织 表 2项目挖掘组运输集团喷射混凝土

15、集团混凝土衬砌组组件加工组机械支持组总计（人数）隧道五队20人12人20人26人10人20人108人主要负责施工任务钻孔装药爆破，提前支撑钻孔道砟运输、衬砌混凝土运输孔内喷锚、吊网、拱架挂防水板、台车到位、混凝土泵送、浇筑、捣固钢拱、格栅、锚、高级支撑和其他组件。供气、供水、供电、通风、机械修理加工、道路养护、洞内取暖等。5 环境文物保护进入21世纪以来，环境保护成为重要话题，对脆弱的生态环境的保护也越来越重要。1 .洞口很少或不进行坡度作业，以维持生态平衡和山体表面的稳定，保持水土。积极恢复生态，增加腐殖质和绿地面积，计划条状移植草坪。2 .保护野生动物，严禁猎杀、惊吓，并通过建设努力为其迁

16、徙和正常生活让路。保护草原，实施土地利用总体规划。3 .实施清洁生产，进行有计划的垃圾处理和垃圾处理，不覆盖植被，不堵塞河道。4 .防治大气污染，多用电少油，减少有毒有害气体排放。凡在工地出土的化石、钱币、贵重物品或文物、古建筑结构及其他具有地质或考古价值的遗物等，均为国家财产。按照国家文物局有关规定采取合理的保护措施，防止任何人移动或损坏上述物品。一旦发现上述事项，立即向主管汇报，并按照主管指示做好防护工作。6 安全和质量措施 6.1 安全措施1 .架上工作人员严格遵守高空作业操作规程。2 .司钻、加煤应遵守有关规定。3 .所有岗位均配备专职安保人员。4 .严格遵守高空、严寒施工人员防护规定。5 .严格劳动纪律，严格遵守各项操作规程。6.2 质量标准1 .环向排水板、纵向盲沟、垂直排水孔和防寒排水孔必须有效连接，保证排水通畅。2 .垂直钻孔位置偏差+ 10cm，角度偏差5 。3 .必须严格检查防水层材料的厚度、抗拉强度、柔韧性、抗渗性和耐久性。4 .防水层的施工必须经过工艺测试，防水板的施工要求不漏水、不焦伤、不脱焊、不损坏。5 .防水层应有一定的下垂度，在下一道工序的施工过程中不得拉伸、损坏。6 .混凝土应严格配料混合，其入口温度