某高原寒冷地区单洞双线隧道冬季施工监控方案

高原寒冷地区冬季施工技术研究前言随着国家改革开放的不断深入和发展，近年来国家投入大量资金用于建设西部和北方地区的铁路工程，给我们铁路建设者带来很大的机遇。但西部和北方大部分地区属于高原寒冷地区，其特殊的施工条件和恶劣的自然条件给我们的施工带来诸多困难。目前国家在高寒地区长大隧道建设上经验不做，尚没有完整的理论可供参考。本文结合***铁路***隧道现场实际，针对高寒地区铁路隧道施工中常见问题进行研究，希望可以完善在高寒地区长大隧道施工的经验，为今后类似施工提供参考。1工程概述1.1工程项目背景***隧道全长8184m，工期26个月，为单洞双线隧道，隧道最大埋深约130m。是京***线**至***段增建第二双线重点控制工程，也是目前国内在建高原寒冷地区的最长隧道，位于内蒙古南缘之大青山低中山区，洞身穿越印河与大黑山河的分水岭，通过区地层岩性较为复杂，主要有第四系全新统洪积层及坡积层，上第三系上新统玄武岩、泥岩夹砾岩、华力西中晚期花岗岩等。该隧道位于内蒙古自治区***县***镇***乡，据110国道10公里左右，且多为乡间土路，运输条件较差。1.2气候条件***隧道段气候属于中温带亚干旱气候区，春季干旱多风，沙尘频发；夏季短促而温热，昼热夜凉，日温差大，降水增多；秋季较短，降温较快；冬季寒冷漫长。阴雨风雪冰雹天气多变，霜冻时间长。根据当地气象站气象资料显示：本隧道所处地区最低气温-35.6℃，年平均气温2.9℃、最冷月平均气温-15.6℃、最热月平均气温18.7℃，土壤最大冻结深度246cm。2技术难度和科研课题分析该隧道所处地理位置和本地区气候条件，在冬季制约我们正常施工的因素有：原材料运输、混凝土施工、后勤保障。针对上述三大难点项目部经过多次研究后采取了相关措施，起到了较为理想的效果。本文就项目部所采取的措施进行研究，主要研究内容有：如何克服高寒地区冬季多雪天气、路滑难行的运输困难，保证原材料供应；如何克服高寒地区冬季温度低，混凝土施工难度大的问题，保证工程顺利施工的同时保证工程质量；如何做好后勤保障工作，使员工心无旁骛、情绪稳定，依然保持高昂斗志。3主要技术措施针对冬季该地区恶劣的自然环境，项目部组织经理部领导和技术骨干多次研究、讨论，并结合施工规范和当地民情制定了以下措施：由于当地气候条件所限，改变冬季道路交通状况投资大，见效低。针对这种情况，项目部决定与供料商签订供料保障协议，转嫁风险；签订供料保障协议的同时根据施组和设计图纸估算4个月的材料损耗，有计划性的加大沙石、水泥、各级钢材等主材的储备量。利用当地资源在洞口附近建立小型碎石厂。该隧道所经范围大部分为玄武岩，其中不乏大量致密玄武岩段。经过对其取样分析，完全可加工碎石用于施工。这样既节约了成本又减小了冬季外来碎石不能及时运入的风险。混凝土搅拌站设立保温棚，建设加热料场，并安装锅炉烧热水用于搅拌混凝土。混凝土罐车采用棉布包裹，保证运输过程中的保温。办公、生活住房墙体采用红砖砌筑，彩钢瓦保温板盖顶，窗为双层玻璃；集中居住区采用集中供暖，零星点采用火炉取暖保证员工在寒冷的冬季有一个舒适、温暖的办公、生活环境。图1：利用当地资源在洞口附近建立小型碎石厂4基础项目的过程控制4.1、临时用房建设随着社会逐步发展，人权成了整个社会关注的焦点。那么，在施工过程中如何提供给员工一个好的生活、工作环境，真正做到以人为本就变得非常必要。没有一个好的环境，员工没有一个稳定的情绪、积极的态度，一切生产活动都是空谈。考虑当地特殊的自然条件，临时用房建设就成了施工过程中的第一个难题。首先是墙体的选择。目前，国内大部分野外作业单位临时用房都采用的是活动板房。活动板房安装方便，综合成本低，但结构强度差。当地常年刮风，常常超过4～5级。所以像办公室、会议室、活动室、餐厅等大跨度房间活动板房无法满足强度要求。所以，项目部采用砖混结构砌筑墙体，保证了在风荷载作用下的稳定、安全。而且24cm厚的墙体保温效果也较活动板房为好。其次是房顶的选择。如果采用内地常见的瓦片盖顶，则需要加工椽、檩、挂瓦条等木料，加工与安装费时费力，且保暖效果差，结构强度低；如果采用现浇板或预制板，则需在墙体上做圈梁，也较为费工且费用较高。经过在当地走访我们最后定下采用10cm厚保暖彩钢瓦盖顶。该保暖彩钢瓦整体性好，安装方便，且价格适中，保暖性好。再有就是门窗的设置。由于当地冬季长期为北风或西北风，所以房屋建为南北向，门窗都设置在南面。当地冬天日照条件好，晴天多，所以日光是很好的照明和取暖来源。为了更好的采光，像办公室等公共房间可在墙壁朝阳、背风的一面设置大窗。大窗户除有利于采光外也有利于通风。由于高原寒冷地区冬季漫长，易发生感冒、发烧等流行疾病，所以房间通风就变得非常重要。高寒地区窗户宜做成双层玻璃，也是为了更好的保暖。图2：项目部选择在背风位置修建办公、生活用房。房屋采用砖混结构，安全保暖。4.2、供暖在该项目部采用的是燃煤锅炉集中供暖，供暖效果较好。由于高原地区一般日照情况都很理想，所以可以使用太阳能锅炉供暖。太阳能锅炉是通过太阳能集热器、管路、水箱、电器控制等分系统组成可以产生大量热水及蒸汽的太阳能系统工程。通俗称为“太阳能锅炉”，它的用途并不仅局限于替代常规能源锅炉。太阳能锅炉是采用绿色能源太阳能产生热水及蒸汽，可以替代常规能源，节省利用常规能源所产生的费用，经济效益高；因为它无排放、无污染，属于环保节能设备，社会效益显著。随着能源问题的日益严峻，太阳能锅炉这种可再生新能源设备的大量应用必将成为一种趋势。图3、4：房屋采用燃煤锅炉集中供暖。给大家提供一个温暖舒适的环境4.3、管道保护在生产工地上“三管两线”就像我们人体的血管一样重要，所以保证管线畅通就显得尤为重要。在高寒地区对管线的保护一定要万无一失，特别想我们隧道施工中的水管，一般从高山水池进洞都有几十米甚至几百米的长度。在零下二三十度的情况下一旦有一个疏忽导致一处受冻，那整条管道不可避免的将全面上冻。所以在***隧道施工过程中，我们采用保温材料包裹管道并深埋的方式。洞口等无法埋入地下段，就采用埋入砌体的方式。在本隧道的施工中，我们还采用了循环使用水的方式。由于本隧道所处高原寒冷地区，冬季气温长期低于-10℃，施工废水和隧道渗水无法正常有水沟排出洞外。考虑这种境况，结合本隧道为双线单洞隧道，设有中心水沟。所以在施工初期，有意识的不施工中心水沟沟身混凝土，使我们隧道中间留出1.1米宽的水沟。水沟中用水坝分段做成沉淀池，再从沉淀池中将水抽至洞内水箱供掌子面钻爆时风钻使用。如此水就不用排出洞外且减小了正常用水功耗。在高寒地区，除了要保护风管水管外，对我们的电线也要实施保护。2007年底的南方雪灾就给了我们一个很好的教训。雨雪很有可能压垮压断我们悬在高空的电缆线。所以即使是一些临时用电线路也应该尽量埋入地下。5混凝土施工混凝土在冬季施工时，受温度影响大，特别是在高寒地区温度极低。混凝土中的水冻结，体积膨胀9%左右，混凝土遭受冻害，所以必须采取有效的措施。使其尽快达到受冻前的临界温度或拆模温度。5.1原材料的加热原则及方法加热原则：冬季施工的原材料一般需要加热，其加热温度根据热工计算确定。应优先采用加热水的方法。当自然气温较低，单纯加热拌合水无法满足拌合物出机温度的要求时，对于集料也要加热，首先是细集料，其次是粗集料。各种类型和不同强度等级的水泥在任何情况下都不加热，但在使用时放在保温棚内预温。加热方法：在施工过程中根据现场的实地条件，原材料的加热采用湿热法和干热法相结合的办法来进行。湿热法是在集料堆中插入蒸汽针，直接排放蒸汽，以提高砂、石温度。干热法是在存放集料堆的棚内安放排管，如水、电、蒸汽管等来加热砂、石料。在该隧道采用的是干加热法。即在集料仓下采用煤火加热。5.2混凝土的搅拌与运输搅拌站必须搭设暖棚，搅拌前用热水冲洗搅拌机，搅拌时先投入粗、细集料和热水，待搅拌一定时间后，检测水温降至40℃左右时，再投入水泥及外加剂。混凝土拌合物温度控制要经过热工计算确定，砂、石、水泥进入搅拌站的温度按±2℃控制。混凝土拌合物出机后，应及时运到浇筑地点，运输车在运输过程中要采取保暖设施，以加强运输过程中的保温效果，防止混凝土从运输到浇筑过程中发生冻结现象。5.3混凝土的浇筑与养护混凝土入模温度应控制在5℃以上，同时浇筑与振捣工序衔接好，间歇时间根据周围自然温度定，最长不得超过15min，做到随浇随捣、并做好覆盖保温工作。低温浇筑混凝土时，在条件允许的情况下，尽量减少施工缝，一次浇完。冬季混凝土浇筑时，内外温差大，一定要做好混凝土的养护工作。特别注意混凝土的抗冻和抗裂，如必要可采用蒸汽养护等加热养护法。图5、6、7：混凝土搅拌站搭设暖棚，并用锅炉烧热水拌制混凝土。6机械维护在寒冷的冬季，由于环境温度过低。造成工程机械发动机启动困难、运转机件磨损加剧以及机械安全性能降低等现象的发生，使得工程机械作业条件恶化，影响了工程机械的正常运转。为保证工程机械的可靠性、经济型性与安全性，保持其技术性能，提高工作效率，对工程机械实施正确、科学的冬季维护与保养非常必要。项目部领导组织机械工程师和有多年实践经验的老员工在一起座谈，结合我们的工程实际分析了冬季易发生的机械故障，总接归纳为以下几点：低温对发动机启动性能的影响。低温时柴油黏度大，表面张力大，同时由于低温时发动机转速低，使喷油压力下降，两者共同作用造成喷油雾化质量变差，延长了混合气着火的滞后期，是着火趋于困难。低温对发动机工作性能的影响。当发动机罩下空气温度较低时，会使发动机出现可燃混合气燃烧不充分、功率降低、油耗增加、运动机件润滑不良等故障，危害很大。低温对发动机冷却性能的影响。当温度低于0℃时，发动机冷却系统的冷却水将会结冰，易造成发动机缸体、冷却水箱及管路的胀裂和损坏。针对以上几点，项目部采取了以下措施：修建全封闭车库，车库内采用暖气供暖。图8：全封闭车库，车库能采用暖气供暖，使车辆可正常启动并减少冻害。在隧道内设置停车点。由于该隧道宽14m左右，所以单侧停车不会影响隧道内正常运行。隧道口挂上棉布帘子后，洞内温度基本可保持在10℃以上。在这种温度下一般工程机械车辆启动都没有问题。给机械使用防冻液和-35号柴油。保证机械的正常运转。安排专人对空压机、发电机等机组每天不等次检查。像发电机等不常用机组在不工作时应将机油散热器等散热装置中的水排空，防止水结冰膨胀后损坏设备。建立保温修车棚，并聘请专人在施工现场设置维修点，及时维修机械、设备。图9、10：洞口挂设棉布帘，保证洞内温度，并在洞内设置停车点用与停放机械车辆；混凝土罐车用棉布包裹罐身，保证混凝土运输途中减少降温。图11、12：在工地建造保温修车棚，并储备常用易损耗配件，使普通机械故障能及时修理。7安全、教育在全国大部分施工现场我们都可以看到“安全第一”的宣传标语，在我们高寒地区的冬季施工中，由于其特殊的自然环境，更要注意做好安全防范工作。在冬季施工时，机械运转状态较差，应经常检修机械设备。防止因机械事故造成的人员伤亡。冬季严寒干燥，应主要防火，防止个别同志生火取暖引发火灾；对采用煤炉取暖的要注意检查室内通风，房间外烟囱药安装三通防止因风引起煤烟倒灌导致人员煤气中毒。交通不便利的地方应准备应急药品和急救设备。高寒地区冬季温度低，常常一场雪整个冬天不化，造成路滑难行。要定期检查路况，及时清理，防止意外的发生。根据气候变化，灵活安排不同工种工作，在遇到大风、雨、雪等恶劣天气时应立即停止室外作业，及时清除施工现场的积水、积雪，在采取有效的防冻、防滑措施后方可进行正常施工。4)认真制定针对性强的冬季施工安全措施，开展冬季施工安全生产知识的宣传、教育和培训，提高作业人员的自我防范意识和安全操作技能。8实施效果该隧道工程于2008年9月初正式开工，10月中旬进入冬季施工。自08年10月至09年3月冬季施工期中，累计完成隧道正洞开挖支护780m，仰拱658米，二次衬砌559m，两个斜井工作面共完成斜井井身开挖支护979m。施工过程中未发生任何安全质量事故，得到局、公司、监理单位及业主的一致好评。经过08年冬期的检验，我们的各项措施基本上满足了在高寒地区冬季施工的