高原高地热隧道热害防治安全施工技术

摘要：本文结合拉日铁路吉沃希嘎隧道的建设，针对高地热引起的一系列问题，从施工技术和安全方面提出了相应的降温、防护等措施，保证了隧道在高温环境下施工的正常进行，同时也提出了一系列保护工人健康的安全措施。

关键词：高地热 隧道 热害防治 施工技术

1 工程概况

拉日铁路吉沃希嘎隧道位于西藏自治区尼木县雅鲁藏布江左岸，为单线隧道。本隧道起讫里程DK117+520～DK121+494，全长3974m，其中Ⅲ级围岩1300m，IV级围岩1615m，V级围岩1009m，VI级围岩50m。

本隧道洞身地热问题突出，路肩部位的地温（岩温）值在28～48℃之间，测温孔内温度值最高达65.4℃。本隧道为铁道部一级风险管理的高风险隧道。

2 研究的意义

高地温问题发生在隧道工程中，对隧道的施工环境和隧道中用到的建筑材料、机械设备及隧道在建成后的运营等，都会产生严重的负面影响，主要体现在：①环境对施工的影响。在高温环境下，隧道的施工人员的工作效率会大大降低。也会导致机械设备的工作条件恶化、效率降低、故障增多。环境的恶化不仅增加工程的施工难度，工程进度也会受到拖累。对于高原地区由于高原缺氧等原因还会严重威胁到施工人员的健康和安全。②结构影响。混凝土结构衬砌长期受到高地温产生的附加温度应力，会导致开裂而引發受力的不均，从而结构的安全性及耐久性都会降低。也会影响围岩的稳定性。③施工材料影响。高温环境对材料要求较高，隧道施工所用到的炸药、排水盲管、止水带都需要考虑是否耐高温。因此隧道施工的造价将会提升。④在运营养护管理方面。隧道工程中，由于热辐射或者岩温传导引起的地热问题，在运营过程中会长期存在，在隧道完工之后需要保养和维护，在环境温度较高的情况下，隧道中使用的装修材料的使用寿命将大大降低，对通行旅客及养护人员均会造成不利影响，同时将造成隧道养护维修困难，从而导致运营成本大幅度提高。

因此，针对高地热引起的一系列问题，从施工技术和安全生产方面提出了相应的降温、安全防护等措施，保证了隧道在高温环境下施工的正常运行，对类似地质环境下的隧道工程的设计与施工极具理论和实践意义。

3 吉沃希嘎隧道通风降温

隧道通风的目的是保证洞内足够的新鲜空气，同时通过冷热空气的交换降低环境温度，从而改善劳动条件，保障作业人员身体健康及机械设备的正常运转。

3.1 通风方案的选择 根据各洞口担负施工任务采用压入式通风，同时从以往长大隧道的施工通风经验可知，漏风系数和风管直径的选择是影响通风效果的主要原因，风管直径越大，管道阻力系数就越小，所需风机功率就越小，反之则越大。因此本隧道采用1.5m大直径风管，这样风阻相对减小，有利于通风时间的缩短及施工效率的提高。

3.2 通风机的选择及布置 风机选用2台SDF（C）-No12.5型轴流流风机，同时配置带弹簧钢圈φ1500 mm的软质双层隔热高压风筒。

3.3 通风效果 现有通风系统条件下，实测风筒出口最大风速为30.6 m/s，通风240min后，开挖面温度和湿度由原来的54.5℃和60.7%变为31.3℃和40.3%，说明通风状态下对洞内的温度和湿度的改善效果还是很明显的，所以在高温热害严重的区域选择2台2×110kW的通风机，产生的通风速度30m/s能满足温度降到施工要求的限制。

4 吉沃希嘎隧道施工冰块降温

为改善人员在隧洞内的施工环境，保证施工进度和施工人员的安全，把冰块放置在掌子面附近，通过冰的溶解、水的吸热蒸发进行物理降温。项目部购置2台MB150型（单台产量15T/24h，功率78kW）的制冰机每天在施工现场制作，用来降低环境温度。通过对现场环境温度的实测，隧道内的环境温度有2～3℃的降低。且施工人员在冰块附近能感到凉意。

5 吉沃希嘎隧道炮孔冷却及洒水降温方案

爆破条例规定：“孔内温度超过35℃时禁止装炮。”单纯依靠风筒内风流孔内温度很难降低。

炮孔内温度必须通过对每个炮孔内注入冷水的方法来降低，并且装药需要集中及快速，爆破作业须在温度回升到临界温度前完成，从而保证火工品的使用安全。但是不断升高的隧道地热，孔内温度的回升随着孔内冷却时间越来越长而越来越快，导致安全系数也越来越低。尤其是在高地温或者遇热泉涌出地带等特殊地段，要达到需要的效果通过孔内注入冷水降温的方法难以实现，需要采用炮孔冷却循环系统保证作业安全。炮孔冷却循环系统由抽水输送系统、分散制冷系统及抽水输出系统三部分组成：

①抽水输送系统：在靠近雅江左岸处的进口和横洞洞口各建一个泵房，抽取河内的低温冷水。将两台20kW的离心水泵安装在泵房内。在泵房到主洞掌子面之间铺设直径150mm厚度4.5mm钢管，距离掌子面小于30m，在输水管端部焊接出分水闸阀，利用橡胶软管依次连接到钻孔台车上，其中分水闸阀选用φ50钢管，直径φ60的喷浆胶管用橡胶软管。②分散制冷系统：分散制冷系统则是利用分流来降温。在钻孔台车上安装4个长度为0.8m的分水器，选用直径为φ=150mm钢管加工且在两端用钢板密封。然后焊接22个φ20mm的分水闸阀（球阀）于各个分水器上。然后在每个炮孔内通入连接长度为3m、φ20mm的镀锌钢的长度为10m、φ30mm的橡胶软管。③抽水输出系统：抽水输出系统的目的在于保持洞内的施工环境不受冷却水乱流的影响。将集水坑设置在距离掌子面大约25～40m处，选用15kW的污水水泵并备用一台。然后利用此泵通过直径为φ=150mm的钢管将集水坑中的循环水排出洞外。最后还可以利用炮孔降温系统的抽水系统将雅江低温水引至开挖面，爆破后对碴堆和掌子面洒水降温除尘。

6 个体、设备及结构的防护

6.1 个体防护 隧洞内温度可高达35～54℃，且高原缺氧，高温环境和高原缺氧的双重影响对施工人员是个具大的挑战。故而增加个体防护措施，通过阻止外界与身体的直接对流和辐射传热、冷却服中的介质来吸收人体在劳动中产生的热能来实现降温。个体防护还要做好以下几点：①合理安排劳动和休息时间；②提供保健药品及科学救护；③加强隧道内环境的温度监控；④现场增设低温吸氧室、休息室。

6.2 设备、结构防护

6.2.1 设备保养维护，缩短作业时间。机械设备出现停滞熄火、工作效率降低是高温隧道施工中常见的施工难题，为了保证施工的顺利进行，将之前的一套设备增加至两套，在隧道内施工时两套设备交替使用。在机械闲置的时候及时的维修和保养，尽量保证设备的工作效率。

6.2.2 高地温结构防护。在高温中搅拌与浇筑混凝土时水分易蒸发，混凝土的强度、抗渗透度和耐久度降低；水泥的水化反应随着高温而加快，使混凝土的凝结速度加快，缩短了施工时间，导致振捣不良；高温增加了养护的难度，混凝土容易發生塑形裂变。针对本隧道混凝土的防裂措施：①对原材料控温。采用低水化热的普通硅酸盐水泥，对于骨料降温，采用雅鲁藏布江的低温水拌制混凝土。②对混凝土的施工配合比进行优化。选择一个合适的水灰比，在实际的实施过程中，利用试拌的方法来确定配合比。③隔热材料设置在混凝土衬砌和防水板之间，可以阻隔岩体向隧道内传递热量，还可以防止混凝土内的温度应力升高。④在衬砌外缘采用φ20mm的镀锌钢管设置环向排水管道，间距1.0m，衬砌后采用雅江低温水降温。⑤加强对施工后混凝土的养护工作，如果表面出现裂缝，应及时对原因进行排查，并作出相应补救措施。

6.3 应对隧道热害的施工措施 针对吉沃希嘎隧道的热害等级，应对高地热，主要的施工措施有：①加强隧道的超前地质预报工作。②增大通风机功率，延长通风时间，将冷风送入施工现场，交换洞内热空气。③增加射流风机，加强隧道内的空气循环流通。④对初期支护表面及掌子面围岩进行洒水降温，降低岩表及支护表面温度。⑤在施工作业面放置冰块，降低环境温度。⑥增加人员的倒班次数，保证施工人员在高温环境下的健康。⑦增加空调房及吸氧室等供施工人员临时休息的场所。⑧加大医疗保障体系。⑨保证现场有两套大型机械设备轮流作业，防止机械因温度过高导致开锅等现象。

7 结束语

通过采取通风、冰块、洒水等降温及个体、设备、隧道结构防护等措施，能有效降低隧道内环境温度，确保了隧道主体施工的质量，也保障了施工人员在高地热隧道施工中的身体健康和生命安全，措施有效。

参考文献：

[1]李红阳.高海拔地区高温隧道热害预测与控制技术[J].煤矿安全，2009（08）.

[2]白国权，仇文革，张俊儒.高地温隧道隔热技术研究[J].铁道标准设计，2013（02）.

[3]李国富.高温岩层巷道主动降温支护结构技术研究[D].太原理工大学，2010.

作者简介：王建平（1974-），男，1997年毕业于石家庄铁道学院土木工程专业，获得工学学士学位，主要从事桥梁、隧道施工技术管理工作。