高海拔高寒隧道施工技术研究

2018-01-26马传明

中华建设 2018年5期

马传明

在高海拔高寒地区进行隧道工程施工，受地理因素和气候条件的影响，不仅增加了隧道施工难度，而且存在较大的施工安全隐患。因此，对高海拔高寒隧道施工技术的研究成为了隧道工程的重要内容。本文主要是以拉纳山隧道工程为例，对影响高海拔高寒隧道施工的因素以及施工特点和难点进行了分析，并结合工作实践，总结了高海拔高寒隧道施工技术的实际应用。

一、影响高海拔高寒隧道施工的因素分析

在高海拔高寒地区进行隧道工程施工主要受地形地貌、工程地质、水文地质以及气候条件等因素的影响。主要表现在：1.地形地貌。拉纳山隧道工程属于青藏高原地区，其地形地貌特征主要为东高西低，北高南低，山脉呈正南北向展布，海拔在3000米以上。2.工程地质。拉纳山隧道工程施工现场工程地质的地层岩性、地质构造以及不良地质都会对隧道施工造成一定的影响。拉纳山隧道工程施工现场处于泥盆系、三叠系以及第四系地层，地区地质以断层、挤压破碎节理为主。3.水文地质。拉纳山隧道工程施工现场裂隙间为泥质填充，围岩稳定性较差，且部分地段涌水量较大。4.气候条件。拉纳山隧道施工地区空气稀薄、气压低、紫外线强烈、温差大、植被脆弱，增加了隧道施工难度。

二、高海拔高寒隧道施工特点及难点分析

1.高海拔高寒隧道施工特点

（1）高海拔。拉纳山隧道工程施工地区隧道洞口的海拔在3100米，属于四川省海拔最高的隧道工程。（2）高地震。拉纳山隧道施工地区距离活动断裂带较近，施工过程中地震较为频繁，需要在施工过程中进行地震设防。（3）高地应力。拉纳山隧道施工地区围岩受构造作用的影响较大，会产生较高的地应力，主要表现为以炭质千枚岩为主的含水极软岩的大变形。高地应力会增加隧道施工难度，在施工过程中需要采取一定的措施对地应力进行解决。（4）地形差。拉纳山隧道施工地区地形偏压严重、覆盖层巨厚。此外，拉纳山隧道出口为第四系崩坡积层，厚度较大而地形较陡，在施工过程中要采取注浆措施进行解决，增加了隧道施工难度。（5）地质差。拉纳山隧道施工地区隧道洞口是巨厚松散覆盖层、洞口和洞身有较大的滑坡、裂隙水丰富、特大坍方、卸荷应力、大变形、岩体松弛应力等特殊地质问题。（6）施工环境差。拉纳山隧道施工地区各种恶劣的自然条件，比如，空气稀薄、气压低、紫外线强烈、温差大、植被脆弱、施工场地狭窄等，这些都对施工安全、质量、造价、进度影响非常大。

2.高海拔高寒隧道施工难点

拉纳山隧道施工难点主要是受施工地区地质条件和气候条件的影响，主要表现在两个方面：（1）拉纳山隧道施工现场受地质条件影响，特殊的地形地貌使得施工现场交通不便，施工时设备和施工材料运输难度大；地质岩层复杂多样，增加了施工方案设计难度，使得施工过程中存在较大的不可预见性；施工地区部分地段涌水量大以及存在丰富裂隙水，使得施工过程安全风险高，施工难度大。（2）受拉纳山隧道施工地区气候条件影响，施工地区全年温度较低，影响施工人员操作，增加了施工难度；施工地区冻土层较深，在进行隧道工程施工时增加了挖掘难度。

三、高海拔高寒隧道施工技术的实际应用

1.高海拔高寒隧道机械配套技术的应用

拉纳山隧道施工地区气压低、高寒、缺氧等特殊条件会对隧道施工设备的正常运行造成不利影响，要保障隧道工程施工质量和效率，就需要将机械配套技术应用在高海拔高寒隧道施工中。首先，在进行高海拔高寒地区隧道工程施工前，要对施工地区的空气进行抽样调查，对空气中的组成成分进行全面分析，为隧道工程施工和施工设备的选择提供理论依据，这样能够确保施工设备的选择符合隧道工程施工要求。其次，在选择隧道工程施工设备时，要尽可能多的采用机械施工，减少人力施工，施工设备的能源支持要以电动为主，减少燃烧能的使用。同时，在选择施工设备时要进行机械选型配套，减少机械设备在缺氧状况下对氧气和燃料的消耗。比如，可以选择凿岩机作为高海拔高寒隧道施工设备，凿岩机对在低温环境下也能正常使用，甚至在零下四十度的低温条件下也可以正常使用，同时具有操作方便的特点，在进行岩石凿碎以及辅助爆破工作时也需要用到凿岩机。最后，在进行隧道施工设备时要将隧道内缺氧的实际情况考虑在内，要选择低能耗的施工设备。还可以对施工设备进行改装，使其在符合施工各个环节的需求，这样不仅可以改善隧道内施工环境，而且能够有效提高施工效率。

2.高海拔高寒隧道低温混凝土技术的应用

混凝土施工技术是拉纳山隧道工程施工的重要技术内容。在高海拔高寒地区进行隧道施工，隧道结构外部在结冰时产生冻胀力以及混凝土内部浇筑后到硬化过程中很容易发生冻害，会造成隧道自身硬度降低，存在较大的安全隐患。因此，要将低温混凝土施工技术应用在高海拔高寒隧道施工中。首先，在选择混凝土原材料时，要对原材料进行检验，确认合格后方能投入使用。同时，对混凝土原材料的配比要严格按照相关规定进行，确保混凝土配比符合高海拔高寒隧道施工需求。其次，要建设高标准的混凝土拌合站，且在混凝土拌合前对原材料进行加热处理，提高混凝土出料温度。在对混凝土拌合过程中，可以适当添加提高混凝土抗冻性的添加剂，增强混凝土在低温环境下的适应性。然后，在运输混凝土过程中要做好保温措施，减少混凝土热量散失，确保混凝土在浇筑时温度保持在最好状态。最后，在完成混凝土浇筑工作后，要进行局部加温和养护工作，提高混凝土强度。通过低温混凝土技术的应用，不仅能够提高拉纳山隧道施工质量，而且能够提高隧道施工的安全性。

3.高海拔高寒隧道防水排水技术的应用

高海拔高寒地区进行隧道工程施工，如果防水排水工作没有管理到位，低温会造成严重的冻土状况发生，隧道周围的冻土会受到影响形成交替冻融圈，在冻胀力作用下造成衬砌开裂，影响隧道安全性。拉纳山隧道工程施工现场存在涌水量较大的地段，而且裂隙水丰富。因此，在应用高海拔高寒隧道防水排水技术时，要遵循因地制宜、以排为主的原则，将防水和排水技术结合起来，减少涌水以及裂隙水对隧道施工的影响。针对拉纳山隧道施工地段的涌水和裂隙水，可以采用二衬背后排水系统，将水导入矩形边沟中和仰拱中央水沟，在隧道底部设置小断面泄水洞，将水引入洞口排出即可。需要注意的是低温环境下洞口容易结冰，需要采取点加热措施进行解决，保障防水排水工作的顺利进行。

4.高海拔高寒隧道通风供氧技术的应用

高海拔高寒地区隧道施工过程中受地质条件和气候条件的影响，会增加隧道通风降尘的难度，因此要将通风供氧技术应用在隧道施工中，满足施工过程中施工人员和施工设备对氧气的需求。常见的通风供氧方式有隧道掌子面弥散供氧和隧道内氧吧供氧两种，其中隧道掌子面弥散供氧是通过输氧管道、阀门以及弥散供氧装置进行隧道供氧。隧道内氧吧供氧主要是弥补隧道掌子面弥散供氧存在的不足，满足远距离施工人员的氧气需求，这种供氧设备可以随着工程进度变化进行移动，能够有效保证施工人员生命健康，稳定施工效率。同时，隧道内氧吧供氧能够移动和改变位置的特点，可以让施工人员在施工过程中轮换休息，劳逸结合，为隧道施工提供便利。