杉阳隧道出口高地温降温措施经济比选

张积俊

摘要：特长隧道由于施工长度超过10km，不可避免的会出现各种各样的特殊地质情况，隧道高地温就是其中的一种，如何有效地进行经济合理地降温处理，提高工效，成了摆在隧道建设者面前的一道难题。

关键词：隧道；高地温；降温

为了加快新建铁路大瑞線大理至保山段站前二标隧道工程杉阳隧道出口的施工进度，摸索滇西地区小断面、软弱围岩隧道对于出现高地温施工时该采取怎样的降温措施，并通过经济对比分析，采用较为经理合理、易于实施的降温措施，达到降温提效加快进度的目的。

一、工程概况

大瑞铁路杉阳隧道前接上村大桥，后接杉阳1#大桥，全长13390m，洞身段最大埋深约1015m，最小埋深约160m。杉阳隧道共划分三个洞口进行施工，其中出口端位于杉阳镇上草滩村，施工主洞5348m，平导4351m。

根据各深孔成果分析并探测验证，预测杉阳隧道埋深超过600m的地段的地温超过28℃，最大埋深达到1015m，最高温度可达34℃，属低高温区。

二、施工现场情况

2014年4月初杉阳隧道出口施工至DK101+900以来，掌子面岩体一直较干燥，裂隙水不发育，施工机械出现经常性的高温报警熄火现象，经用电子温度计探测显示施工现场温度维持在40℃左右，掌子面的温度在42℃左右。随着开挖掘进的深入，正洞洞内温度越来越高，经探测显示，最高温度达52℃，即使远离掌子面的二衬位置温度也在37℃左右。由于洞内温度较高，现场施工人员劳动强度大大提高，施工极度艰难，进度缓慢。

三、高地温产生原因

通过查阅大瑞铁路的地质勘探资料及出现相似情况的其他隧道资料得出，可能导致高地温的原因如下：

1、小断面结构限制。在隧道工程施工阶段，需要的挖掘机、装载机、扒渣机、自卸汽车等大型施工机械设备较多，由于大瑞铁路杉阳隧道正洞设计有效净空断面小于50m?、平行导坑设计断面小于20m?，单洞掘进深度已超过2公里时，机械设备工作时的散热，加之采用新奥法爆破后也产生大量热量，受小断面结构限制不易散发出去。

2、隧道埋深较深。由于地壳的上层主要为岩浆岩，理论上认为地壳内的温度和压力随深度增加，埋深越深内部温度越高。

3、水化热。隧道开挖后，初支阶段喷射砼和在二次衬砌阶段衬砌砼所产生的水化热。

4、洞外环境影响。杉阳隧道所在的杉阳镇地处低热河谷地带，气候炎热，日照时间长，且此段隧道为地热异常段落，加剧了温度的升高。

四、降温措施及费用分析

方案一、加大通风强度

加快隧道内外空气的交换和流通速度，将洞外大量的低温新鲜空气压入，洞内高温污浊空气排出，以此降低洞内温度。同时还有助于排除洞内因炸药爆破和机械设备尾气产生的有害气体、降低粉尘浓度，保障工人的身体健康。

通风设备应尽量选择大管径、大功率风机。当单向掘进长度超过2公里时，采用混合式通风效果更佳。杉阳隧道出口洞口通风设备原有2台轴流风机（额定功率P均为110kW），然后增加两台射流风机（P为45kW），通风时间由每天平均10h延长30%至13h。

增加费用分析：

射流风机（功率45kw，直径1m）40000元/台；风带80元/m，电费单价1.13元/度。

其中一次性投入费用：40000*2=80000元；每天需增加费用：1.13元/度*[45kw*2*13h+220kw*（13-10）h]+80元/m*2m（日平均掘进速度按2m计算）=2227.9元；总费用：80000+2227.9*3000/2/2（出口段按施工地热异常段落3km的一半计算）=1750925元。

方案二、冰制冷系统

主要适用在掌子面50m范围内，在出风口处设置散气片，循环泵将冰水由冰水移动柜泵送至散气片，与洞内空气进行热交换后，再回流至冰水移动柜由冰块冷却，冰块由洞外的制冰机提供。

增加费用分析：

制冰机（20kw/h）110000元，运冰车60000元，冰水移动柜（含循环泵和管道）50000元，运费0.5元/km，工人（制冰工人2人，运输司机2人，维护工人2人）1200元/天，运距按现在掌子面距离至设计里程取平均数4km计算。

一次性投入费用：110000+60000+50000=220000元；每天需增加费用：1.13*24*20+4*0.5*2*24/3（每3小时往返一趟）+1200=1774.4元；总费用：220000+1774.4*3000/2/2=1550800元。

方案三、设置降温室

在距离隧道掘进面约50m处设置独立的降温室，采用加厚型彩钢板修建，内衬具有防火功能的阻燃泡沫等密封材料，减少冷气损失，室内配置带有除湿功能的空调2台，室内温度不宜太低，避免内外温差过大，降温室费用主要由空调设备费、电力消耗以及活动板房等费用组成。

增加费用分析：

活动板房费用含安装费32000元，含除湿功能的空调（3.6kw/h）15000元/台，电费1.13元/度。

一次性投入费用：32000元+15000元/台*2台=62000元；每天需增加费用：3.6kw/h*2台*24小时*1.13元/度=195.3元；总费用：62000+195.3*3000/2/2=208475元。（出口段按施工地热异常段落3km的一半计算）

方案四、调整施工组织

根据施工现场实际情况分析，适当增加各个工班的人员数量，缩短每个工班工人的作业时间，每工作1h左右，即退至二衬台车后面休息20min，如此轮流循环作业。

增加费用分析：（不含机械设备）

主要包括增加开挖班工人13名，工资标准200元/天.人；立架班工人13名，工资标准120元/天.人；喷混班工人8名，工资标准150元/天.人；二衬班工人8名，工资标准200元/天.人。

每天需增加费用：200*13+120*13+16*150+8*200=8160元；总费用：8160*3000/2/2=6120000元。

方案五、增加喷淋设施

开挖后，进行出渣之前首先对掌子面及新开挖的段落进行喷淋处理，既降低洞内温度，又能减少粉尘等悬浮物，改善洞内施工环境。

增加费用分析：

一次性投入费用：喷淋设备（7.5kw水泵2台，含水带）1.5万元；每天需增加费用：7.5*2*1.13*2=33.9元（通过横通道利用平导洞内收集的裂隙水）；总费用：15000+33.9*3000/2/2=40425元。

各种方案对比分析：方案五的优势是降低了洞内温度，又能减少粉尘等悬浮物，但劣势明显，那就是增加了洞内的湿气，最主要的是加重了软弱围岩的不稳定性，增大了初支的安全风险，同时由于软弱围岩“遇水成泥”增加了出渣的难度。方案四优点是技术可行性较高，便于操作执行，但劣势是施工成本较高，且此方案只能解决工人的工效问题，无法解决机械设备在高温环境下熄火的问题；方案三优点是一次性投入少，施工成本低，便于操作实施，劣势是无法解决机械设备高温熄火的问题；方案二的优点是较增加通风设备费用稍低，劣势是每次移动二衬台车时均要重新安装降温系统，不便于操作；方案一的优点是技术可行性较高，便于操作执行，改善了洞内的施工环境，可以同时兼顾人工和机械设备的工效提高，且费用适中。

经综合对比各种方案的优点和劣势，考虑到小断面软弱围岩的实际情况，项目部最终采用了方案一，增加通风设备后，洞内施工环境得到显著改善，同时新鲜空气降低了洞内的温度，施工进度基本恢复到了之前的水平。

结束语

杉阳隧道出口进入高地温施工时，铁路工程还没有关于小断面软弱围岩隧道高地温处理的施工规范，本文仅以杉阳隧道出口为例分析各项降温措施之间的优劣和经济对比，为后续施工提供一定的参考。

参考文献

[1]潘程睿 罗志 陈雅婷. 高温隧道施工技术及投资构成分析[D].铁路工程造价管理，2014

[2]刘坚. 玉蒙铁路旧寨隧道地热段施工技术研究[D].铁道建筑技术，2010

（作者单位：中铁二十三局集团第一工程有限公司）