上海交通大学
硕士学位论文
高原高寒地区隧道施工技术研究
姓名：曹红彬
申请学位级别：硕士
专业：建筑与土木工程
指导教师：王建华;冯卫星
20061101
高原高寒地区隧道施工技术研究
摘要
高原高寒地区，隧道施工处于低气温、低气压的施工环境中，比之一般地区，混凝土在施工中和运营期间的冻融破坏、内燃动力设备的效率降低、施工中的通风排烟等均需采取特殊的施工措施。我国已建成的隧道工程在高原高寒条件下的施工中，最冷月都停止了混凝土的施工。我国近五年内即将开工建设的高原隧道总长达50公里以上，研究高原高寒地区的隧道施工技术具有广阔的运用和推广前景，对我国西部交通基础设施的建设具有重要意义。
本文以目前国内公路隧道最长海拔最高的隧道工程鹧鸪山隧道项目为依托，结合工程实际，对高原高寒地区隧道施工机械化配套、施工通风、隧道混凝土施工和运营期间防治冻融破坏等施工技术措施进行了系统的研究。主要研究成果有：通过对混凝土冬季施工的理论研究和现场试验验证，形成了混凝土抗冻融施工技术方案和施工技术措施；完善了冬季混凝土防冻及抗冻融的配合比设计及外加剂的选用；总结了冬季混凝土施工防寒技术措施和抗冻融施工工艺；形成了高原高寒地区长大隧道平行双洞施工通风模式，完成了高原通风机性能研究和提高供风能力的技术改造；完成了对内燃装载机的功率恢复改造，形成了高原高寒地区隧道施工设备配套模式。
关键词：高原高寒地区隧道施工混凝土抗冻融施工通风设备配套
- I -
Study on tunnel construction techniques in cold plateau
regions
ABSTRACT
Tunneling in Cold Plateau is subjected to the construction condition of the low temperature and low atmospheric pressure. Compared with ordinary regions, special construction techniques should be adopted to deal with problems induced by Cold Plateau such as freeze-thaw damage, Combustion power equipment efficiency decrease, and Waste Gas Discharging and Ventilation. In the coming five years, more than 50 kilometers tunnel will be constructed in the Cold plateau of western China. However, special construction techniques in cold plateau have not been well studied to ensure the continuous construction of concrete in these regions.
This thesis present a systematic research on construction techniques in Cold plateau based on a case history of the Zhehushan tunnel construction. In this study, based on field test data analysis and theoretical research on winter construction, concrete anti-freeze construction techniques is developed; the component design and use of Chemical Admixtures are improved; research on plateau ventilation equipment efficiency is conducted to enhance the ventilation ability; combustion power equipment is upgraded to recover efficiency; a new integrated pattern for construction equipment in cold plateaus is developed.
Keywords: cold plateaus regions, tunnel construction, anti-freeze techniques, ventilation, construction equipment integration
- II -
符号说明
α——运输过程温度损失系数（h m-1）
Tα——运输时的环境温度（℃）
N——混凝土转运次数
t——自运输至浇注完成的时间（h）
T——经运输至浇注完成的温度（℃）
T b——搅拌机棚内温度（℃）
T1——混凝土出机温度（℃）
c1、c2——水的比热容（KJ/Kg?K）及溶解热（KJ/Kg）P s、P g——砂、石的含水率（%）
T w、T c、T s、T g——水、水泥、砂、石的温度（℃）
W w 、W c、W s 、W g——水、水泥、砂、石的用量（Kg）T0——混凝土拌合物的温度（℃）
- III -
上海交通大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：曹红彬
日期：2006年11月23日
√
上海交通大学 学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于
不保密□。 （请在以上方框内打“√”）
学位论文作者签名：曹红彬 指导教师签名：王建华
日期： 2006年 11月23日 日期： 2006年 11月23日
第一章绪论
1．1 引言
鹧鸪山隧道隧道地处川西高原，隧道海拔高度3300m，穿越海拔4200米的鹧鸪山垭口。鹧鸪山隧道具有三低二高一复杂的特点。具体表现在：三低：气温低,极端最低气温－31.1℃，山顶终年积雪，每年冬期长达8个月；气压低，隧道口气压为68Kpa，为海平面的60%；含氧量低，大气含氧量为13.7%，为海平面的67%。二高：隧道所处位置海拔高：隧底海拔3300m；技术含量高：砼防冻、抗冻、抗裂；高原施工人员及设备缺氧；复杂多变的地质，大变形处治等技术难题需要去解决。一复杂：鹧鸪山隧道地质极其复杂，处于变质岩地区，以千枚岩、炭质千枚岩、炭质板岩、板岩为主，受米亚罗大断层、三家寨倒转背斜、新生沟倒转向斜等强烈地质构造影响，地下水丰富。经专家多次现场查勘、论证，其地质复杂性为目前四川省地质最为复杂的隧道。
目前，对于高原严寒地区隧道施工，可借鉴的经验较少，尤其像鹧鸪山隧道的高海拔、高寒、漫长冬季、又需连续作业等，此类隧道工程施工极少。在施工中，电动空压机的效率大幅降低，通风困难，喷射混凝土回弹率大、早期强度偏低，二次衬砌灌注之前容易冻结，成型之后表面出现龟裂、渗漏、且养护时间过长，影响工程进度，隧道处于干湿交替状态、地下水作用，易引起混凝土冻融破坏。
所以，解决好高原高寒隧道的施工，尤其是混凝土的抗冻融技术、钻爆施工技术、施工通风技术，对隧道施工领域有重大的意义。
1．2 类似工程的情况：
青海大板山隧道（海拔3500米，隧道长2500米，最低温度-30℃）、四川二郎山隧道（海拔2200米，隧道长4200米，最低温度-28℃）、甘肃盘道岭引水洞（海拔2000米，隧洞长15000米，最低温度-26℃）。他们的主要措施是：隧道施
- 1 -
工的设备配置需满足高寒、低气压的环境；人员、设备的保暖防寒，混凝土骨料、水泥的加温，混凝土配合比的设计须控制水灰比，以保证混凝土的施工质量。同时在最冷月都停止了混凝土的施工。
辽宁本溪隧道的混凝土施工在劲涛工作室的协作下，较为成功的做好了冬期混凝土的施工：施工中严格控制水灰比（控制在0.55以下），拌和用水加热至60℃，集料加热至0℃，保温棚拌和，1~2月停止混凝土施工。
华蓥山隧道（瓦斯隧道）采用巷道式通风，使洞内空气质量满足规范要求，为长大隧道的通风提供了较好的通风模式。高原的气压低，通风设备的工作效率差，须解决高原通风设备的效率问题，这也是其它高原隧道通风所面临的问题。
以上工程虽对某些问题进行了研究，也形成了一些施工措施，但没有形成系统和完整的针对高原高寒长大隧道施工技术措施。
1．3 主要研究内容和解决的关键问题：
施工中结合工程实际，进一步研究高原高寒地区施工机械化配套、施工通风、隧道砼施工和运营期间防治冻融破坏的施工技术措施。
1．3．1 主要研究内容：
(1)高原高寒地区隧道砼的抗冻融破坏施工措施研究
初期支护喷砼和现浇衬砌砼在低温下施工冻结分为拌制、运输、施工过程中受冻和养护期间受冻。养护期间是砼具有一定的初始强度后的冻结，更容易发生水分迁移，破坏程度大于前者。养护期间冻结由于受砼内外温度平衡过程的影响，其表面的冻结程度大于内部，解冻时对冻伤几乎无恢复性。拌制、运输、施工过程中的冻结是砼不具备初始强度，内外冻伤基本一致，且在解冻后砼强度有一定的恢复性，但仍有较大损失。
隧道衬砌混凝土在运营期间主要是衬砌背后的地下水在低温条件下冻结膨胀产生应力破坏混凝土和混凝土毛细孔中的游离水在低温条件下冻结膨胀破坏以及反复冻融降低凝结力而降低混凝土强度，甚至破坏混凝土。
- 2 -
(2)高原高寒地区长隧道施工无轨运输的施工通风与通风管理
鹧鸪山隧道海拔3330米，山顶海拔4200米；隧道口大气压68Kpa，氧气含量13.7%；隧道长4448米，平导长4446米；单口掘进深度2200米左右；隧道采用内燃机械作业，自卸汽车出碴。由于海拔高度限制和施工条件的要求，隧道施工通风难度和要求就显得非常高。
(3)施工机械设备的合理配置
在0～4000米范围内，海拔每升高1000米，大气压降低10％，内燃机功率损失相对于平原指标下降8％～12%，空气动力设备功效相对于平原指标下降10％～13％，且高原地区金属结构件的脆性断裂较平原地区高3～4倍。在海拔高度为3330 m的鹧鸪山隧道（东口），内燃设备功率损失为34%，油耗上升25%，废气排放污染严重，低温启动困难，空气动力设备功效下降实测可高达53%，机械故障率比平原地区高2～3倍。
1．3．2 解决的关键问题：
(1)高原高寒地区开挖、无轨运输、通风、混凝土施工设备的合理配套
(2)隧道施工通风方案设计方法、通风设备选型
(3)混凝土配合比设计、外加剂选择使用、施工过程中各项控制措施。
1．4 课题的主要研究方法、设计及试验方案：
1．4．1 主要研究方法：
对鹧鸪山隧道施工过程跟踪研究，通过理论研究、现场试验和验证相结合，在现场施工过程中不断修正、完善、深化，并在工程施工中检验和总结。1．4．2 设计及试验方案：
(1)资料调研：采用馆藏图书与计算机上网检索收集国内外的有关资料
(2)理论研究：包括机械选型与配套、通风设备与通风方案、混凝土的冻融破坏
(3)现场试验和验证：在现场环境进行机械效率与配套的测试、混凝土配合比
- 3 -
试验、外加剂效果测试、通风机效率测试及通风管漏风率测试等试验，在现场施工过程中进行验证。
1．5 主要研究成果
通过近两年的方案研究和现场实验，形成了高原隧道施工的基本理论，基本解决了高原隧道施工的关键技术，达到了预期目标。在鹧鸪山隧道的试验和应用取得显著效果。
1．5．1 形成的技术方案和技术措施
(1)混凝土冬季施工工艺及抗冻融技术措施。
(2)形成了高原长大隧道平行双洞施工通风模式，完成了高原通风机性能研究和提高给风能力的技术改造。
(3)形成了高原高寒地区隧道施工设备配置模式。
1．5．2 解决的关键技术
(1)混凝土抗冻融施工工艺
(2)冬季混凝土施工防寒措施
(3)冬季混凝土防冻及抗冻融的配合比设计
(4)混凝土及喷混凝土外加剂的选用
(5)高原隧道用风量测算
(6)高原平行双洞通风方案设计
(7)高原通风机供风能力的提高
(8)高原高寒隧道施工设备的选型、技术改造和配置
1．5．3 达到的目的
(1)掌握了高原严寒地区隧道冬季混凝土的施工工艺；有效地保证了工程质量；实现冬季不间断施工，加快了施工进度。
(2)解决了高原隧道施工通风难题，实现高原隧道内采用内燃机械装碴运输作业，良好的通风排气，保证了作业人员的身体健康。
- 4 -
(3)高原隧道设备配置优化和技术改造后，利用率达到100%，功效提高20%。1．6 运用前景
西部大开发战略已正式启动，我国西部的交通基础设施十分薄弱，西部山高坡陡，地形复杂，隧道工程量巨大。而这些隧道将有50%集中在3000米以上的高原高寒地区，5年内将开工建设的高原隧道总长度将达到50公里以上。而高原高寒地区隧道施工技术成果是在高原长隧道（4400多米）研究、开发并成功实施。它具有可靠的安全性，较高现场可操作性，有较好的经济效益和社会效益。因此，具有广阔的运用和推广前景。
1．7 需要完善的部分
从现场实施情况分析，高原高寒地区隧道施工技术还需要以下几个方面：
(1)衬砌台车虽然在施工中表面敷设了石棉电热毯，但增加了成本费用，可在设计台车时增加保温隔热层，便于充分利用水泥水化热，减少外部加热设施和费用。
(2)掺加防冻剂后，是否可放宽混凝土入模温度，需要进一步研究。
(3)防冻剂应研究多功能复合型（防冻性能、减水性能、引气性能、早强性能、提高砼密实度、提高砼可泵性、提高砼防水性等性能于一体），以降低成本。
(4)通风机械在提高单机供风量，降低功率方面需进一步研究，并形成固定参数，便于集中生产和推广。
(5)开挖设备应重点推广机械化程度高的液压凿岩台车，充分利用凿岩台车的优点，提高操作水平，降低其超欠挖。
- 5 -
第二章工程概况
2．1 工程简介
国道317线鹧鸪山隧道是目前我国最长的高原公路隧道。隧道位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县与马尔康县交界处，全长4448米，开挖断面80~140m2,总投资5.5亿元。
隧道处于高海拔、高寒变质岩地区，隧道区地面高程达3300 m以上，区内历年平均气温为3.3~3.8°C，历年极端最底气温为-30°C ~-31°C，冻结最大深度1.01 m，最大积雪厚度47cm。
隧道设计技术标准为山岭重丘二级公路，行车速度为40 km/h，双向行车，行车道宽2 m×3.5 m。建筑界限：高5 m，宽9 m。车辆荷载：汽车20级，挂车100级。另设平行导坑，作为运营通风及安全救援通道，平导建筑限界高4.5 m，宽5 m。
主隧道全长4448m，平行导坑(救灾隧道)全长4446m，开挖断面37~46m2。道路为山岭重丘二级公路，计划建设工期42个月。2001年4月开工。中铁隧道集团一处承担A合同段(隧道东段)的施工任务——主隧道2381 m，平导2393 m。建设工期2001年4月~2004年9月。
表2-1 鹧鸪山隧道设计标准
公路等级二级公路山岭重丘区标准
设计行车速度40km/h
路面宽度7.5m
隧道限界净宽9.0m（即净7.5m+2×0.75m）净高5.0m，应急停车带宽度
3.5m，有效长度≥30m
设计荷载汽车——20，挂车——100
地震基本烈度Ⅶ度
- 6 -
图2-1 已建成的鹧鸪山隧道外景
2．2 地理环境
鹧鸪山隧道区地处川西高原，隧道海拔高度3400m，穿越海拔4200米的鹧鸪山垭口，全区地势陡峻，山峦起伏，群山巍峨。鹧鸪山为大渡河水系梭磨河与岷江水系来苏河的分水岭，山脊线总体走向近南北，山峰高程多在4200m以上，最高点达4415m，相对高差1070m—1400m。鹧鸪山是由三叠系中—上统浅变质岩系组成的构造侵蚀高山，隧道与山脊线呈大角度相交，山体墩厚，山峰高耸，峡谷纵列，山坡陡峻。山顶9月至次年4月积雪不化，5月—8月角峰、鳍脊、冰斗、冰碛物等方露出原貌。区内有常年不融的冰斗湖两处，4000米以上出露泉点20余处，冰斗常为溪沟源头，冰雪融化时溪水流量较大。山下植被逐渐茂密，山坡脚林木遮天，荆棘丛生，无路可寻。自然边坡400—600。由于融雪及地表水下切作用强烈，坡面侵蚀严重，大小沟谷发育。主要河流有来苏河及梭磨河，支沟为阎王曲沟、一支沟、白石沟。河流深切，岸坡形成数十至数百米的陡崖、斜坡、陡坡。河流中上部零星分布Ⅰ—Ⅴ级阶地，堆积层厚度一般为1—20m不等。隧道
- 7 -
区阴山坡植被茂密，主要为森林，灌木次之；阳山坡植被稍差，乔木灌木混杂。高程3900m以上以灌木为主，地势开阔，坡度平缓。
2．3 气象特征
隧道区属北温带川西高原气候区。历年平均气温3.3℃～3.8℃，最高气温28.2℃，最低气温－20.0℃，历年极端最低气温－30℃~31.1℃。历年平均降水量910～938mm，5～10月为主要降水期，占全年降水量的70～80%。历年平均绝对湿度4.8～4.9g/m3，最大绝对湿度13.9g/m3，历年平均相对湿度70%。历年平均蒸发量565～587mm。冻结最大深度1.01m，最大积雪深度47～100cm。常年多东南风、西南风，历年平均风速1.7m/s，历年最大风速24m/s。
2．4 工程地质和水文地质
2．4．1 工程地质条件
鹧鸪山隧道区出露地层为第四系全新统（Q4）、三叠系“西康群”，包括中统杂谷脑组上段（T2z），上统侏倭组（T3zh），新都桥组（T3x）及中生代燕山期花岗闪长岩脉（r6）。岩性以板岩或炭质板岩、千枚岩或炭质千枚岩为主（千枚岩及炭质千枚岩占隧道总长的30%），夹薄至中层变质砂岩。围岩类别以II、III类为主。
2．4．2 水文地质条件
本标段地处深切高山河谷地区，鹧鸪山山脊两侧地势陡、高差大，大气降水及融雪（水）径流排泄快，大部分顺地表快速流走，其余下渗形成孔隙水和基岩裂隙水。由于细砂岩、板岩、千枚岩相间成层、倾角陡，线状褶皱紧密，压扭性断裂为主，因此基岩中的裂隙水的迳流方向既与地形一致，又顺层纵向运动，各层间的地下水连通性差，无统一的地下水面，水位埋深10～30m不等，加之冲沟发育，切割强烈，陡坎陡崖多，地下水排泄快，出露条件好，迳流途径短，因而基岩裂隙水贮量较小，隧道区内地下水属贫乏区。位地背斜、向斜核部及断层破碎带内可能有暂时的突水、涌水现象，需加强监测预报。
根据区内地下水水质分析资料，区内的地下水水质优良，无污染，对混凝土
- 8 -
无浸蚀性，水质类型属HCO
3--Ca2+ Mg2+、 HCO
3
--Ca2+Mg2+型水，总矿化度为107～
154mg/L。
2．5工程特点和难点
鹧鸪山隧道千枚岩区施工难度较大，主要受变质岩的特征、地质构造、千枚岩的特性和地下水所决定。
千枚岩与板岩互层区，软硬岩相间，爆破药量难以控制，一般来说，造成软岩部分超挖、硬岩部分欠挖，导致开挖成型差。这使围岩不同部位的应力释放产生差异，不利于应力重分布，因而产生不同程度的掉块或局部坍塌。
而在全千枚岩区，岩体相当破碎，呈团块状、片状、鳞片状。开挖时易于钻进，但易塌孔。千枚遇水后软化似弹簧土，泥化呈淤泥状。初期支护施作以后，围岩变形大，且长期不收敛，局部地段4~5个月不趋于稳定；开挖时无地下水，后期地下水增大。这些病害都危及到隧道施工安全与结构质量。
- 9 -
第三章混凝土抗冻融施工技术研究
3．1混凝土受冻破坏机理分析研究
根据相关资料分析，混凝土受冻破坏在施工及运营期间均可以发生，结合现场情况分析，主要有以下几个方面：
3．1．1 施工期间
无论初期支护喷砼还是现浇衬砌砼在低温下施工冻结都分为两种情况：即拌制、运输、施工过程中受冻和养护期间受冻。无论哪一种冻结都是水分的迁移并导致水分重分布和冰晶的形成，但后者是砼具有一定的初始强度后的冻结，它比前者更容易发生水分迁移，破坏程度也大于前者。养护期间冻结由于受砼内外（温度平衡过程的影响，其表面的冻结程度大于内部，解冻时对冻伤几乎无恢复性。拌制、运输、施工过程中的冻结是砼不具备初始强度，内外冻伤基本一致，且在解冻后砼强度有一定的恢复性，但仍有较大损失。
3．1．2运营期间
隧道衬砌混凝土在运营期间主要是衬砌背后的地下水在低温条件下冻结膨胀产生应力破坏混凝土和混凝土毛细孔中的游离水在低温条件下冻结膨胀破坏以及反复冻融降低凝结力而降低混凝土强度，甚至破坏混凝土。
3．2 冻结范围的现场测定
采用WD—A型热敏温度计对衬砌背后5米岩层深度的温度进行测定；采用WSS金属温度计沿隧道轴线的洞内环境温度进行测定。各测点温度见表3-1、表3-2、表3-3。
图3-1至3-3分别为气温为0°C 、-10°C 和-17°C时测点温度随距离衬砌表面深度的变化图。图3-4至3-6分别为气温为0°C 、-10°C 和-17°C时隧道内环境温度、衬砌及岩层温度随洞深变化情况。
经测试结果表明衬砌表面温度与该处环境温度基本一致。距离洞口越近，温度越低。在衬砌表面1m后温度升高到0°C左右。随着岩层深度增加，温度进一步升高。
- 10 -
通过现场实测温度可以得到其冻结范围为衬砌表面后30~50cm。若按最大冻土深度回归分析，其冻结范围为衬砌表面后90~110cm；受冻长度为进、出口800m 左右。
表3-1 气温0 ℃时各部位温度表
洞口50
米
100
米
200
米
300
米
400
米
500
米
600
米
650
米
700
米
750
米
800
米
900
米
位置
温度（℃）
环境 0
2.5 6.5
9.7
10.310.510.811.411.811.311.8
10.9
11.7
衬砌表面 1.2 3.5 6.3 9.8 10.310.710.911.611.911.611.7 11.2 11.9
衬砌后0.5米 5.5 7.18.5 8.5 10.311.010.910.911.911.611.9 11.6 11.8
衬砌后1.0米 6.5 7.78.4 8.6 10.510.910.611.112.111.711.9 12.1 11.8
衬砌后1.5米 6.4 7.98.3 8.8 11.511.311.311.912.111.811.9 11.7 12.2
衬砌后2.0米 6.6 8.58.8 10.5 11.711.911.511.912.311.912.1 11.5 12.4
衬砌后3.0米7.0 8.59.3 11.2 11.811.412.111.912.312 11.8 11.7 13.6
衬砌后4.0米7.3 8.29.5 11.5 12.312.112.212.312.412.512.2 12.2 13.6
- 11 -
表3-2 气温-10 ℃时各部位温度表
洞口50
米
100
米
200
米
300
米
400
米
500
米
600
米
650
米
700
米
750
米
800
米
900
米
位置
温度（℃）
环境-10 -10-10 -6.5 -4 -3 -2 -3 -1.50.5 6.5 7 11.4衬砌表面-10 -9.5-9 -6 -3 -2.5-2 -1.5-1 1.5 8 9 11.5衬砌后0.5米-2 -2 -2.5
0.5 2 2 2.5 3 2.5 4.5 8 9.5 11.5衬砌后1.0米 4.5 5.0 4.5 7 8.5 9.5 9.5 11 11.311.511.4 11.5 12.3衬砌后1.5米 5.5 6.57 7 9 10 9.5 12 11.811.711.5 11.5 12.9衬砌后2.0米 6 6.57.5 7.5 9 11 11.512.212.312.412.5 12.5 13.1衬砌后3.0米 6.7 7.58.4 9.5 10.511.412.112.312.512.412.5 12.9 13.5衬砌后4.0米 7.2 7.59.0 11 11.912.012.312.512.712.712.9 12.9 13.5
表3-3 气温-17 ℃时各部位温度表
洞口 50
米100
米
200
米
300
米
400
米
500
米
600
米
650
米
700
米
750
米
800
米
900
米
位置
温度（℃）
环境-17.1 -17.1 -10.3 -9.3-8.1-6.3-1.50.2 -0.4 2.5 5.2 6.3 6.5 衬砌表面-16.5 -16.3 -9.2 -8.1-7.3-5.6-0.70.6 0.5 3.2 5.8 6.9 7.2 衬砌后0.5米-1.1 -0.9 -0.9 -0.20.6 0.6 1.1 1.3 1.8 3.5 6.1 6.9 7.5 衬砌后1.0米 3.3 3.5 4.2 4.5 5.1 6.6 6.7 7.1 7.3 7.5 7.5 8.1 8.6 衬砌后1.5米 5 6.2 6.5 6.87.3 9.1 9.5 9.7 9.8 10.3 10.6 10.8 10.8衬砌后2.0米 5.5 6.5 7 7 9 10 9.5 12 11.811.7 11.5 11.5 12.9衬砌后3.0米 6.4 6.5 7.5 7.59 11 11.512.212.312.4 12.5 12.5 13.1衬砌后4.0米 6.8 7.2 8.7 9.511.211.512.512.312.512.4 12.5 12.9 13.5
- 12 -
图3-1 气温0 ℃时隧道内测点温度随衬砌表面深度变化图
图3-2 气温-10 ℃时隧道内测点温度随衬砌表面深度变化图
- 13 -
图3-3 气温-17 ℃时隧道内测点温度随衬砌表面深度变化图
图3-4 气温0 ℃时隧道内环境温度、衬砌及岩层温度随洞深变化
- 14 -
高寒地区隧道施工中的有关保温措施 第二工程有限公司 杨仕忠 【摘 要】 新建精伊霍铁路克孜勒萨依隧道位于北天山北麓,冬长夏短,极端最低气温-30℃,最大季节冻结深度200c m,本文对该隧道在冬季施工中的成功经验以及一些失败教训进行总结,为 以后类似工程提供一定的参考。 【关键词】 高寒地区 隧道施工 冬季施工 保温措施 1 工程概况 精伊霍铁路S3标段克孜勒萨依隧道全长4825m,为全线第三长大隧道,隧道大部分为单线,其中出口571m位于阿夏勒车站内,为双线隧道,进口段267m及车站附近657m位于半径1200m的曲线上,其余位于直线上,洞身线路纵坡依次为1615‰、17‰、1615‰、6‰的上坡。隧道通过地区属中温带干旱气候区,冬长夏短,每年初雪期在10月中下旬,第二年的6月中下旬山区冰雪尚可化尽,漫长的冬季大雪封山。年平均气温313℃,极端最高气温30℃,最低-30℃,最冷月平均气温-1313℃,最大积雪厚度54c m,最大季节冻结深度200c m。 2 施工辅助设施 211 施工供电 由于施工用电线路基本在洞内,施工供电仅需注意洞外变压器采用35号变压器油,保证在零下35℃以上变压器仍能正常工作。另外洞外配电房在冬季施工中,需有供暖设施,可采用无烟炉或暖气供暖。 212 通风 冬季气温极低,冬季时通风机采用草帘进行包裹,风机配电柜顶部进行遮挡。由于冬天风大天冷,洞外风管不便检修,因此最好将洞外风管采用钢管架进行加固。 213 施工供水 施工供水是高寒地区施工的难题,必须在水管路埋设、水池修建等实施阶段认真筹划,避免冬季施工中,由于供水问题而带来的被动。 (1)洞外供水 水管路埋设:供水管采用<80钢管或高压橡胶管。水管路埋设可采取两种方式,即明挖暗埋和明铺暗裹,两者比较后者更便于检修。由于工程所在地设计最大冻结深度为200c m,所以明挖暗埋坑深必须大于2m,水管铺设前用草帘进行包裹后,再用土回填密实掩埋。明铺暗裹则是将水管用特殊保温材料包裹后,铺于地面上,再用一般保温材料覆盖,其上铺塑料薄膜,再用粘土压实,明
浅论对高原高寒地区公路设计的思考 发表时间：2019-04-16T15:17:12.337Z 来源：《防护工程》2018年第36期作者：吴志明 [导读] 近年来，我国公路建设在不断深入，不仅内陆地区的交通质量得到了改善，高原高寒地区的交通问题也在日益环节。 国家林业局昆明勘察设计院 650000 摘要：在我国交通建设的过程中，公路设计是必不可少的重要环节。高原高寒地区的公路设计存在一定难度，在设计的过程中不仅要确保公路的质量，还要保障公路施工的可行性和安全性。所以，要积极采用现代技术和新的设计理念，提升高寒高原地区公路设计的科学性和合理性，使其满足现代交通需求，从而促进我国西藏等高原高寒地区交通条件的改善，本文就此进行了相关的阐述和分析。 关键词：高原高寒；公路设计；思考 近年来，我国公路建设在不断深入，不仅内陆地区的交通质量得到了改善，高原高寒地区的交通问题也在日益环节。在高原高寒地区修建公路是我国目前主要的公路建设任务，其受到地质、环境、水文等条件的影响，公路设计存在一定的难度。与内陆地区相比，高原高寒地区不论是在公路规模上，还是在设施、宽度等方面其等级水平都相对较高。在实际设计的过程中，要合理把握各项技术标准，做好线位的布设，将安全、环保等现代公路的修建理念融入到公路设计之中。 一、高原高寒地区公路路线设计 （一）规避不良地质 在高原高寒地区修建公路很容易遇到不良地质情况，所以在设计时，要尽可能规避不良地质，减少地质问题对公路质量的影响。可以利用遥感、GPS、地质勘查等技术手段来分析路段情况，正确评估地质灾害等级，避免其对公路建设造成影响。对比不同的路线方案，要坚持回避原则，如果无法完全规避不良地质，可以采用一定的处理措施。如果存在泥石流、滑坡、冻土等比较恶劣的地质问题，可以重新选择修建路线或绕开修建，降低不良地质造成的危害影响。在公路修建项目中，如果地质条件相同，要优先选择阳坡修建，从而减少冻融滑坡、融陷破坏等问题的出现。阳坡光照时间较长，可以提升路面温度，避免过大的早晚温差，进而对上述问题有一定的预防作用。 （二）规避大长纵坡 高原高寒地区经常会出现积雪、冰冻等情况，导致大长纵坡路段行车危险性较大，所以在设计时要多加注意。研究显示，隧道方案能够降低大长纵坡的危险性，所以可以对隧道方案进行合理利用，从安全、环保、成本造价等多个方面综合考虑，比较不同的方案方法，确保路线的安全性和合理性。在设计时要注意以下几个方面：第一，避免小半径曲线的使用；第二，提升高行车视野距离；第三，设置避险车道，其入口视距要符合要求；第四，设置紧急停车带，方便检修和调整。 （三）科学选取超高值 在选取曲线超高值时，要从多个方面着手考虑，其中包括车速、气候、路面类型等等。如果在路段位于积雪冰冻区域范围内，则在设计时要对最低车速进行考虑，避免冰雪天气出现车辆打滑等问题。此外，要以我国货车为标准，将最大超高设定为6%。 二、高原高寒地区公路路基设计 （一）路侧净空 通常，积雪冰冻地区容易出现车辆打滑等情况，其路面摩擦系数相对较低，所以容易引发事故危险，转弯路段的危险系数最高。所以，要准确计算路侧净空，平曲线半径越大越好。为了避免车辆在道路外围再次发生呢危险，如果用地面积足够，可以额降低路基边坡坡率，可以选用两种边沟形式，一种是暗埋边沟，另一种是碟形边沟，其能够增加路侧净空，进而使道路使用更加安全。 （二）横断面 高原高寒地区降雪频繁，所以路面积雪较多，针对这个特征，路基横断面不仅要设计紧急停车带、爬坡车道等位置，还要尽可能进行路基加快，设置更多可停靠空间，进而确保初雪设备的自由出入。 （三）排水 高原高寒地区的路基时常会出现冻胀、翻浆两种病害问题，这两种病害问题具有独特性，需要采取有效的路基排水措施进行防治缓解。针对此类地区较强的冻融循环情况以及冬季需要撒盐除雪的特点，在排水工程设计时，首先要选择恰当的设施材料。可以将圬工材料作为首选，也就是尽可能采用浆砌片石，或预制/现浇混凝土材料，合理设计混凝土排水结构。由于此类路段时常需要撒盐除雪，所以还要选择有效的防腐手段和提升混凝土抗冻能力的对应措施。 三、高原高寒地区公路路面设计 路面需要长时间暴露在外部，其会直接受到低温、降雪、紫外线等环境因素的影响。所以在路面设计时，要优化设计思路，对路面抗高寒、抗裂缝、抗滑三种性能加以考虑。裂缝较多的路面在高温软化后会出现许多车辙印记，等到寒冷季节的到来，这些车辙会使裂缝问题更进一步恶化。而后，雨水会从裂缝中进入路基，影响路基稳定性，进而导致路面质量降低，影响路面的正常使用。在高原高寒地区，时常会出现积雪和冰冻现象，与正常路面相比，其摩擦系数较小，进而导致路面没有足够的抗滑性能。所以，要对其抗寒、抗滑、抗裂三种性能进行强化，着重进行路面材料的考虑和筛选，才有合理的层间处理措施。优质的层间处理能够减少半刚性基层干缩裂缝反射问题。要尽可能选择摩擦阻力系数较高的材料，这种材料的防滑性能较好。 四、高原高寒地区公路桥梁设计 在高原高寒地区建设桥梁具有条件差、形式多等特点，面对恶劣的环境和气候条件，要着重做好安全性能设计。其主要包括桥身强度、稳定性、桥梁耐久性、全寿命周期等多个方面。 （一）结构形式选择 由于环境恶劣，不具备良好的施工条件，所以现场技术和质量管理都无法充分发挥效用，桥梁结构最好以预制拼装结构为主，统一孔跨布置，避免预制结构产生尺寸变化，确保其具有一定的可更换性，使其能够大批量生产。采用化零为整的方式尽量在预制场内实现桥梁结构的批量生产，从而有效控制生产质量，提升其对抗恶劣天气的能力。针对现浇施工，要根据当地实际情况进行技术和方案的筛选，从
施工技术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2012年12月第41卷增刊 高原高寒特长隧道施工人员及机电设备配置 张立忠，张剑英，安婷 （中交一公局第三工程有限公司，北京101102） ［摘要］以拉脊山隧道为例，阐述了高原高寒特长隧道钻爆法开挖施工人员、机电设备配置，与平原地区机械配置进行了对比，并针对隧道通风、电力供应及喷射混凝土、高压空气供应提出具体改进措施，对类似的特长隧道施工具有借鉴意义。 ［关键词］隧道工程；高寒地区；钻爆法；机电设备配置［中图分类号］ U455［文献标识码］A ［文章编号］1002- 8498（2012）S1-0086-04Worker and Electromechanical Equipment Configuration During Super-long Tunnel Construction in Alpine Region Zhang Lizhong ，Zhang Jianying ，An Ting （The Third Engineering Co．，Ltd．of the First Highway Engineering Bureau of CCCC ，Beijing 101102，China ） Abstract ：For Lajishan tunnel as an example ，this paper shows worker and electromechanical equipment configuration during super －long tunnel construction with drilling and blasting method in alpine region ，and makes a comparison with in plain area．Some improved measures are put forward on tunnel ventilation ，power supply ，shotcrete and high pressure air supply． Key words ：tunnels ；alpine region ；drilling and blasting method ；electromechanical equipment configuration ［收稿日期］2012-06-12［作者简介］张立忠，工程师， E-mail ：zhltoday@126．com 2010年底，全国公路总里程突破400万km ，达400．82万km ，公路桥梁、隧道总量持续增加。全国公路隧道为7384处、512．26万m ，其中，特长隧道265处、113．80万m ，长隧道1218处、 202．08万m 。随着我国等级公路的飞速发展，隧道工程发挥着越来越重要的作用，山岭隧道修建呈加速趋势。高海拔严寒地区隧道工程建设受环境影响大，施工难度高，资源配置也和普通山岭隧道有所区别，本文以青海拉脊山特长公路隧道为样本介绍了高原高寒特长隧道施工资源优化配置情况。1 工程概况 拉脊山隧道隧址区属于高海拔严寒地区，海拔3200 4041m ，隧道进口海拔高度为3200m 。山脊走向与隧道方向近直交， 进口处山坡较陡，坡度45? 50?。拉脊山隧道右线全长5565m ，全洞无斜井、竖井，采用两端掘进的方式，在国内实属罕见。我部承建右线进口段，起讫桩号为YK17+182—YK19+850，长2668m 。隧道单洞隧道限宽10．25m ，净高7．2m ，建筑限界高度5．0m 。设计行车速度为60km /h 。2 气象水文条件 拉脊山平均海拔约为3400m ，辐射强，气温低，降 水丰富，多为雪区。拉脊山地区海拔3100m 以上的中高山区年均气温＜0．7?C ，最冷月平均气温－16．0 －16．7?C ，极端最高温28．7?C ，极端最低温－37?C ，最大冻土深度为111 130cm ，最大风速达20m /s ，最大积雪厚度23mm ，降雪初终期为10月至来年5月，长达7 个月。拉脊山隧址区气压为660mbar ，有高原缺氧及轻度高原反应。3高原缺氧对人员与机械影响分析3．1 氧气含量对比 理论计算大气中的含氧量占大气总成分的20．95%，氧气所占比例随海拔变化不大，但由于气压变化， 高原气压低，所以空气稀薄，导致氧气含量降低。通过收集不同地区测量气压的数据，计算得到空气含氧量对比表（见表1）。拉脊山平均海拔3400m ，地处缺氧区，在阴天雨雪状态下可出现严重缺氧情况，尤其是冬季绿色植被消失， 下雪时严重缺氧，人员呼吸困难。参照青海瓦里关山中国大气本底基准观象台德力格尔对青藏高原缺氧简单划分标准，含氧量＜63%的地区为严重缺氧区63% 70%的地区为缺氧区，70% 75%的地区为轻度缺氧区，75% 80%的地区为基本满足区，＞80%的地区为不缺氧区。3．2 高原缺氧对人员的影响 高原有着特殊的自然环境，其特点是低压、低氧、气候干燥寒冷、风速大、太阳辐射和紫外线照射量明显 6 8
高原严寒地区隧道冬期混凝土施工工法 中铁隧道集团有限公司第一工程处：王兴彬曹红彬韩敬忠裴志民 一、前言 “高原严寒地区隧道混凝土施工工法”，是在海拔3400米、每年冬期长达8个月、长度4446米的鹧鸪山隧道施工中创立的一种高原严寒地区隧道混凝土冬期施工方法。该工法在充分调研我国北方地区冬季混凝土施工经验的基础上，对混凝土配合比和外加剂的种类及掺量进行多次比选，优化防寒保温措施和养护期间防冻措施而形成。 该工法在鹧鸪山隧道取得了较好效果。建设工期提前6个月，混凝土质量达到优良，抗冻融指标符合国家标准，也降低了成本。 运用本工法进行的鹧鸪山隧道混凝土冬期施工抗防冻QC成果获得中铁隧道集团2003年度QC 成果一等奖。 二、工法特点 本工法针对高原严寒地区隧道冬期二次衬砌混凝土和喷射混凝土施工抗冻研发，它具有以下特点。 1、加快施工进度 在洞内温度不低于－20℃、洞外温度不低于－30℃的条件下，衬砌混凝土和喷射混凝土可不间断施工，从而加快进度、缩短工期。 2、降低喷射混凝土的回弹量 在负温条件下，缩短初终凝时间、提高早期强度、喷射混凝土快速凝结硬化，降低回弹量。 3、提高衬砌混凝土抗冻融性能 在不增加水泥用量的情况下，保证混凝土200次冻融循环的强度损失值不大于15％。 4、节约能耗和材料 在－15℃条件下，无需蒸汽养护而可在36小时拆模，降低能耗；负温条件下不需增加水泥用量，从而节约材料和降低成本。 5、现场可操作性强 加热保温设施一次安装到位，养护保温材料及设施轻便易移动，操作技术简便、操作人员易懂易掌握。 三、适用范围 本工法适用于海拔3000米以上，冬期温度不低于－30℃（洞内温度不低于－20℃）的隧道衬砌混凝土和喷射混凝土施工，也可用于低海拔地区冬季隧道混凝土施工。 四、工法原理及关键技术 （一）、工法原理 隧道衬砌混凝土冻伤机理主要有两种：施工过程、终凝前冻伤和养护期间冻伤，它们都是由于水分的迁移并导致水分重分布和冰晶造成。后者破坏程度更大，且解冻后基本无恢复性；前者解冻后强度虽有一定的恢复，但损失仍很大。 喷射混凝土在低温条件下除可能发生类似衬砌混凝土冻伤外，由于凝结硬化速度慢，还将大大增加回弹量。 根据破坏机理确定本工法原理： 1、选用水化热较高（增加蓄热量）、具有早强性能、标号不低于32.5R的普通硅酸盐水泥，以提高早期强度。 2、掺加外加剂，改善混凝土（含喷混凝土）性能。衬砌混凝土选择防冻性能好（降低水分冰点温度能力强）、减水率高（减少拌和用水量，从而减少混凝土中的游离水分迁移）、早强效果好（短
关于高寒地区隧道防冻施工技术研究 发表时间：2018-05-14T15:30:02.147Z 来源：《科技新时代》2018年2期作者：邹齐[导读] 摘要：在高寒地区进行隧道施工需要采用有别于普通地区中的防冻施工技术，不仅需要加强对施工过程中的通风和供氧，而且需要采用相应的防水和排水技术应对高寒地区的特殊施工环境，并在洞口以及施工中采取特殊的防冻措施，确保施工质量。 摘要：在高寒地区进行隧道施工需要采用有别于普通地区中的防冻施工技术，不仅需要加强对施工过程中的通风和供氧，而且需要采用相应的防水和排水技术应对高寒地区的特殊施工环境，并在洞口以及施工中采取特殊的防冻措施，确保施工质量。 关键词：高寒地区；隧道；防冻施工技术 1引言 近年来随着我国经济的快速发展，我国的各项基础设施建设工作如火如荼的开展，其中公路工程和铁路工程建设的数量和规模也在不断扩大。由于我国地域辽阔，南北纬度跨度较大，在海拔较高以及纬度较高的黑龙江、青藏高原、甘肃、内蒙古等部分地区为高寒地区，在此地区进行工程施工，尤其是隧道施工时，应采用有别于平原普通地区的防冻施工技术，并综合高寒地区的开挖跨度、支护类型以及使用功能等因素进行相应防冻施工技术的选择，确保高寒地区隧道施工的质量和安全。 2高寒区隧道施工通风供氧技术在高寒地区进行隧道施工时，由于施工环境中温度较低，尤其是高海波地区更是处于低氧和低压的施工环境中，这对距离较长的隧道施工中通风降尘非常不利，且在此环境中，施工所用的内燃机械容易出现燃烧不充分的问题，从而加大了高寒地区隧道施工中通风的难度，所以应格外做好通风供氧的工作，主要从以下两个方面进行。 一是在隧道掌子面采用弥散供氧技术。在隧道掌子面进行供氧所用的弥散供氧系统主要由输氧管道、阀门以及弥散供氧装置等组成，且其中最重要的设备为弥散供氧装置，其主要原理就是以射流雾化的形态将氧气从喷孔喷出，并且在其对流的作用下弥散分布于隧道掌子面中，而且此系统可以随着掌子面掘进施工的进行而自行移动跟进。二是在隧道内采用氧吧供氧的方式，这是一种有别于掌子面弥散供氧方式的便携式供氧方法，能够满足远离掌子面施工区域中施工人员对氧气的需求，而且所采用的供氧装置便于携带，为了保证施工人员的健康和施工效率，还能满足以下要求：具有持续供氧能力，确保施工人员随时吸氧；能够随着施工的进行而随时移动并满足施工要求；能够满足施工过程中所有施工人员同时进行休息和吸氧，并且不会对隧道施工产生影响。 3高寒地区隧道施工防排水技术 3.1围岩注浆堵水技术 此技术就是向需要进行防水处理的含有丰富地下水或者破碎的围岩中注入一定配合比的浆液的技术，此浆液在被注入之后对地层起到固结作用，因此可以提高围岩的密实度来降低渗水的可能性。在采用此技术中，最关键的部分就是进行浆液原材料的选用和配制，需要根据隧道施工所处的环境因素以及地质环境因素等，选用相应的防水堵漏材料及其不同的外加剂，按照一定的配合比进行配制，同时要求浆液具有较好的均匀性。 3.2防水层的设计 对于采用复合式衬砌结构的山岭隧道来说，防水层的设置以及合理的防水层材料的选择是进行防水的重要措施，选用不透水且表面光滑的高分子卷材作为防水层材料，不仅可以起到良好的防水作用，而且对初支和二衬的接触面起到很好的润滑作用，从而可以降低其出现裂缝的概率。在高寒地区隧道施工中所用的防水层主要由防水板和缓冲垫层两部分组成，并且根据不同的施工环境和地质条件可以选用全包、半包、局部防水等形式，并且在防水层设计时按照分区防水的原则，采用在施工缝上设置背贴式止水带并与防水板焊接风趣的分舱的方式将防水区域划分为若干个较小的防水区，这样方便后期维护以及运营过程中出现漏水问题的处理。 3.3施工缝和变形缝防水技术 在隧道施工中，施工缝和变形缝是发生渗漏的重点部分，尤其在高寒地区，由于气温较低容易引发混凝土收缩或不均匀沉降，导致出现沉降缝以及伸缩缝等变形缝的出现，所以应该采取止水条或止水带的方式进行防水处理，且在高寒地区通常采用中埋式CB型止水带或CP 型止水带来满足高寒地区施工环境中对防水的要求。 3.4环向排水盲管技术 此技术主要适用于围岩与初支间、初支与防水板之间，其主要作用就是为地下水提供排到纵向排水管中的通道。在进行环向排水盲管的设置中，应根据施工区域中地下水的具体发育状况来确定盲管的设置间距以及盲管的管径材料和尺寸。排水管在布置时分为纵向和横向两种，前者主要位于防水板与初支间，并设置于衬砌底部，主要作用就是将上部环向排水管排下来水通过横向排水管排出，而横向排水管则将侧沟中的水统一排出到中央排出沟中。 3.5缓冲排水层技术 在高寒地区隧道施工中在防水板背面进行缓冲排水层的设置，其既可以起到排水作用，还能防止静力穿刺对防水板的破坏。通常对缓冲排水层有以下要求：要求其质量密度应不低于300g/m3，且厚度适中；具有良好的导水性以及柔性；具有良好的防腐蚀性能，并能抵抗含有特殊成分地下水对防水板的侵蚀能力。 4高寒地区隧道施工防冻技术 4.1洞口段防冻技术 在高寒地区进行隧道施工中，容易出现衬砌漏水、挂冰、道床结冰、以及冻胀引起的道床隆起等问题，而且不同冻胀类型的隧道施工中冻害发生的位置也会有所不同，对于发生在洞口一定纵深范围内的冻害类型，其影响因素主要有水和温度的条件因素，所以在施工过程中应从防排水、保温隔热以及辅助加热等方面进行应对，采取的主要防冻措施有以下几点：一是对施工过程中洞口以及洞身渗水围岩段采取帷幕注浆的方式进行堵水处理；二是在洞口相应位置采用贴壁式、内嵌式或者设置于二衬与初支直接形式的保温层，并且可以在洞口设置用于阻断冷空气进入以及洞内热量输出的屏蔽门，在白天施工时打开，而在晚上时进行关闭用于保温；三是可以在洞口一定的范围之内设置一段加热明洞，采用的主要方式可以是在钢网架结构上安装长度适宜的阳光板，所采用的加热原理为大棚的温室效应，并通过车辆活塞风作用将产生的热量输送至洞内的施工区域，而且还起到对冷风的阻断作用。 4.2保温隔热技术
高寒地区公路隧道施工中常见的问题及应对策略 【摘要】随着我国经济的发展，公路施工的范围越来越广泛。在我国西部高寒地区也修建了越来越多的公路，很多公路隧道的施工也在不断涌现。在西部高寒地区修建公路隧道必须注 意其独特的气候条件和地质条件，这样才能保证公路隧道的安全。本文分析了高寒地区公路 隧道施工常见的问题并提出了自己的对策。 【关键词】高寒地区；公路隧道；问题及策略 【中图分类号】U445.4【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）18-0137-02 随着我国国民经济的快速发展，对交通运输的需求越来越大，全国各地都在修建高等级的公 路来满足各地交通运输的需求。对于我国西部高寒地区来说，为了适应国家西部大开发的战略，越来越多的公路出现在西部，在西部高寒地区进行公路施工就不可避免的遇到公路隧道 的施工问题。高寒地区由于其特殊的气候特点和地质条件，在隧道公路施工中会遇到其他地 区隧道公路难以遇到的问题，因此不能完全按照其他地区公路隧道施工的经验进行施工，必 须针对高寒地区的特点有针对性的进行公路隧道施工。高寒地区公路隧道施工常见的问题包 括混凝土的施工问题、二衬施工质量控制问题、公路隧道的防、排水设计问题和防冻措施问题。 1.高寒地区公路隧道的混凝土施工问题 高寒地区由于其独有的气候和地理特性，在混凝土施工方面必须对拌和站保温、混凝土的运 输和隧道内的保温严格控制，根据隧道公路施工时的气温以及工程条件，在确保工程质量和 进度的前提下，采用适合高寒地区的施工策略。 新浇筑的混凝土遇到低温会使拌合水结成冰，由于水和冰的密度不同导致水结冰后体积会增 大9%左右，这样水泥的水化作用也就会失去作用，水泥浆体中的空隙会比常温下正常凝固的混凝土变大，这样就会导致混凝土的各种物理特性都有所下降，比如抗压力减少一半，抗渗 能力几乎丧失，混凝土与钢筋的粘合力也会有显著的下降。因此寒冷温度下的混凝土不但受 力强度下降，而且耐用性也会大大降低。如果为了提高混凝土的强度来增加水泥的用量，虽 然可以解决抗压的问题，但是耐用性还是无法解决。因此在高寒地区公路隧道施工时，对于 混凝土的使用必须防止在硬化初期受到低温的影响，尽快获得混凝土的强度。一般来说混凝 土的温度降到零度以下前，其抗压强度不能低于抗冻的临界强度。抗冻临界强度根据水泥成 分的不同有所不同。如果混凝土水泥原料为硅酸盐水泥，则抗冻临界强度为混凝土设计强度 的30%；如果混凝土水泥原料为矿渣硅酸盐水泥，则抗冻临界强度为混凝土设计强度的40%，如果施工时需要提高混凝土的强度等级，那么抗冻临界强度也要随之调整。在高寒地区进行 公路隧道施工，为了缩短混凝土的养护时间一般选择的都是普通的硅酸盐水泥，利用蒸汽养 护混凝土则应该选择用矿渣硅酸盐水泥。水泥的强度不能低于42.5，在用量上每立方米混凝 土中水泥的用量不能少于300公斤，水灰比不能超过0.6:1。为了减少低温对混凝土的影响， 应该将配比中的用水降低到最小。可以采用控制坍落度、加入减水剂或者使用高效减水剂的 办法来实现。混凝土冷却到5℃以下才能拆除模板和保温层，如果混凝土和外部环境温差过大，比如超过20℃，在拆除模板以后混凝土表面应该做保温处理，让其慢慢冷却。还没有完 全冷却的混凝土比较脆，所以在冷却前要避免遭受冲击荷载和动力荷载。在公路隧道施工期 间施工单位要严格的注意天气变化，如果遇到寒潮和大风的气候现象要及时采取防护措施， 避免隧道施工受到影响。 2.高寒地区公路隧道的二衬施工质量问题 二衬施工是指在公路隧道的施工过程中，在隧道开挖的过程中沿着掌子面前进，需要对开挖 形成的隧道四周进行二次加固的过程，这是确保公路隧道施工安全的重要保障。对于高寒地
浅谈高海拔高寒公路隧道施工难点 发表时间：2018-04-16T14:06:16.727Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第32期作者：李晓锋 [导读] 一直以来，在高寒、高海拔地区建设隧道都是一个世界性难题，特别是在高原缺氧以及冻胀问题。 中交第二公路工程局有限公司陕西省西安市 710065 摘要：本文以国道214线香德二级公路白茫雪山1#特长隧道施工为依托，针对高海拔高寒地区公路隧道施工的难点及解决方案进行了较为详细的研究分析以供读者参考。 关键词：高寒地区；高海拔地区；公路隧道；施工难点 一直以来，在高寒、高海拔地区建设隧道都是一个世界性难题，特别是在高原缺氧以及冻胀问题、冻融问题一直都是技术难题。为了解决施工难题，需要从洞内通风、机械配套、防寒保温、防排水等方面着手，采用合理的施工技术措施，达到安全、高效、优质的建设目标。 1.工程概况及地质特点 国道214线香德二级公路白马雪山1#特长隧道主洞全长5180m，平行导洞5160m，隧址区域内海拔4075.65~4363.34m之间，总体地势北高南低，自然横坡较陡，横沟发育，切割较深，沟谷纵横，地形复杂。隧道处于F1断层（德钦~中甸~大具断层）西南250～800m，受该断裂影响隧址区三条次级断层F4、F5、F8，分别于K126+700、K128+070、K127+440处与隧道大角度相交，破碎带宽约120m、80m、50m，直接影响白茫雪山1#隧道围岩等级及涌水状况；围岩为熔岩~流纹岩、红褐色千纹岩、页岩及板岩为主，裂隙发育，岩体破碎，风化速度非常快，特别遇水后，岩体变为泥状，受挤压影响，侧压力大，围岩的稳定性差。 2高原缺氧状态下改善洞内空气质量方案 高海拔地区隧道施工最大的难题是高原缺氧，由于隧道施工是在有限空间内作业，作业期间，爆破产生的有害气体，隧道打钻、喷浆产生的扬尘，施工机械工作产生的尾气、扬尘等容易造成洞内空气污浊。在高原缺氧状态下，如何改善洞内空气质量，保证人员、机械正常工作是高原隧道施工首先面临的最大挑战。 2.1洞内通风是改善洞内空气质量的关键，白马雪山1号隧道通风采用两阶段进行，第一阶段在洞口至掘进1.2Km处，采用常规的洞外压入式通风，第二阶段采用巷道通风，导洞为新鲜风进口，主洞为污风出口，形成通风回路。首先，所有机械、车辆全部由主洞进出，再将横通道全部封闭，只保留离掌子面最近的横通道通畅，保证导洞空气质量，将轴流风机移入导洞内向主、导洞掌子面供风，最后在洞内安装多台射流风机，通过调整方向加快洞内空气正反向流动速度，达到较好的通风效果。 2.2洞内施工过程中，空气质量最大的污染源来自机械尾气，普通机械在高原缺氧环境下，因柴油燃烧不充分导致排放大量油烟，会对洞内空气造成严重污染。在机械选型配套时，应优先考虑电动机械，如必须选择燃油机械，应选择采用高原型内燃机的机械，并配置增压装置及废气净化装置。如本项目选择的装载机、挖掘机均安装了高原型内燃机及废弃净化装置。 2.3隧道洞内空气污染的另一个主要污染源就是粉尘，在施工工程中，喷射混凝土、机械出渣时产生了大量的粉尘，对人体危害极大。为项目采取了一系列降低粉尘的措施，如采用湿喷法进行喷射混凝土施工，洞内道路喷雾洒水，爆破后立即对爆堆洒水降尘，取得了较好的效果。 2.4在洞内安装气体检测系统，发现洞内空气质量有明显下降，应及时将工作人员撤离。在洞外建立制氧房、医务室，并长期配备专业医疗人员，以备施工人员因产生高原反应而发生安全事故。 3高寒地区隧道防排水技术 由于隧道穿越雪山，山体内裂隙常年处于饱和状态，渗流量较大。在冬季气温较低时，周围的冻土会受到影响形成交替冻融圈，在冻胀力的作用下容易造成衬砌、路面开裂等一系病害，对隧道后期使用性能造成影响，而到了夏季后，由于温度升高，山上积雪融化，雪线上升，裂隙水得到地表水补充，渗流量将急剧增加，易引发突水、突泥等安全事故。为了保证隧道施工安全以及后期运营效果，就必须建立起安全有效的防排水系统。 3.1由于雪山隧道施工过程中，裂隙水渗流量较大，尤其是在夏季，渗流量急剧加大，施工中单独建立临时排水系统成本较高，所以在建立隧道防排水系统时，要采取永、临结合的方式，根据施工地区的水文和地质等实际情况，并遵循综合治理、因地制宜、以排为主，将防、排、截、堵结合在一起综合考虑。 3.2在施工过程中，先用TSP203或地质雷达查明掌子面前方地质条件及富水情况，在开挖接近富水地段时，采用水平地质钻探准确掌握前方地下水含量、压力、分布，判断是否有发生突水、突泥的可能，并采取采用超前注浆和管道引排等方法，排除部分地下水，减少水量，降低水压，保证施工安全，并应在掌子面附近修建沉淀池，将施工过程中的渗流水经沉淀池引入永久排水系统，以防永久排水系统堵塞。 3.3在隧道底部设置小断面泄水洞，将矩形边沟及仰拱中央水沟中的流水打孔引入泄水洞，解决洞口段应因低温水沟内结冰及冻胀问题。洞口段矩形边沟及仰拱中央水沟需采取电加热措施保温措施，解决洞口段排水问题。 4高寒地区隧道低温混凝土浇筑及保温措施 隧道所在区域由于海拔较高，属高寒地区，每年融雪期在5月~9月，其他时间段气温较低，年最低气温达到-35℃，隧道冬季施工以及二衬施工完成后的保温防冻问题是保证施工质量的关键工作。 4.1由于气候原因，白马雪山1号隧道每年有7个月冬季施工期冬季砼拌合站全封闭保温。拌制砼时优先采用加热水的方法，水及骨料的加热温度根据热工计算确定。水泥不得直接加热，使用前运入暖棚内存放。拌和水温度不得超过80℃，骨料不得超过60℃，砼所用骨料清洁，不得含有冰、雪等冻结及易冻裂的矿物质。投料顺序为先投入骨料和已加热的水，然后再投入水泥。 4.2浇注砼时适当掺用引气剂、引气型减水剂等，提高砼的抗冻性。预拌砼在运输和泵送过程中应采取保温措施，砼拌合物的出机温度不得低于10℃，浇注入模温度不得低于5℃。 4.3为解决隧道的保温防冻问题，保护衬砌不受冻胀而产生破坏，采用防排水与保温相结合的方案。防冻必先治水，严格按设计做好防
西藏那曲高原高寒地区砼路面道路的设计和施工技术摘要:本文在研究了西藏那曲海拔4600米的高原高寒地区的路基、砼路面破损的机理后，提出了用砂砾等透水性材料换填老路基土以保证路基体填料的天然含水量小于起始冻胀含水量、在最大冻结深度以下设置路基纵横向盲沟排水系统以保证路基体内的地下 水位低于最大冻结深度、取消常规砼路面施工中的真空吸水工序以保证砼路面表面不因过早失水收缩而产生表面裂缝及采用抗冻砼 配合比和加强对砼路面的保温养护等防止该地区路基、砼路面破损的设计技术，再将该设计技术应用于该地区的工程实践中，取得了良好的实际效果。 关键词:高原高寒;换填土;纵横向盲沟;抗冻砼配比;保温养护abstract: this paper studied in naqu of tibet plateau 4600 meters above sea level in subgrade, pavement breakage mechanism, put forward with gravel and other porous materials for filling road foundation soil road base filler to ensure the natural moisture content of less than the initial water content of frost heaving, the maximum frozen depth is arranged below the subgrade vertical blind drainage system to ensure embankment in the underground water level is lower than the maximum frozen depth, cancel the conventional concrete pavement construction of vacuum suction process to ensure the
严寒地区隧道施工 在高海拨寒冷地区修筑隧道，最棘手的技术难题是防止围岩冻结及冻胀的产生，保证隧道衬砌不被破坏。因此采取保温，排水方案，结合一定的供热措施是避免严寒地区隧道冻胀及结冰病害的有效方法。 1 施工方法 1.1 按常规隧道开挖方法挖开隧道后，立即作喷射砼初期支护，并在初期支护层表面及时涂喷厚5cm的硬质聚氨脂泡沫塑料，然后再施作厚1cm的稀土复合绝热材料。 1.2修筑防寒排水系统，在隧道的初期支护和二次衬砌之间加强防排水设施，施作竖向泄水孔，将洞内的渗水引入泄水洞。 1.3修筑二次衬砌，并在二次衬砌外表面设置5cm厚的硬质聚氨泡沫塑料，内表面（行车道一侧）涂喷厚3cm的稀土复合绝热材料。 1.4修筑仰拱，并在隧道仰拱上面施作3cm厚的稀土复合绝热材料。 1.5在隧道口修建全自动保温门。在夜间，尤其在冬令期车流量少时，可以减少冷能进入隧道，并在洞口段用多台小型供热装置以热风吹刷隧道壁，改集中补偿热能为分区段补充，减少气流自耗，提高热能利用率。
1.6气温不低于-20℃时，在距洞顶80m高处建造容积为100m3的高位水池，池底用C15级砼浇筑，池壁厚80-120cm，用M10水泥砂浆砌片石、（池内用）M10砂浆（抹3遍）作防渗处理。 1.7为了防冻和供水畅通，在水池周围覆盖麦草(1.5m以上)，外罩塑料布，供水管路用ф100钢管，置于深 2.5m，宽1.5m的槽内，管底铺80cm的牛粪，上盖1.5m的麦草保温，槽壁用2层塑料布防潮。洞口段不用麦草，用石棉管包覆外缠电热丝加热。 1.8 气温低于-20℃,地下水又较丰富时，利用20 m3电动空压机的高压贮风罐（容积3 m3）作储水罐，在其上加设进水、进气、出水三个闸口，安装闸阀，按上管路后开动空压机对水加压，使水压力达到0.6Mpa左右，即可满足凿岩机钻孔和喷射砼的需要。． 1.9洞内适当位置挖一尺寸为60cm×60cm×100cm的集水坑将水 集中起来，用抽水机抽入储水罐，不必再由洞外供水，从而省去了洞外水源化冰的麻烦。其供水系统如图： 高压进风管
第22卷,第4期 中国铁道科学V ol 122N o 14 2001年8月 CHI NA RAI LW AY SCIE NCE August ,2001 文章编号:100124632(2001)0420047206 高海拔高寒隧道施工技术 刘 国 玉 (中铁十六局第一工程处,北京 101300) 摘 要:大坂山公路隧道地处青藏高原东北部,祁连山脉东段南支脉,全长1530m ,洞口路面海拔高度为 3792188m ,是国内目前海拔最高的隧道。为了解决好高海拔高寒地区隧道施工问题,施工、设计、科研单位共 同组织了科研攻关小组,通过研究、实践、总结、改进、提高,获得了在高海拔高寒地区修建隧道的基本经验和一些施工关键技术。该工程的成功建设,为我国西部大开发,修建高海拔高寒地区公路、铁路隧道提供了宝贵的经验和施工技术。 关键词:高海拔;高寒地区;隧道;施工 中图分类号:U4161168:U45912 文献标识码:A 收稿日期:2001205216 作者简介:刘国玉(19692),男,安徽五河人,高级工程师。 基金项目:铁道部科技研究开发计划项目(2000G 037) 1 前 言 大坂山公路隧道地处青藏高原东北部,祁连山脉东段南支脉,位于青海省境内,是227国道西宁至张掖段的重点工程之一。隧道全长1530m ,洞口路面海拔3792188m ,是国内目前海拔最高的隧道。据中国科学技术信息研究中心查新检索国内外有关文献和资料获悉,该隧道海拔高度位居世界第一。 为了解决好高海拔高寒地区隧道施工问题,施工、设计、科研单位共同组织了科研攻关小组通过研究、实践、总结、改进、提高,获得了在高海拔高寒地区修建隧道的基本经验和一些施工关键技术,如:防排水、防寒保温、低温混凝土施工、机械设备配套、施工人员安全防护、施工组织管理模式等,解决了施工有关难题。经过工程竣工验收与通车运营,达到了优质、高效、安全的总目标。该工程的成功建成,为我国西部大开发,修建高寒高海拨公路、铁路隧道,提供了成功的先例,具有重要的参考价值。 2 工程概况及特点 211 施工区域自然条件 该地区属内陆高原寒冷气候带,高寒多雨,年平均气温-311℃,极端最低气温-3411℃,极端最高气温2215℃,年负温期近8个月,年均降雨量84114mm ,年均蒸发量615mm ,氧气含量仅为海平面的62%。 隧道位于祁、吕、贺山字形两翼褶皱带与秦昆东西向构造带的复合部位,地质构造与组合形式异常复杂。山峦起伏大,古冰川与寒冻风化侵蚀地貌发育,岩层厚度极不稳定,节理裂隙发育,三大断层横贯其中,Ⅱ2Ⅲ类围岩约占55%,地质条件极差。该隧道地下水丰富,开挖后渗漏水严重,多处发生过涌 水,局部富水区呈喷射状涌水,涌水量高达3528m 3 ?d -1 。隧道工程地质纵剖面示意图,见图1。 图1 工程地质级剖示意图 212 工程概况及特色 大板山隧道按Ⅲ级公路设计。建筑限界:净高
29 随着隧道工程技术的进步，寒区及严寒地区隧道防排水技术水平也在不断提升，我们以大量总结我国寒区及严寒地区隧道防寒工程经验为基础，结合工程实践，不断改进与完善新建隧道特别是高速铁路隧道防排水的研究思路。本文重点从气象条件、温度变化梯度、地层加固、结构的防排水系统等方面进行分析和研究。 1 寒区及严寒地区既有铁路隧道工程防排 水状况 统计资料显示，在我国寒区及严寒地区20世纪50年代之前（建国前）修建的铁路隧道工程中，由于这些隧道修建时间较长，绝大多数均存在冻害情况。其中在我国东北地区就有约45%的铁路隧道存在冻害，约占这一区域隧道总长度的40%。 上述类型区域多属于季节性冻土，冬季冻结，夏季融化，多年冻土较少遇见。在这种环境状况下出现的常见隧道冻害现象主要有挂冰、冰椎、冰塞、冰楔、围岩冻胀、衬砌混凝土冻融破坏、衬砌冷缩开裂等，除混凝土冻融引起劣化外，还有因衬砌背后围岩冻结引起的隧道变异，这是隧道冻害的基本特征，也是一个十分重要的问题。 隧道漏水或结冰，造成衬砌混凝土劣化和变异，降低通信信号、电力等设备和钢轨及扣件等的耐久性。漏水会使衬砌背后的土砂流失，而在衬砌背后形成空洞，并进一步产生偏压、路基下陷等。而在寒冷地区，结冰更加剧了对列车运行安全的威胁，对线路维修人员的行走和作业都造成一定的困难。同时，衬砌背后围岩的冻结会造成衬砌的破坏。 2 寒区及严寒地区铁路隧道工程防排水技术的研究方向 2.1 气象条件 气温、风向、气压等气候参数直接影响隧道防排水防冻措施，在工程设计中，隧道设计所依据的气象资料是根据有气象记载的气象站资料，与实际工程所处点的工程条件可能有一定差异，比如东北地区某隧道，气象资料最冷月平均气温为－12.69℃，极端最低气温为－33℃，施工过程中，施工单位观测的最低气温远低于－33℃。 因此，设计中需要考虑到这种差异，建议在勘察阶段对隧道洞口的风向、气温等气象资料进行个别收集或者根据附近气象点资料进行气象资料取值 寒区及严寒地区隧道工程防排水技术研究 俞尚宇 （铁道第三勘察设计院集团有限公司城市轨道交通设计研究分院，天津 300142） 摘要： 近年来，我国铁路工程的建设规模不断扩大，其中在寒区及严寒地区修建的铁路隧道工程特别是高速铁路隧道工程的数量和长度也在随之急剧增加，铁路隧道防排水系统的防寒设计和施工是该地区隧道工程修建过程中面临的重点和难点。文章以我国寒区及严寒地区大量的既有线和拟建铁路隧道工程为研究对象，通过对其广泛存在的多种冻害情况进行认真的对比、分析和研究，将寒区及严寒地区隧道工程防排水技术的成果予以归纳和总结，同时也为今后这一类型课题的进一步深入研究提出合理化建议。关键词： 寒区及严寒地区；隧道工程；防排水中图分类号： U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）25-0029-032012年第25期（总第232期）NO.25.2012 （CumulativetyNO.232）
高原高寒地区影像判读中若干问题的分析与处理 随着科学技术的发展，利用遥感技术进行地质研究调查已经成为一种普遍的技术手段。使用遥感技术进行地质调查时遥感影像判读是整个调查工作的重点，尤其是高原高寒地区遥感影像的判读。本文中，我们结合某一高原高寒地区的地貌特征、植被、水系以及地面基础设施等情况，分析了高原高寒地区遥感影像判读中存在的问题以及解决措施。 标签：高原高寒地区遥感影像判读问题分析处理 高原高寒地区遥感影像判读与普通地区遥感影像判读不同，由于高原高寒地区独特的气候条件，高寒地区形成了独特的地貌特征，因此高寒地区的遥感影像判读更容易出现错误。本文中，我们对高原高寒地区遥感影像判读容易出现错误的冰川判读、道路判读、居民区判读进行详细的分析。 1高原高寒地区的遥感影像 我们之所以能够通过遥感影像分析地质特征，原因就在于地面不同物体在遥感影像中的表现形式不一样，通常情况下我们在分析遥感影像时会重点分析地面地形地貌、植被、水系以及其他基础设施。 1.1不同地貌特征在遥感图像中的表示 一般我们在分析地形时要重点分析遥感影像的色彩、阴影、图案等特征，然后再结合各种已知的所观测地区的地形资料，判断影像是哪一种地形地貌。 我国疆域辽阔，地形地貌分布比较复杂，平原、山地、丘陵等地形交错分布，从而给影像判读带来很大困难。因此我们在判断地形时要根据不同的地形特征进行判断。例如，若某一地形中阴阳坡阴影面积不大，且地形起伏不高，那么我们可以判断这种地形是丘陵。某一地形起伏很大，且地形中植被分布呈现一定的规律那么我们可以判断这种地形为山地。 1.2植被在遥感影像中的分布 由于植被分为很多种，因此在分析植被的遥感影像时我们要结合一定的方法以及不同植被的特征进行分析。 通常我们所使用的分析植被影像的方法有检索法以及综合判断法两种。检索法是我们分析航空影像植被分布的主要方法，其原理是根据不同植被有不同影像特征，对影像中植被的颜色、大小等特征进行逐一分析，从而确定植被种类的方法。综合判断法主要应用在遥感卫星植被影像的判读工作中，由于卫星影像的分辨率较低因此在影像判读时无法采用检索法，所以我们要根据地区内的季节气候特征以及生态环境，结合不同植被的生长条件分析该地区是否有某种植被分布。