淺析高原隧道地熱地質段施工處理措施

【摘 要】高原地熱地質段嚴重影響著隧道工程的施工質量及進度，是高原隧道施工中比較常見的不良地質類型。本文結合拉日鐵路甫當隧道施工中遇到的問題，針對高原地熱地質條件下的隧道工程施工技術進行分析、探討，希望可以為未來高原隧道熱害的防治提供參考和借鑒。

【關鍵詞】高原隧道；地熱；施工技術；熱害防治

0.工程概況

拉日鐵路位于青藏高原西南方向的雅魯藏布江流域，全長約253 公里。鐵路全線建設29座單線隧道，甫當隧道由于其高原地熱災害突出成為拉日鐵路建設的控制性工程，其建設中的施工技術及防治措施對于高原隧道地熱施工有著指導性的作用。

甫當隧道地處雅魯藏布江峽谷區的甫當山，全長7564.89m，于2012年2月開工建設。隧道穿過的甫當山內部存在地熱高溫現象，巖石內部溫度可達56℃。這就直接導致了隧道施工環境溫度的增長，施工作業溫度可達42℃，遠超過正常施工溫度。為保證施工的正常進度及質量，施工過程中采用了各種方法進行人為降溫，控制作業環境溫度；同時優化配合比、施工方案，解決溫差造成的結構穩定問題。

1.分析地熱地質條件下對施工及結構物的主要影響

甫當隧道在穿越地熱地質段過程中，隨著施工環境溫度的升高，對人員、機械、施工材料，以及隧道主體結構均產生了一定的負面影響。具體表現如下：

1.1對施工的影響

施工機具在高溫環境下非常規運轉，不僅會降低機具的工作效率，而且長時間高溫環境下運行，機具散熱困難、部件老化加速，容易對機具造成傷害，增加故障發生率，縮短機具壽命。同樣對施工人員來說，高溫作業會導致眩暈、缺氧等生理上的反應，并且長時間的工作會增加工人的抵觸心理，一定程度上影響著施工的質量和進度。

1.2對材料的影響

高溫環境下施工需要對采購材料的耐高溫性能進行評價，增加了施工成本。隧道硝銨炸藥高溫下易膨脹，相關導爆管易軟化；排水、通風管道等材料力學性能易受到影響；材料性能的下降會對施工造成較多的安全隱患。

1.3對結構的影響

隧道施工的砂漿錨桿的強度因高溫環境而降低。同時，隧道初襯混凝土澆筑后，高溫環境會產生較大的溫度附加力，導致混凝土內外溫差較大而導致初襯表面開裂，影響整體結構及圍巖的穩定性。

2.施工中的關鍵技術及措施

地熱隧道施工的關鍵是采取措施降低工作溫度，同時需要對溫度進行監測和預警，做好施工組織及施工應急方案。

2.1通風降溫

隧道通風設備是施工必須的設施，直接利用通風管道進行降溫是最直接和經濟的方法。與常規隧道施工的通風不同，地熱隧道通風需要帶走較多的熱能，達到降溫的目的。所以，首先要加大風量。根據長大隧道壓入式通風的經驗，通風機功率越大，送風量越大；通風管的直徑越大，通風阻力越小。所以，采用大功率通風機，同時增大通風管道的直徑，能夠有效提高散熱的速率和降溫的效率。

另外，要注意減小通風的漏風系數，確保管道安裝及接縫的質量，減少風管的破損。當通風距離過長，可以通過中間增加風機，通過增設風渠進行風機的串聯布置，以減少風壓的損失。并且，合理的選擇管道進風源的位置，可以避免過多的熱量通過通風管壓入施工隧道，降低降溫效果。

2.2制冷降溫

通風降溫的效果不理想時可以通過人工制冷的方法進行降溫。在隧道外，可以通過大型制冷機與隧道口風機配合，對管道進風進行人為的冷卻，再將冷風壓入施工環境，增加通風散熱的效率。在施工局部面，一方面可以安置小型可移動式制冷機進行局部操作面和施工人員的降溫；另一方面，可以通過制冰機制造冰塊，運至施工處通過冰的融化和水的蒸發達到物理降溫的效果。

根據隧道地熱分級標準，表1列出了不同等級地熱環境的通風和制冷降溫防治措施。甫當隧道不同里程段地熱等級不同，根據分級措施表，甫當隧道通風、制冷的具體措施見表2。

地熱隧道具體施工中，由于地熱組成復雜多變，通風、制冷兩大措施的降溫效果較為單一，不能達到理想的降溫效果。隧道施工中可以使用以下措施加以輔助，形成多元化、自適應的熱災害防治措施。

2.3噴霧、灑水降溫

如果隧道附近存在江流、湖泊，可以在隧道口設置離心泵房，在隧道兩側架設ф10cm的冷卻管，抽取低溫水通過冷卻管道送入隧道，并在冷卻管沿線每隔3m～5m安裝噴霧裝置，通過低溫水霧與高溫氣流的混合來降低施工環境溫度。同時，水霧還能夠起到降低粉塵、凈化空氣的作用。無就近水源時，可采用制冷機生產的冷卻水或者打井得到的地下水，效果更佳。

另外，根據爆破條例規定，炮孔的溫度不得超過35℃，故爆破作業時，需要對炮孔進行冷卻處理。常用的方式是進行注水冷卻，在溫度回升之前進行快速爆破。

2.4合理的施工組織

施工機械在高溫下作業，難免出現故障，所以施工現場必須保證有兩套施工設備。出現故障時，另一套設備可以及時替換故障設備，確保施工進度和維修質量。日常施工中要注意設備的輪流作業，縮短每班的作業時間，空閑設備及時進行安全檢查和日常養護。

施工人員的身心更易受到高溫的損害，施工中注意嚴格采用三班倒制度，合理安排作業班組，增加每班人數至25人左右，增加每班工作組數，控制每組工作時間在2小時內，盡量縮小人工作業的時間比例。

2.5施工個體保護

當施工的環境溫度超過33℃時，屬于高溫作業環境，必須對施工人員進行高溫補貼。為了調動工人的作業積極性和質量，減少高溫作業的抵觸心理，可以適當增加工資補助，并且保證防暑降溫飲品或食物的供應。隧道外休息區需要配備空調房和吸氧室，保證輪班下來的工人能夠快速的降溫休息，減輕高原及高溫的生理影響。在休息區和施工區之間盡量安排運輸車輛接送施工人員，同時確保勞保物品的供應以及作業人員定期的健康檢查。

2.6溫度監測及預報

由于隧道中導致熱災害的因素多而復雜，且熱量的分布不均勻、變化不規律。為了能夠提前、準確的了解熱災害的分布及危害程度，在施工過程中必須對地熱溫度進行實時的監控，才能合理、有效的進行應對和指導施工。

對于巖體表面、水平鉆孔和炮孔也要做好溫度預報工作，對前方巖體的溫度進行監測，并對溫度產生的原因加以預測，根據熱體的類型采取合理的降溫方式，以確保施工的安全。

2.7混凝土施工技術

高溫下的隧道混凝土施工，特別是二襯澆筑易因溫度應力產生裂縫。所以需要選擇低熱、礦渣等水泥，減小水化熱。適當增加保水外加劑的用量，增加混凝土早起強度并能夠一定程度上抑制開裂。在混凝土中適當摻入聚丙烯纖維，可有效增加抗拉強度。澆筑施工前要合理組織、提前規劃，在巖體表面使用局部噴霧等方法降低至合適的作業溫度，并保證澆筑作業快速完成。施工中要注意振搗及分段澆筑的長度，一般取6m為宜。混凝土養護中需注意進行14天的灑水養護，確保混凝土養護環境的溫度、濕度。

3.結語

高原隧道地熱分布及組成復雜，嚴重制約著工程施工的質量和進度，高溫環境在材料、結構、個體、成本等方面造成不同程度的影響。本文結合甫當隧道高地熱下的施工實際，在降溫措施、個體防護及施工組織等方面進行了深入分析與研究，為未來高原隧道熱害的防治提供參考和借鑒。

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