高寒、高海拔隧道施工技術研究

摘要：文章以實際工程為例，對高寒、高海拔隧道施工的基本特點和施工原則進行了介紹，然后對隧道的防排水措施、低溫混凝土施工等技術進行了分析，對施工中需要注意的事項進行分析，工程施工效果良好，具有一定的借鑒參考價值。

關鍵詞：高寒地區；高海拔地區；隧道施工技術；防排水措施；低溫混凝土施工 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2016）13-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.017

一直以來，在高寒、高海拔地區建設隧道都是一個世界性難題，特別是在地下水含量較大的地區進行施工時，凍脹問題和凍融問題一直都是一個技術難題。為了解決施工難題，需要從防寒保溫、防排水、機械配套等方面著手，采用合理的施工技術，達到安全、高效、優質的建設目標。

1 案例介紹

某隧道工程地處高寒多雨地區，年極端低溫為-34.1℃，年平均氣溫為-3.1℃，年平均降雨量為840.2mm。隧道所處地區的地質環境結構復雜，巖層很不穩定，節理裂隙發育。隧道地下水豐富，進行開挖后出現了嚴重的滲漏水情況，很多地方都出現了涌水，最高涌水量達到了3522m3·d-1。隧道凈高為4.6m，進口和出口洞門墻都采用C35鋼筋混凝土結構，并在隧道的出口和進口設置了長度為60m和30m的防雪棚洞。

2 制定合理有效的施工方案

按照隧道建筑施工的相關要求并結合高寒地區的地形特征與溫差特點，隧道襯砌需要承受一定的凍脹力，因此在設計時將襯砌內的輪廓線做成圓環形，并且內半徑應滿足相關的要求。在該施工隧道中根據地質狀況主要分為三大類型圍巖地段，而且它們所占隧道的長度是不盡相同的。施工人員通過對隧道進出口部位的凍結深度進行深入分析并計算后，在隧道進、出口修建500m長的防寒泄水洞，并在出口使用圓端掩埋式保溫出水口，從而有效地將隧道圍巖中的地下水進行排出。防寒泄水洞斷面圖如圖1所示。防寒泄水洞應設置在隧道行車道的下部一定距離，而且大小、尺寸等應符合相關要求。為了使二次襯砌圍巖部位的地下水能夠有效滲透出去，施工人員可在防寒泄水洞的左右兩側分別開挖橫洞，并在左右墻腳設置泄水孔，這樣才能避免地下水對隧道圍巖部位造成一定的損傷，防止路面結冰影響道路的正常通行。隧道與泄水洞部位的構造應遵循一定的設計原則，每隔一定距離應設置一道干砌片石排水盲溝或采用PE230S排水板，并在仰拱下中心排水盲溝與防寒泄水洞之間用豎向泄水孔連通，而且間距要適中。隧道初期支護與二次襯砌之間應鋪設一定材料的防水層，從而起到防水的目的。為了有效緩解高寒地區隧道內受天氣影響出現結冰等現象時，可在隧道一定部位設置相應的保溫結構，而且保溫結構的材料應合理有效，這樣才能起到隔溫保溫的作用。

3 隧道施工中所使用的關鍵技術

3.1 低溫混凝土施工方案

在選取材料時應對材料進行預加熱，這樣才能增強混凝土的強度。由于高寒地區特殊的地理位置以及天氣特征，在該地段進行施工時難度較大，對混凝土的施工質量有著一定的影響力，工程人員通過深入的分析，并經過大膽試驗與探究，尋求出了一套行之有效的低溫混凝土施工方案，從而有效解決了低溫環境下混凝土施工中所面臨的困難，確保了高寒地區隧道施工的順利實施。低溫混凝土施工實施方案的主要措施如下：（1）重視隧道洞內以及運輸中的保溫工作，盡可能地降低熱量的耗散；（2）可在混凝土中摻加一定量的外加劑，這樣可增強混凝土的強度；（3）待混凝土澆筑工作完成后施工人員應注意做好混凝土的保溫與養護工作，比如可選取保溫性能優良的材料加強混凝土的保溫工作，從而提高混凝土的強度。若將上述幾點加以綜合應用，則一方面可確保混凝土的施工質量，提高施工的成效性；另一方面也能起到一定的美觀作用，安全等級高。經上述技術綜合運用所修建的隧道在長達幾年的應用中未發現有凍害情況發生，以此說明該技術的有效性。

3.2 防寒保溫系統的重要施工舉措

3.2.1 結構防寒保溫層。在二次混凝土襯砌的表面可設置一定的隔溫層，這樣可避免外界的寒氣流浸入到隧道內，對混凝土的結構造成一定的影響，從而破壞隧道的正常結構。在高寒隧道中設置防寒保溫層是我國首次實施該技術，它的主要施工流程表示如下：（1）在二次襯砌的表面可通過膨脹螺栓等專門鋪設一層硬質聚氨酯隔溫材料，從而形成閉合的隔溫保護屏障；（2）在PU板的表面可鋪設一定厚度的干法硅酸鋁板，為了增加其穩定性可使用寬度一定的金屬條焊接于螺栓頂部；（3）以上兩步施工結束后經專業人員檢驗合格后，再使用厚度一定的玻璃鋼板設置在隔溫層外部，從而起到支撐與保護的作用。在安裝玻璃板時應注意在玻璃鋼板與鋼帶之間隔一定距離設置鉆孔，并用鉚釘固定在二次襯砌結構上，最后用無機粘劑將接頭中存有空隙的地方進行填充處理。

3.2.2 選取有效的保溫結構。設計人員通過深入的分析與研究并結合各材料的使用性能選取了隔溫效果好，材料穩定性高，加工運輸方便的PU硬質聚氨酯保溫板。但該材料也存在一定的不足之處比如易燃燒，因而可在其表面覆蓋一層阻燃性能耗的干法硅酸鋁纖維板。通過對隧道結構保溫層材料性能的細致檢測，并在施工中得以有效應用，我們發現處在低溫狀況下混凝土外部有一定的隔溫保護層，可實現對混凝土結構的有效保護，在一定程度上還能起到一定的保溫作用，尤其是在高寒地區值得大力推廣與應用。

3.2.3 洞口防寒隔溫門。在高寒地區，由于天氣因素的影響，寒流會對隧道內的材料起到一定的影響力，因此為了使隧道內溫度趨于穩定，做好保溫措施可在隧道出入口洞門背后設置防寒隔溫門，用以抵御外界寒流的侵入，確保安全順暢的通行。防寒隔溫門在設計時兩扇應對稱，為了便于推拉可在上部門框內安裝滑道和吊環。防寒隔溫門所選用的材料是硬度較高的鋼板，中間空心部門用保溫性能好的聚氨酯隔溫材料進行填充，最后將空隙部位用一定材料進行密封處理。防寒隔溫門的設計圖如圖2所示：

通過實踐檢驗在洞口防寒保溫門開啟與關閉情況下，對洞內的溫度進行持續檢測，我們發現兩者之間的溫度差較小，這也充分說明了防寒保溫門的有效性。

3.2.4 防排水系統和新型防排水材料的有效應用。研發人員在所開發的防排水系統施工技術中，通過大膽實驗采用了很多新技術理念，它的主要工藝流程是以排為主，防堵結合的設計理念，構建了一套行之有效的防排水體系。高寒隧道在運行幾年來襯砌結構無漏水現象發生，而且沒有其他異常情況出現，道路通行暢通，完全滿足高寒地區的地質狀況。防排水系統主要由防水板、土工布以及結構混凝土組成，這些防水措施大大減少了地下水滲漏現象的發生，確保施工過程的順利實施。

（1）LDPE防水板。在施工過程中設計人員大膽創新，將原CPE防水板中的材料替換成LDPE防水板，該材料具有防水性能高、質量柔性強、經濟實惠等優點，而且在施工檢測中未發現有異常情況發生；（2）GRM堵漏材料。GRM是一種超早強水泥基材料，該材料的優點在于流動性強、密封嚴實、凝結時間可以變化、適用范圍廣等優點，是快速堵漏補強的最佳選擇材料。GRM堵漏材料主要用于富水區混凝土與圍巖之間，可有效堵塞水向結構滲漏的直接通道，從而增強了結構的穩定性與安全性；（3）PE-230S排水板及SH-300透水管PE230S波紋排水板材，由于其具有特殊的結構因而可起到一定的排水作用。與其他排水系統相比較而言，它主要是呈環向鋪設，具有穩定性高、導水性能好等優點。通過對鋪設區域的路面進行檢查我們發現其效果較為顯著。SH-300透水管是由高強度的鋼絲外套防銹塑料管組成的，它屬于一種軟式透水排管，在使用中主要將其彎制成一定大小的圓形管式骨架，并在骨架外側包裹幾層具有一定吸水性的材料，從而提高SH-300透水管的抗壓能力，有效解決了隧道施工中片石盲溝被堵塞的難題，確保水流能夠暢通排出；（4）外加劑的有效選取。為了最大限度地增強混凝土自身的抗凍性能，研究人員通過大量的試驗研究最終選取了耐低溫的防凍劑，并收到了一定的

成效。

3.2.5 泄水洞的隧道施工通風技術。研究人員通過對隧道施工中通風技術的有效探究，綜合權衡各種技術的利弊后選擇防寒泄水洞方式進行隧道施工通風工作，該技術的優點在于可在節省材料的基礎上降低風耗，從而大大增強了通風機的工作效能。技術人員對高寒條件下隧道施工通風作業的基本參數進行了細致、全面的分析后采取有效的措施加以預防，從而有效緩解了低壓低氧情況下供風速度與工作面熱量散失之間的關系，提高了洞內的施工作業環境質量，為施工人員提供一個安全的環境，為施工的順利實施奠定了一定的基礎。

4 結語

本工程施工后，取得了非常好的施工效果，隧道工程施工質量達到了要求，為類似工程施工積累了豐富經驗數據，具有較高的借鑒參考價值。

參考文獻

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作者簡介：趙以斌（1981-），男（藏族），青海樂都人，中鐵十二局集團第一工程有限公司工程師，研究方向：公路施工。

（責任編輯：蔣建華）