花久公路凍土路基及隧道施工關鍵技術

李士棟

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 工程概況

成都至香日德公路花石峽至久治（省界）段公路工程項目起于瑪多縣境內國道214線，路線止于大武鎮西南側處，與擬建的大武至久治公路相接。路線自西北向東南方向延伸，經過下大武鄉后翻越知亥代埡口，沿哈龍河陰靠峽至雪山鄉曲格那降魔白塔，此后路線經陽靠峽、優池、東傾溝鄉岔口后至瑪沁縣大武鎮，路線終止于大武鎮西南側，路線全長155.86 km。本項目全線按雙向四車道一級公路標準建設，整體式路基設計寬度19 m，分離式路基寬度設計10 m，設計速度80km/h。

2 工程場地自然條件

花石峽至大武公路擴建工程位于青海省果洛州藏族自治州境內，沿阿尼瑪卿山北坡河谷布線，地勢總體中部高，兩側相對較低，海拔介于3700~4600 m之間，屬典型的高原亞寒帶半干旱-半濕潤氣候區，空氣稀薄缺氧、氣壓低、日溫差變化大，四季不分明，春季叫干旱，夏季多冰雹 ，雨量集中，冬季嚴寒而漫長。瑪多縣年平均氣溫-4.1℃，年均降雨量120.9 mm,最大凍深2.46 m；瑪沁縣年平均氣溫-0.6℃，年均降雨量141.1 mm，最大積雪深度16 cm，主導風向為西風，最大凍深2.77 m。遂址區海拔高，寒季氣候寒冷漫長，多風雪，易成雪災，積雪最大厚度可達80-100 cm。隧址區多年凍土為主要特殊性巖土，屬高溫不穩定型多年凍土。

3 凍土路基工程施工技術

3.1 路基總體施工技術

路基施工先進行地表處理及地基加固處理。路基填筑前均進行地基應力條件分析。路基按“三階段、四區段、八流程”進行填筑施工。過渡段與相鄰路基按相同高度一起同層施工。全線路基特殊地基有水草地、積雪路基兩種，在保證路基填筑質量和沉降控制要求同時，為運架梁施工創造條件。

富含冰量凍土分布地段路塹在寒季進行開挖，在暖季早期完成基底、邊坡的換填和隔熱處理；低含冰量凍土分布地段路塹及石質凍土路塹盡量安排在寒季，以減少熱擾動。富含冰量凍土路塹根據路塹長度分段施工，開挖一段，處理一段，快速施工，連續作業。少冰凍土、多冰凍土采用機械開挖。機械無法開挖時，采用爆破方法開挖。采用全斷面分層分段開挖的方法施工。

3.2 多年凍土路基處理

（1）少冰、多冰凍土路段處理

路基填高以不小于2.5 m控制，不清表，直接填筑30 cm砂礫（或石渣），采用重型碾壓，并沖擊碾壓25遍補強，然后填筑30 cm砂礫及路基填土；當路基填高由于地形限制不能滿足要求時，填筑50 cm砂礫（或石渣）并沖擊碾壓補強，然后填筑30 cm砂礫及路基填土、砂礫土填筑，路基土中粉、粘粒含量要求小于 12%。坡腳排水不暢、附近易積水路段設置護坡道。若地表以下為砂礫（厚度不小于1.0 m）或巖石路段，按一般路基處理。

（2）富冰、飽冰凍土區

一般采取片塊石路基，片塊石層厚度在富冰凍土區取1.2 m，路基最小填筑高度以2.8 m控制；飽冰凍土區根據地質一般采用1.5 m厚片塊石路基，對地質條件復雜路段采用熱棒-XPS板復合路基，路基最小填筑高度以3.1 m控制；當路基填高由于地形限制不能滿足要求時，地表填筑80cm砂礫（或石渣）并沖擊碾壓補強，并加鋪XPS隔熱板，XPS板距路床頂面50 cm，換填砂礫材料顆粒組成應滿足墊層材料的級配要求。若地表以下為砂礫（厚度不小于2.0 m）或巖石路段，按一般路基處理。

（3）含土冰層路段

對于含土冰層路段，根據凍土地質狀況，選擇方案，對于凍土地質狀況良好路段擬定方案為片塊石路基，片塊石層厚度1.5 m，路基最小高度以3.3 m控制；對于凍土地質情況較差路段擬定方案為熱棒-XPS板復合路基；當路基填高由于地形限制不能滿足要求時，地表填筑80 cm砂礫（或石渣）并沖擊碾壓補強，路基采用熱棒-XPS板復合路基，XPS板距路床頂面50 cm，換填砂礫材料顆粒組成應滿足墊層材料的級配要求。若地表以下為砂礫（厚度不小于1.0 m）或巖石路段，按一般路基處理。

（4）多年凍土區挖方路基

少冰、多冰多年凍土區的挖方路基，地表換填80 cm砂礫并沖擊碾壓補強，換填砂礫邊坡開挖成1:0.5，其下部設置一層隔水土工布，坡腳設置Φ25帶孔PVC管，排水管與排水系統順接；富冰、飽冰及含土冰層路段，路基兩側及路中位置設置熱棒，路面層下50 cm，加鋪XPS隔熱板。換填砂礫材料顆粒組成應滿足墊層材料的級配要求，宜粗不宜細，當挖方深度小于4 m時，采用1∶2～1∶3邊坡坡度，當挖方高度大于4 m時，采用1:2邊坡坡度，并在邊坡上垂直埋設間距為4 m，的熱棒，防止凍土邊坡熱融滑塌。路基熱棒長度為12 m，邊坡熱棒長度為6 m。

（5）多年凍土區陡坡路基

少、多冰凍土段對地表挖臺階填筑至水平，采用路基換填80 cm處理。富冰、飽冰多年凍土段對地表挖臺階填筑至水平，采用路基換填80 cm，然后采用富冰、飽冰凍土區片塊石方案；當路基最小填土高度不滿足控制高度時，采用路基換填80 cm并加鋪XPS板，XPS板距路床頂面50 cm，換填材料宜采用干凈粗顆粒石礫或石渣。

（6）多年凍土半填半挖路基

對于少冰、多冰多年凍土區半填半挖路基，路基以下邊坡坡度開挖成 1∶0.5，開挖深度為路面結構層下80 cm，底面成2%橫坡，其下部設置一層隔水土工部布，隔水土工布在挖。填到路面結構以下80 cm高度層全層鋪設。路面結構層以下80 cm至邊坡與地面線相交處高度區間挖臺階逐層壓實，臺階從最底層開挖，開挖臺階寬度為2.0 m，向開挖面內傾2%～4%橫坡，填挖交界處每1 m進行一次重錘夯實，夯實寬度 8 m，以減少路基橫向不均勻沉降，挖臺階后全部用潔凈砂礫或石渣填筑。半填半挖路基當填方高度>5 m或處于陡坎時，在開挖臺階碾壓層從上到下續鋪設四層鋼塑土工格柵，間距為100 cm。土工格柵采用雙向塑鋼土工格柵，，其抗拉強度均大于80 kN/m，延伸率小于等于3%；在富冰、飽冰及含土冰層多年凍土區的半填半挖，除進行以上處理措施外，還需在路面結構層以下50 cm加鋪XPS板。

4 凍土隧道工程施工技術

4.1 知亥代隧道進口工程概況

知亥代隧道進口地處青海省果洛藏族自治州久治下大武鄉境內，隧址屬冰原水流構造侵蝕中高山地貌，進口斜坡為冰磧堆積碎塊石，高寒草甸發育，坡面可見較多冰磧塊石孤立。進口圍巖為少冰凍土、多年凍土，局部可能呈富冰凍土，巖性為碎塊石，充填砂礫及粉土，為高溫極不穩定多年，凍土融化洞壁呈滲流出水。

4.2 隧道工程施工方法

隧道結構設計為洞口段防雪棚洞、明洞襯砌、洞身采用復合式襯砌結構，并進行了防寒保溫設計，在左右洞之間設一座防寒洞。施工采用新奧法原理，加強監控量測，用量測信息指導施工；施工中堅持“管超前，短進尺，弱爆破，強支護，早封閉，勤量測”的原則組織施工。隧道開挖：Ⅴ級圍巖永久凍土段采用 CD法或三臺階七步開挖；Ⅴ級季節性凍土圍巖采用環形開挖預留核心土臺階法開挖；Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖。泄水洞采用人工持鑿巖機鉆孔，全斷面法開挖。隧道襯砌：多年凍土隧道采用保溫結構三次襯砌，季節性凍土隧道采用二次襯砌。鑿巖、岀碴、砼運輸及泵送、砼模筑、施工通風均采用機械化配套設備，提高機械化作業程度，降低勞動強度。

（1）防雪棚洞施工。洞門施工后，防雪棚洞易在冬季來臨之前施工完成，防雪棚洞矮墻基礎和矮墻施工前應先核對地基承載力滿足設計要求，按設計施做混凝土墊層和XPS板，再施工防雪棚洞矮墻基礎、矮墻和地梁，矮墻和地梁整體澆筑，混凝土澆筑至墻頂標高按設計預埋防雪棚洞鋼拱架預埋鋼板；防雪棚洞構造間距每10米設一道變形通縫，按設計安裝型鋼拱架和玻璃鋼板。

（2）洞身開挖方法。隧道暗洞采用新奧法施工，隧道Ⅴ級圍巖永久凍土段采用CD法開挖或三臺階七步開挖；隧道Ⅴ級圍巖季節性凍土采用環形開挖預留核心土臺階法；Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖。泄水洞采用人工持鑿巖機鉆孔，臺階法開挖。

（3）隧道開挖工藝。隧道開挖嚴格按新奧法原理施工，堅持加強監控量測，用量測成果指導下一步開挖工法和支護參數，開挖采用光面爆破，減少超欠挖，減少對圍巖的擾動。

圖1 Ⅳ級圍巖臺階法開挖炮眼及掏槽眼布置圖

臺階法、三臺階七步法開挖采用光面弱爆破。光面爆破參數應通過爆破試驗方法確定。同時，在藥量選擇上還要考慮爆破振動速率對隧道結構物以及地表建筑物的影響。鉆爆設計以Ⅳ級圍巖臺階法施工為例，炮眼布置及爆破參數如圖1所示。

（4）路面工程。隧道進口100 m為多年凍土路面，洞口其余200m為季節性凍土路面，洞口300米往里主洞路面為水泥混凝土路面。多年凍土路面為53 cm復合式路面，其結構層為C20素混凝土20 cm+24 cm水泥砼+5 cm中粒式瀝青混凝土+SBR改性4 cm細粒式瀝青混凝土；季節性凍土路面為53 cm復合式路面，其結構層為C20素混凝土20cm+24cm水泥砼+5 cm中粒式瀝青混凝土+4cm細粒式瀝青混凝土；主洞路面為46 cm水泥混凝土路面，其結構層為20 cm厚C20素混凝土+26 cm水泥混凝土。

砼面層：砼集中拌合，砼輸送車運輸、滑模攤鋪機攤鋪、整平，插入式及平板式振搗器振搗、真空吸水工藝、抹光機抹光，切割機鋸縫、刻紋機刻紋。

（5）隧底保溫裝飾工程。本隧道地處高海拔高寒地區，隧道明洞為多年凍土段外保溫裝飾，偏壓明洞拱圈部分，耳墻內側及偏壓強外側（根據地面高度確定）鋪設5 cm福利凱保溫材料；明洞仰拱隧底鋪設XPS板后再進行仰拱及明洞施工。

多年凍土隧道保溫裝飾：知亥代隧道進口100 m為多年凍土隧道保溫裝飾（含明洞），設二層保溫層，第一層保溫層為5 cm厚福利凱保溫材料，設在一次襯砌和二次襯砌之間；第二層保溫層為5 cm厚福利凱保溫材料外掛6 mm厚FL纖維增強板組成，設在二襯混凝土表面。

季節性凍土隧道保溫裝飾：知亥代隧道進口100 m處至貫通面為季節性凍土隧道保溫裝飾設計，在二襯混凝土表面設置一層5 cm厚福利凱保溫材料外掛6 mm厚FL纖維增強板保溫層。

5 結語

本文以自己施工的花久公路多年凍土路基施工為背景，對凍土路基施工的特點和要點進行了關鍵部分闡述，花久公路采用了本文所陳述的方法施工，取得了很好的效果。本文還結合了凍土隧道幾個根據凍土有關的分布施工技術進行了講解，概括了凍土隧道施工的特點，施工現場順利的完成了隧道的施工任務。