簡述高地溫區(qū)富水特長隧道施工技術(shù)

錢林森

摘 要：隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，深埋高地?zé)釛l件下的長大隧道越來越多，高地溫?zé)岷栴}日漸突出。地?zé)釡囟炔粌H對襯砌結(jié)構(gòu)的受力特征有影響，而且會影響隧道結(jié)構(gòu)的耐久性。在高地溫區(qū)富水特長隧道工程的施工過程中，集中攻克特長隧道開挖、斷層富水、高地溫等施工難點(diǎn)，提升施工質(zhì)量。本文將簡要分析在富水、高地溫特長隧道工程的施工技術(shù)，提升隧道工程施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：特長隧道;斷層富水;高地溫;技術(shù)措施;施工質(zhì)量

中圖分類號：U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在地?zé)釡囟茸饔孟拢淼酪r砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，拱頂和拱腳彎矩變化較大，以及結(jié)構(gòu)整體安全系數(shù)降低。豐富的地下水對隧道施工極為不利，且高熱溫泉攜帶大量熱量使得洞內(nèi)環(huán)境溫度升高，這無疑惡化了隧道施工環(huán)境。在不同地段的施工中，為保證施工質(zhì)量，必須要確保選擇施工技術(shù)具有可行性和針對性。

1 特長隧道施工技術(shù)方案

1.1 施工組織

豐順?biāo)淼廊L14 407 m，共設(shè)置4個(gè)斜井，分別在DK50+975、DK53+825、DK56+053、DK58+790設(shè)置4處斜井。隧道施工分10個(gè)作業(yè)面。

豐順?biāo)淼莱渲?臺三臂鑿巖臺車施工外，采用氣腿式風(fēng)鉆鉆爆法開挖，錨噴支護(hù)，無軌運(yùn)輸、壓入式通風(fēng)。

（1）洞口施工：斜井洞口開工前先施工截水溝，避免雨水對邊坡的沖刷，進(jìn)洞前施作拱部超前大管棚。（2）超前支護(hù)：洞口及局部淺埋段洞身超前支護(hù)采用超前管棚支護(hù)措施及周邊圍巖注漿，斷層破碎段采用徑向注漿和超前小導(dǎo)管。（3）開挖：斜井III級圍巖段采用全斷面法施工，IV、V級圍巖采用臺階法施工。正洞段II級圍巖采用全斷面法施工，III級圍巖段采用臺階法施工，IV級圍巖采用三臺階法施工。（4）初支采用濕噴機(jī)械手濕噴工藝。（5）仰拱采用移動模架整體澆筑。（6）二襯采用12 m液壓襯砌臺車施工，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，混凝土輸送泵泵送入模，插入式搗固器振搗密實(shí)。（7）水溝電纜槽采用移動模架施工。

1.2 機(jī)械化配套

隧道施工機(jī)械化配套主要包含隧道施工方法及施工組織、隧道施工機(jī)械設(shè)備配套、隧道主要臨時(shí)設(shè)施配套、工廠化加工設(shè)備配套、隧道施工通風(fēng)設(shè)備配套、隧道反坡抽排水設(shè)備配套、隧道信息化施工設(shè)備配套、隧道襯砌臺車及作業(yè)臺架等9個(gè)部分。

（1）施工組織。施工方面主要考慮開挖棄渣、仰拱施工及襯砌澆筑等工序間的銜接，避免造成一項(xiàng)工序的施工阻礙其他工序正常開展。

（2）施工方法。隧道施工應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小等因素對設(shè)計(jì)文件中的施工方法進(jìn)行評估，對不合理的施工方法應(yīng)提出變更和優(yōu)化。

隧道施工方法變更或優(yōu)化時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮揭示圍巖的自穩(wěn)能力，優(yōu)先選擇初期支護(hù)能夠及早封閉成環(huán)的施工方法。

（3）隧道施工機(jī)械設(shè)備配套。隧道機(jī)械設(shè)備配套根據(jù)隧道施工順序和工序分超前鉆探及預(yù)支護(hù)、開挖、裝碴運(yùn)碴、支護(hù)、仰拱、防水板及鋼筋、二次襯砌、水溝電纜槽、質(zhì)量檢測與缺陷修復(fù)共九條作業(yè)線進(jìn)行配置。

（4）隧道主要臨時(shí)設(shè)施配套。隧道施工供電、供風(fēng)、供水的配置根據(jù)隧道規(guī)模、使用的各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的功率損耗等計(jì)算確定。

（5）工廠化加工設(shè)備配套。隧道施工用混凝土、噴射混凝土拌制，支護(hù)鋼架、結(jié)構(gòu)鋼筋加工，溝槽蓋板預(yù)制等應(yīng)實(shí)行工廠化集中生產(chǎn)與加工制作。

（6）通風(fēng)設(shè)備配套。隧道施工通風(fēng)設(shè)備配套應(yīng)根據(jù)隧道掘進(jìn)長度、隧道斷面大小、一次爆破炸藥用量、內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備配置等情況計(jì)算后綜合確定。

（7）反坡抽排水設(shè)備配套。隧道反坡抽排水設(shè)備及管路配套應(yīng)根據(jù)隧道涌水量、施工長度、坡度等條件計(jì)算確定。一般情況，抽排水能力應(yīng)大于涌水量的1.2倍;應(yīng)急抽排水時(shí)，應(yīng)利用隧道施工高壓風(fēng)管和水管，抽排能力應(yīng)大于涌水量的2倍要求。

（8）信息化施工設(shè)備配套。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備配套應(yīng)根據(jù)巖層特點(diǎn)、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、地下水等因素綜合考慮確定。對于地質(zhì)復(fù)雜隧道，應(yīng)采用地質(zhì)素描、物探、鉆探等方法進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)，相互印證。

加強(qiáng)施工過程中監(jiān)控量測頻率。配備有害氣體監(jiān)測儀器、門禁及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等信息化設(shè)備。

（9）襯砌臺車及作業(yè)臺架。隧道襯砌臺車、水溝電纜槽模架，開挖、防水板鋪設(shè)等作業(yè)臺架除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求外，凈空應(yīng)滿足各種施工設(shè)備通行要求。

2 富水地段隧道施工技術(shù)方案

2.1 前期準(zhǔn)備工作

在隧道工程開始實(shí)施之前，要將山谷或者是地表徑流引流，盡可能的降低地表水的深入程度。隧道開挖的過程中，要采取合理的措施降低地下水位，提升土層抵抗外部破壞力的能力。采取合理的隧道開挖技術(shù)和支護(hù)作業(yè)技術(shù)，盡可能的通過控制措施緩解地表沉降問題。

2.2 洞外處理技術(shù)

為了防止在隧道工程施工中出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，為水源處理提供良好的方式，在工程實(shí)施之前，需要加快構(gòu)建截排水溝，對水源進(jìn)行合理引流，降低水分滲入隧道的量。

2.3 洞內(nèi)涌水處理技術(shù)

（1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。隧道不同程度滲水時(shí)，現(xiàn)場及時(shí)增加超前地質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)測手段。在原有超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方式的基礎(chǔ)上，增加超前地質(zhì)鉆孔及地質(zhì)雷達(dá)手段，提前預(yù)測開挖前方水文地質(zhì)情況，并根據(jù)地質(zhì)情況和地下水狀況，制定注漿措施，確保施工中不發(fā)生突泥涌水安全風(fēng)險(xiǎn)事件，確保施工安全。

（2）注漿止水。根據(jù)隧道出水情況，初支局部滲水可采用徑向注漿措施。注漿既可起到堵水的作用，同時(shí)還可對受涌水影響的初支空洞進(jìn)行填充、保證初支背后無空洞。

（3）加強(qiáng)防水措施。針對初支滲水量較大地段，環(huán)向每間隔6 m設(shè)置一道2 m寬凹凸排水板;對局部水量特別大的段落，按照每3 m設(shè)置一道2 m凹凸排水板進(jìn)行布置。

在仰拱初支底面每間隔3 m橫向設(shè)置一道φ50加勁軟式透水盲管，環(huán)向盲管直接接入隧道水溝，形成獨(dú)立排水系統(tǒng)，無需接入縱向盲管。

（4）泄壓孔。隧道埋深較大，地下水豐富的地段，為緩解地下水對結(jié)構(gòu)的水壓力，防止后期涌水壓力對結(jié)構(gòu)造成破壞及漏水，襯砌結(jié)構(gòu)完成后可沿中心水溝間隔5 m打設(shè)泄壓孔，泄壓孔開孔直徑φ100，孔內(nèi)埋置φ100PVC管。

3 高溫隧道工程施工技術(shù)

3.1 高溫隧道的形成原因

地溫分布是地溫在地殼表層的分布狀況，它是地球內(nèi)熱和太陽輻射熱在地殼表層相互作用的結(jié)果。形成地殼表層地溫場的主要熱源還是來自地球的內(nèi)部。地溫場的影響因素較多，但主要取決于以下三組因素：區(qū)域深部熱背景、成熱環(huán)境及附加熱源。高溫隧道在形成的原因大多集中在以下幾點(diǎn)。第一，隧道具有較深的埋深深度，豐順?biāo)淼廊L14 407 m，最大埋深約850 m，地?zé)岘h(huán)境屬于中低溫對流型地?zé)嵯到y(tǒng)的模式，該區(qū)域地下一定深度巖漿活動強(qiáng)烈，構(gòu)造斷裂比較發(fā)育，地下水量豐富。第二，隧道所處位置的外部溫度較高，隧道內(nèi)部的溫度也將會較高。隧道施工可以近似的看成為封閉體，內(nèi)部新鮮空氣的來源主要是洞口位置，通過通風(fēng)設(shè)備將外部空氣壓入隧道內(nèi)部，對洞內(nèi)的溫度做出調(diào)節(jié)，將內(nèi)部粉塵、有害氣體排出。當(dāng)隧道工程地處熱帶區(qū)域時(shí)，豐順?biāo)淼牢挥趶V東省梅州市范圍，溫度長年氣溫較高屬于高熱地區(qū)，導(dǎo)致隧道內(nèi)部的空氣溫度長時(shí)間具有較高狀態(tài)。第三，施工熱源影響。在隧道工程施工階段，豐順?biāo)淼雷鳂I(yè)需要使用的人員設(shè)備較多，作業(yè)而產(chǎn)生的熱量仍是隧道高地溫環(huán)境不可忽視的重要熱源，比如建筑材料水化生熱、施工機(jī)械器具運(yùn)作產(chǎn)熱等，且所產(chǎn)生的熱量不容易擴(kuò)散，造成內(nèi)部溫度上升。第四，特殊地質(zhì)構(gòu)造。豐順?biāo)淼阑疚挥跓峄顒訁^(qū)域內(nèi)，受地下內(nèi)熱活動影響，該地區(qū)地下水多以溫泉或熱泉的形式出露地表，形成熱環(huán)流系統(tǒng)，通過熱交換增加隧道內(nèi)部溫度。

3.2 高溫隧道施工措施。

（1）強(qiáng)化隧道內(nèi)部通風(fēng)。通過上述分析可以得知高溫出現(xiàn)的原因，想要將溫度降低，最佳方法是強(qiáng)化隧道內(nèi)部的通風(fēng)力度，通過提高隧道內(nèi)部與隧道外部之間的空氣流動，降低隧道內(nèi)部溫度。另外，將供風(fēng)量增加還可以顯著將洞內(nèi)粉塵和有毒有害氣體濃度降低。較大的風(fēng)口出風(fēng)速度使得施工作業(yè)區(qū)域空氣循環(huán)加快，通風(fēng)速度促使空氣更快流通，冷空氣在較短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散，加大了降溫的效果，使得洞內(nèi)熱空氣盡快被冷空氣置換，在條件允許下，盡可能增加風(fēng)管口出風(fēng)風(fēng)速，加快洞內(nèi)空氣流通，有利于施工安全、順利進(jìn)行。

當(dāng)前，在設(shè)計(jì)隧道內(nèi)部通風(fēng)風(fēng)量的時(shí)候，仍然需要考慮以下幾方面指標(biāo)。第一是在有限數(shù)量、額定功率的風(fēng)機(jī)條件下，過大的風(fēng)量無法實(shí)現(xiàn)。第二是減少風(fēng)筒漏風(fēng)和風(fēng)壓損失。第三是最多炸藥使用量使用時(shí)的供風(fēng)量。第四是施工時(shí)作業(yè)人員較多的供風(fēng)量。

（2）冰制冷系統(tǒng)。通過在隧道上臺階開挖臺架、仰拱端頭、防水板臺車大小里程處放置冰塊，冰塊位置及距離冰塊位置2 m、5 m、10 m、20 m布置掛壁式溫度計(jì)，監(jiān)測及分析得出，在洞內(nèi)各作業(yè)面放置冰塊，對洞內(nèi)溫度的降低有一定的效果，放置數(shù)量的增加，能夠達(dá)到洞內(nèi)空氣整體降溫的目的;同時(shí)冰塊融化到一定階段過后，作業(yè)溫度達(dá)到最低，在冰塊融化逐漸完畢的過程中，洞內(nèi)空氣溫度逐漸回升，冰塊放置過程中做到冰塊在融化時(shí)間上的交替放置，有效的保證了洞內(nèi)舒適的作業(yè)環(huán)境。

利用冰制冷系統(tǒng)的時(shí)候，主要適合在掌子面30 m的范圍內(nèi)，施工人員在該位置聚集。通過使用冷氣式冰塊既可以達(dá)到降溫的目的，還可以降低洞內(nèi)濕氣。

（3）灑水降溫。當(dāng)高地溫區(qū)隧道剛開挖段圍巖溫度不高時(shí)，可以采取灑水的措施降溫，對隧道圍巖壁面噴射一定量的冷水，降低掌子面及開挖段的溫度。冷水可以根據(jù)隧道施工現(xiàn)場的具體情況，從附近的河流或湖泊引水到隧道內(nèi)。高地溫區(qū)隧道內(nèi)的灑水裝置不僅可降低隧道內(nèi)的溫度，還可起到降低隧道內(nèi)粉塵含量的作用。但在地溫較高環(huán)境下采用的灑水降溫的效果不是很理想。

（4）通風(fēng)-冰塊結(jié)合。目前雖然一般通過通風(fēng)的方式來進(jìn)行熱交換降溫，但是降溫效率較低，隧道各處溫度還是分布不均。

在隧道洞口外設(shè)置冰塊放置籠，在冰塊放置籠內(nèi)部放置洞外冰塊，將冰塊放置籠通過柔性管與通風(fēng)機(jī)相連接，再將通風(fēng)機(jī)與通向隧道內(nèi)的通風(fēng)管相連接，從而對隧道進(jìn)行通風(fēng)降溫。通過洞內(nèi)冰塊和設(shè)有洞外冰塊的通風(fēng)機(jī)的結(jié)合使用，來共同降低洞內(nèi)溫度，結(jié)構(gòu)簡單，不僅安裝方便，且材料易得，材料成本低，能耗小，特別適用于高地溫區(qū)隧道降溫。

通過洞內(nèi)冰塊和通風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫，可以有效降低隧道內(nèi)的溫度，并通過適時(shí)增添洞內(nèi)冰塊，使隧道溫度始終保持在30℃以下，避免了工人在高溫環(huán)境下持續(xù)工作對健康的影響，且提高了施工效率，加快了隧道施工進(jìn)度。

4 結(jié)束語

在隧道工程施工過程中，為保證施工質(zhì)量，提升隧道工程的服務(wù)能力，施工人員必須要基于實(shí)際施工情況采取具有針對性的施工方案，旨在提升進(jìn)度，提升施工質(zhì)量。本文從富水、高地溫特長隧道工程施工著手，探究相應(yīng)的施工方案，為工程實(shí)施高質(zhì)量提供借鑒。

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