寒冷地區鐵路隧道冬季施工保溫輔助技術

摘要：在高速鐵路建設過程中，所選用的隧道施工技術必須滿足工程施工要求，符合現場施工環境條件。在寒區鐵路隧道施工中應用諸多先進的鐵路隧道施工技術，不僅突破了復雜地質條件所帶來的負面影響，而且使其適應不同類型的地質及氣候環境的能力增強。結合太崇鐵路工程實例，對寒區鐵路隧道冬季施工技術進行全方位探討分析，總結其施工技術要點，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：寒區；鐵路隧道；冬季施工

0" "引言

寒冷地區鐵路隧道施工，所選用的施工技術必須綜合考量低溫環境，對整個施工過程所帶來的各類影響，具有一定適應性。同時需要優化施工技術應用，提前采取行之有效的措施，對凍害等問題進行合理控制，以充分保證工程建設質量目標，保障鐵路隧道通行的安全性[1]。

近年來，寒區鐵路隧道工程的冬季施工所面臨的難題逐漸突破，其應用的施工技術與寒區環境氣候的適配性也越來越高。而在此基礎上，對寒區鐵路隧道冬季施工技術進行全方位分析探討，具有極強的現實意義。本文結合太崇鐵路工程實例，對寒區鐵路隧道冬季施工技術進行全方位探討分析，總結其施工技術要點，可為類似工程提供參考。

1" "工程概況

1.1" " 工程基本情況

新建太子城至錫林浩特鐵路首開段太子城至崇禮段位于張家口市崇禮區境內，線路全長15.864km，起點里程DK53+035，終點里程DK68+900。橋梁1座0.242km，隧道2座14.434km，新建崇禮車站1座。和平隧道進口里程為DK56+035.74，出口里程為DK61+980，全長8944.26m，最大埋深約468m，隧道輔助坑道共7座，總長4712m，均采用無軌運輸雙車道斷面形式。崇禮隧道起訖里程為DK62+310～DK67+800，全長5490m，最大埋深383.8m。隧道設置3座斜井，總長1540m，采用無軌運輸雙車道斷面形式。

1.2" " 氣候條件

工程所在崇禮地區氣候屬東亞大陸性季風氣候中溫帶亞干旱區，受所處地理位置和地形的影響，冬季空氣活動頻繁。崇禮地區隧道外大氣溫度隨時間大致呈現正弦周期函數變化規律，且晝夜溫差很大，最大可達16℃，月平均溫度最冷月為1月，溫度-20.3℃，對鐵路工程影響的氣候類型為嚴寒。

1.3" " 冬季施工特點

冬季施工特點如下：冬季施工的計劃性和準備工作時間性強。冬季施工相對其他季節施工成本投入高，施工生產效率低。冬季施工需要從原材料開始至混凝土澆注、養護的全過程實施防寒保溫措施，以確保混凝土成品質量。冬季施工由于氣候和環境原因，混凝土質量問題頻發，極易產生空隙和孔洞，降低混凝土的密實性和耐久性。

1.4" " 施工難點

太子城至錫林浩特鐵路太子城至崇禮段工程工期只有23個月，隧道、站場等分項工期極其緊張，必須開展冬季施工。寒區隧道冬季施工必將面臨復雜的地質以及惡劣的氣候環境問題。在寒區冬季施工，一旦防寒保溫工作不到位，混凝土凍脹、結構疏散、裂縫紋等質量問題便會接連出現[2-3]。再加上混凝土不斷散熱，以及水泥水化反應結束溫度降低，容易導致混凝土體積收縮。

2" "寒區鐵路隧道冬季施工保溫輔助措施

2.1" " 混凝土冬季施工質量控制

2.1.1" "配合比設計

根據氣候特征，完成不同施工混凝土及摻外加劑的試配試驗工作。試驗室負責提供-10℃、-20℃、-30℃時的施工配合比，施工人員根據不同環境溫度，選擇更合適的配合比開展施工，確保混凝土質量達標。

2.1.2" "混凝土原材料及拌合

水泥優先選用硅酸鹽水泥，而粗細骨料選擇時則必須關注其級配狀況。加強混凝土的攪拌工作。在使用混凝土原材料時，要全面了解實際情況，并通過熱工計算明確混凝土原材料使用時的溫度。

在進行混凝土拌合時，不僅要密切關注拌合時間，同時還要避免混凝土攪拌過程中出現“假凝”問題。通常情況下，冬季混凝土攪拌時間比常溫狀態下更長，需要延長大約50%左右攪拌時間，一般攪拌時間在180s左右。混凝土攪拌完成之后，在正式裝料前需完成出擊溫度的測定。若測定結果未超出10℃，則本盤混凝土不得投入施工使用。

2.1.3" "混凝土運輸

混凝土攪拌好后應及時運送至澆灌地點。在冬季運輸過程中，加強運輸工具的保溫覆蓋，以防止混凝土熱量散失、混凝土離析、坍落度變化、表層凍結、水泥砂漿流失等現象。對混凝土罐和輸送管道采取保溫措施，如包裹、遮蔽等（見圖1），并選擇最優運送路線，盡量縮短運輸時間，最大程度的減少運輸過程中混凝土熱量的散失[4]。當通過熱工計算，混凝土的入模溫度達不到5℃以上時應對骨料及攪拌水進行加熱，以提高混凝土的入模溫度，保證混凝土入模溫度在5～10℃左右。

2.1.4" "混凝土的澆筑及養護

在正式進行混凝土澆筑之前，必須采用其他保溫措施，對模板和鋼筋溫度進行合理控制，保證其溫度不低于0℃，并配備專人對溫度進行詳細觀測和仔細記錄。若發現其溫度小于0℃，則不得進行混凝土灌注。除此之外，還需記錄混凝土入模溫度的測量，發現入模溫度小于5℃時，不得開展混凝土澆筑工作。

針對混凝土的養護工作，必須時刻關注室外氣溫。當室外溫度超出-10℃時，應采用蓄熱法進行混凝土養護，即采用棚罩加強圍護或利用未凍土熱量等方法，促進混凝土強度增大。但若蓄熱法養護與施工標準要求不相符，則可通過外部熱源加熱法完成混凝土的養護[5]。

在養護過程中，還要高度重視混凝土的濕潤程度，保證灑水次數符合實要求況。灑水作業通常需安排在氣溫較高的時間段進行。

2.1.5" "鋼筋冬施質量控制措施

鋼筋的加工及焊接工作均在鋼筋加工廠完成，場地四周必須用棚架進行密封，棚內四周需設置火爐，用于取暖保溫，其焊接時的環境氣溫則不得小于5℃。鋼筋加工的時間通常是在7：00～18：00時段之內，盡量防止在夜晚低溫時段進行鋼筋加工。

在開展鋼筋加工工作之前，首先需將鋼筋運入車間，完成鋼筋焊接工作后，讓其靜置到完全冷卻之后才能向室外運輸。現場鋼筋的焊接以及綁扎工作，必須嚴格遵循相關規范要求，在進行鋼筋低溫施工時，必須落實相應保護工作。

對于冬季鋼筋施工，若鋼筋需在室外而完成焊接，則盡量選擇在中午氣溫較高的時間段內進行焊接工作。面臨雨雪天氣，則必須將鋼筋轉移至室內，然后再開展焊接工作。若需在低于零下5℃的環境下進行鋼筋電弧焊，則需增大焊接電流，減小焊接速度，并選擇韌性較好的焊條[6]。焊接完成后，還需在鋼筋附近設置碘鎢燈保溫，防止焊接頭冷卻速度過快現象。

2.2" " 冬季隧道施工保溫控制

2.2.1" "原材料保溫、加熱措施

為加強原材料的控制，保證混凝土拌和質量，對混凝土拌合棚實行全封閉。拌合站料倉及水池通過燃氣鍋爐的蒸汽管道進行保溫加熱，根據不同環境溫度，將各原材料加熱到一定溫度。其具體方法如下：

每個拌合站設燃氣鍋爐一臺，設在拌合機一側。鍋爐向外連接管道全部采用無縫鋼管焊接，室外管道、閥門全部用巖棉進行保溫處理，自蒸汽鍋爐至砂、石料倉采用DN63無縫鋼管焊接，鋼管外全部采用5mm巖棉管進行保溫。

每個料倉門口均采用棉門簾進行封閉處理，砂倉內使用DN40國標熱鍍鋅鋼管盤管焊接，安裝于鋼結構主梁，末端安裝縮水閥，使熱量盡快散發，砂倉內溫度得以迅速提升。將料棚溫度維持在10℃左右，砂溫度加熱到5℃左右[7]。在碎石倉預留過管孔，當僅加熱砂溫度不能滿足冬施要求后，安裝碎石倉內盤管，對碎石進行加熱處理。

冬季施工拌合用熱水，采用蒸汽鍋爐進行加熱。水池內采用DN40無縫鋼管進行加熱，對鋼管進行打孔處理，使蒸汽快速將水池水溫提升，維持水溫在60℃左右，并備用一臺電熱水器。水泥、粉煤灰，可根據現場實際溫度，通過熱工計算確定是否需要對水泥、粉煤灰罐進行覆蓋保暖。

2.2.2" "洞口封閉保溫措施

在冬季進行寒區隧道施工時，要做好洞口的保溫工作，必須保證洞內溫度維持在5℃以上，若在現場監測過程中發現洞口溫度未達到要求標準，則可在洞口設置防風門簾（見圖2），落實洞口的防風保溫工作[8]。

2.2.3" "高壓風管及供水系統保溫控制措施

設置高壓風站時，應考慮縮短風管的洞外長度，盡量在靠近洞口處設置，以利于保溫。洞外風管及靠近洞口100m處風管包裹保溫材料，以便保溫。洞外風管的設置應選擇架空設置或深埋形式，使得保溫得到有效落實[9]。施工中，及時做好管內積水的排放工作，針對洞口300m范圍內，每增加100m左右安裝一個排水閥門。供風前及供風后分別及時打開閥門，保證冷凝水順利排出，防止因冷凝水凍結所造成的堵塞問題。

3" "結語

在環境溫度較低的高海拔寒區，隧道工程施工面臨著更多的挑戰和阻礙。寒冷的氣候條件不僅為隧道工程施工質量、施工安全、施工效率帶來了較大的負面影響，同時還在一定程度上增加了工程施工成本投入[10]。

為充分保障寒區鐵路隧道工程施工的綜合效益，提高寒區鐵路隧道工程施工效率及質量，必須高度關注寒區鐵路隧道冬季施工中的各類問題，從混凝土原材料運輸、鋼筋施工的各個角度出發，選擇更科學合理的施工技術，保證各類施工技術的應用與寒區冬季氣候環境相適應。并在落實防凍、防火、防滑以及防冰雪災害工作的基礎上，確保各施工工序的順利開展，為寒區鐵路隧道工程的高效施工打下堅實有力的基礎。

參考文獻

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[2] 龐小沖，朱小明，穆彥虎，等.寒區隧道保溫設防長度工程實踐與研究進展綜述[J].冰川凍土，2022，44（3）：998-1010.

[3] 馬屹.嚴寒地區隧道冬季施工可行性方案研究[J].中國高新區，2017（3）：106-107.

[4] 馬記.淺談客運專線冬季施工質量的保證措施[J].價值工程，2012（19）：137-139.

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[7] 董超，李濤.高寒地區隧道冬季施工技術[J].四川建筑， 2015，35（2）：250-251，254.

[8] 劉詩杰.北方山嶺隧道冬季施工保溫措施[J].公路交通技術，2018，34（3）：100-104.

[9] 盧江華，劉少敏.淺談高原寒冷地區隧道施工技術措施[J].公路交通科技（應用技術版）， 2016，12（7）：276-277.

[10] 姚偉，徐林生.寒區隧道工程的研究現狀[J].四川建筑，2011，31（4）：118-121.