高寒、高海拔隧道施工技术研究

作者：赵以斌

来源：《中国高新技术企业》2016年第13期

摘要：文章以实际工程为例，对高寒、高海拔隧道施工的基本特点和施工原则进行了介绍，然后对隧道的防排水措施、低温混凝土施工等技术进行了分析，对施工中需要注意的事项进行分析，工程施工效果良好，具有一定的借鉴参考价值。

关键词：高寒地区；高海拔地区；隧道施工技术；防排水措施；低温混凝土施工 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2016）13-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.017

一直以来，在高寒、高海拔地区建设隧道都是一个世界性难题，特别是在地下水含量较大的地区进行施工时，冻胀问题和冻融问题一直都是一个技术难题。为了解决施工难题，需要从防寒保温、防排水、机械配套等方面着手，采用合理的施工技术，达到安全、高效、优质的建设目标。 1 案例介绍

某隧道工程地处高寒多雨地区，年极端低温为-34.1℃，年平均气温为-3.1℃，年平均降雨量为840.2mm。隧道所处地区的地质环境结构复杂，岩层很不稳定，节理裂隙发育。隧道地下水丰富，进行开挖后出现了严重的渗漏水情况，很多地方都出现了涌水，最高涌水量达到了3522m3·d-1。隧道净高为4.6m，进口和出口洞门墙都采用C35钢筋混凝土结构，并在隧道的出口和进口设置了长度为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关要求并结合高寒地区的地形特征与温差特点，隧道衬砌需要承受一定的冻胀力，因此在设计时将衬砌内的轮廓线做成圆环形，并且内半径应满足相关的要求。在该施工隧道中根据地质状况主要分为三大类型围岩地段，而且它们所占隧道的长度是不尽相同的。施工人员通过对隧道进出口部位的冻结深度进行深入分析并计算后，在隧道进、出口修建500m长的防寒泄水洞，并在出口使用圆端掩埋式保温出水口，从而有效地将隧道围岩中的地下水进行排出。防寒泄水洞断面图如图1所示。防寒泄水洞应设置在隧道行车道的下部一定距离，而且大小、尺寸等应符合相关要求。为了使二次衬砌围岩部位的地下水能够有效渗透出去，施工人员可在防寒泄水洞的左右两侧分别开挖横洞，并在左右墙脚设置泄水孔，这样才能避免地下水对隧道围岩部位造成一定的损伤，防止路面结冰影响道路的正常通行。隧道与泄水

洞部位的构造应遵循一定的设计原则，每隔一定距离应设置一道干砌片石排水盲沟或采用PE230S排水板，并在仰拱下中心排水盲沟与防寒泄水洞之间用竖向泄水孔连通，而且间距要适中。隧道初期支护与二次衬砌之间应铺设一定材料的防水层，从而起到防水的目的。为了有效缓解高寒地区隧道内受天气影响出现结冰等现象时，可在隧道一定部位设置相应的保温结构，而且保温结构的材料应合理有效，这样才能起到隔温保温的作用。 3 隧道施工中所使用的关键技术 3.1 低温混凝土施工方案

在选取材料时应对材料进行预加热，这样才能增强混凝土的强度。由于高寒地区特殊的地理位置以及天气特征，在该地段进行施工时难度较大，对混凝土的施工质量有着一定的影响力，工程人员通过深入的分析，并经过大胆试验与探究，寻求出了一套行之有效的低温混凝土施工方案，从而有效解决了低温环境下混凝土施工中所面临的困难，确保了高寒地区隧道施工的顺利实施。低温混凝土施工实施方案的主要措施如下：（1）重视隧道洞內以及运输中的保温工作，尽可能地降低热量的耗散；（2）可在混凝土中掺加一定量的外加剂，这样可增强混凝土的强度；（3）待混凝土浇筑工作完成后施工人员应注意做好混凝土的保温与养护工作，比如可选取保温性能优良的材料加强混凝土的保温工作，从而提高混凝土的强度。若将上述几点加以综合应用，则一方面可确保混凝土的施工质量，提高施工的成效性；另一方面也能起到一定的美观作用，安全等级高。经上述技术综合运用所修建的隧道在长达几年的应用中未发现有冻害情况发生，以此说明该技术的有效性。 3.2 防寒保温系统的重要施工举措

3.2.1 结构防寒保温层。在二次混凝土衬砌的表面可设置一定的隔温层，这样可避免外界的寒气流浸入到隧道内，对混凝土的结构造成一定的影响，从而破坏隧道的正常结构。在高寒隧道中设置防寒保温层是我国首次实施该技术，它的主要施工流程表示如下：（1）在二次衬砌的表面可通过膨胀螺栓等专门铺设一层硬质聚氨酯隔温材料，从而形成闭合的隔温保护屏障；（2）在PU板的表面可铺设一定厚度的干法硅酸铝板，为了增加其稳定性可使用宽度一定的金属条焊接于螺栓顶部；（3）以上两步施工结束后经专业人员检验合格后，再使用厚度一定的玻璃钢板设置在隔温层外部，从而起到支撑与保护的作用。在安装玻璃板时应注意在玻璃钢板与钢带之间隔一定距离设置钻孔，并用铆钉固定在二次衬砌结构上，最后用无机粘剂将接头中存有空隙的地方进行填充处理。

3.2.2 选取有效的保温结构。设计人员通过深入的分析与研究并结合各材料的使用性能选取了隔温效果好，材料稳定性高，加工运输方便的PU硬质聚氨酯保温板。但该材料也存在一定的不足之处比如易燃烧，因而可在其表面覆盖一层阻燃性能耗的干法硅酸铝纤维板。通过对隧道结构保温层材料性能的细致检测，并在施工中得以有效应用，我们发现处在低温状况下混

凝土外部有一定的隔温保护层，可实现对混凝土结构的有效保护，在一定程度上还能起到一定的保温作用，尤其是在高寒地区值得大力推广与应用。

3.2.3 洞口防寒隔温门。在高寒地区，由于天气因素的影响，寒流会对隧道内的材料起到一定的影响力，因此为了使隧道内温度趋于稳定，做好保温措施可在隧道出入口洞门背后设置防寒隔温门，用以抵御外界寒流的侵入，确保安全顺畅的通行。防寒隔温门在设计时两扇应对称，为了便于推拉可在上部门框内安装滑道和吊环。防寒隔温门所选用的材料是硬度较高的钢板，中间空心部门用保温性能好的聚氨酯隔温材料进行填充，最后将空隙部位用一定材料进行密封处理。防寒隔温门的设计图如图2所示：

通过实践检验在洞口防寒保温门开启与关闭情况下，对洞内的温度进行持续检测，我们发现两者之间的温度差较小，这也充分说明了防寒保温门的有效性。

3.2.4 防排水系统和新型防排水材料的有效应用。研发人员在所开发的防排水系统施工技术中，通过大胆实验采用了很多新技术理念，它的主要工艺流程是以排为主，防堵结合的设计理念，构建了一套行之有效的防排水体系。高寒隧道在运行几年来衬砌结构无漏水现象发生，而且没有其他异常情况出现，道路通行畅通，完全满足高寒地区的地质状况。防排水系统主要由防水板、土工布以及结构混凝土组成，这些防水措施大大减少了地下水渗漏现象的发生，确保施工过程的顺利实施。

（1）LDPE防水板。在施工过程中设计人员大胆创新，将原CPE防水板中的材料替换成LDPE防水板，该材料具有防水性能高、质量柔性强、经济实惠等优点，而且在施工检测中未发现有异常情况发生；（2）GRM堵漏材料。GRM是一种超早强水泥基材料，该材料的优点在于流动性强、密封严实、凝结时间可以变化、适用范围广等优点，是快速堵漏补强的最佳选择材料。GRM堵漏材料主要用于富水区混凝土与围岩之间，可有效堵塞水向结构渗漏的直接通道，从而增强了结构的稳定性与安全性；（3）PE-230S排水板及SH-300透水管PE230S波纹排水板材，由于其具有特殊的结构因而可起到一定的排水作用。与其他排水系统相比较而言，它主要是呈环向铺设，具有稳定性高、导水性能好等优点。通过对铺设区域的路面进行检查我们发现其效果较为显著。SH-300透水管是由高强度的钢丝外套防锈塑料管组成的，它属于一种软式透水排管，在使用中主要将其弯制成一定大小的圆形管式骨架，并在骨架外侧包裹几层具有一定吸水性的材料，从而提高SH-300透水管的抗压能力，有效解决了隧道施工中片石盲沟被堵塞的难题，确保水流能够畅通排出；（4）外加剂的有效选取。为了最大限度地增强混凝土自身的抗冻性能，研究人员通过大量的试验研究最终选取了耐低温的防冻剂，并收到了一定的 成效。

3.2.5 泄水洞的隧道施工通風技术。研究人员通过对隧道施工中通风技术的有效探究，综合权衡各种技术的利弊后选择防寒泄水洞方式进行隧道施工通风工作，该技术的优点在于可在

节省材料的基础上降低风耗，从而大大增强了通风机的工作效能。技术人员对高寒条件下隧道施工通风作业的基本参数进行了细致、全面的分析后采取有效的措施加以预防，从而有效缓解了低压低氧情况下供风速度与工作面热量散失之间的关系，提高了洞内的施工作业环境质量，为施工人员提供一个安全的环境，为施工的顺利实施奠定了一定的基础。 4 结语

本工程施工后，取得了非常好的施工效果，隧道工程施工质量达到了要求，为类似工程施工积累了丰富经验数据，具有较高的借鉴参考价值。 参考文献

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[2] 昝勇杰，陈建勋.大坂山公路隧道防冻隔温层效果现 场测试与分析[J].公路，2001，（10）.

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[4] 李家洋.复杂地质条件下隧道施工技术的发展[J].科 技资讯，2011，（2）.

作者简介：赵以斌（1981-），男（藏族），青海乐都人，中铁十二局集团第一工程有限公司工程师，研究方向：公路施工。 （责任编辑：蒋建华）