浅析高原隧道地热地质段施工处理措施

浅析高原隧道地热地质段施工处理措施

【摘 要】高原地热地质段严重影响着隧道工程的施工质量及进度，是高原隧道施工中比较常见的不良地质类型。本文结合拉日铁路甫当隧道施工中遇到的问题，针对高原地热地质条件下的隧道工程施工技术进行分析、探讨，希望可以为未来高原隧道热害的防治提供参考和借鉴。

【关键词】高原隧道；地热；施工技术；热害防治

0.工程概况

拉日铁路位于青藏高原西南方向的雅鲁藏布江流域，全长约253 公里。铁路全线建设29座单线隧道，甫当隧道由于其高原地热灾害突出成为拉日铁路建设的控制性工程，其建设中的施工技术及防治措施对于高原隧道地热施工有着指导性的作用。

甫当隧道地处雅鲁藏布江峡谷区的甫当山，全长75.m，于2012年2月开工建设。隧道穿过的甫当山内部存在地热高温现象，岩石内部温度可达56℃。这就直接导致了隧道施工环境温度的增长，施工作业温度可达42℃，远超过正常施工温度。为保证施工的正常进度及质量，施工过程中采用了各种方法进行人为降温，控制作业环境温度；同时优化配合比、施工方案，解决温差造成的结构稳定问题。

1.分析地热地质条件下对施工及结构物的主要影响

甫当隧道在穿越地热地质段过程中，随着施工环境温度的升高，对人员、机械、施工材料，以及隧道主体结构均产生了一定的负面影响。具体表现如下：

1.1对施工的影响

施工机具在高温环境下非常规运转，不仅会降低机具的工作效率，而且长时间高温环境下运行，机具散热困难、部件老化加速，容易对机具造成伤害，增加故障发生率，缩短机具寿命。同样对施工人员来说，高温作业会导致眩晕、缺氧等生理上的反应，并且长时间的工作会增加工人的抵触心理，一定程度上影响着施工的质量和进度。

1.2对材料的影响

高温环境下施工需要对采购材料的耐高温性能进行评价，增加了施工成本。隧道硝铵炸药高温下易膨胀，相关导爆管易软化；排水、通风管道等材料力学性能易受到影响；材料性能的下降会对施工造成较多的安全隐患。

1.3对结构的影响

隧道施工的砂浆锚杆的强度因高温环境而降低。同时，隧道初衬混凝土浇筑后，高温环境会产生较大的温度附加力，导致混凝土内外温差较大而导致初衬表面开裂，影响整体结构及围岩的稳定性。

2.施工中的关键技术及措施

地热隧道施工的关键是采取措施降低工作温度，同时需要对温度进行监测和预警，做好施工组织及施工应急方案。

2.1通风降温

隧道通风设备是施工必须的设施，直接利用通风管道进行降温是最直接和经济的方法。与常规隧道施工的通风不同，地热隧道通风需要带走较多的热能，达到降温的目的。所以，首先要加大风量。根据长大隧道压入式通风的经验，通风机功率越大，送风量越大；通风管的直径越大，通风阻力越小。所以，采用大功率通风机，同时增大通风管道的直径，能够有效提高散热的速率和降温的效率。

另外，要注意减小通风的漏风系数，确保管道安装及接缝的质量，减少风管的破损。当通风距离过长，可以通过中间增加风机，通过增设风渠进行风机的串联布置，以减少风压的损失。并且，合理的选择管道进风源的位置，可以避免过多的热量通过通风管压入施工隧道，降低降温效果。

2.2制冷降温

通风降温的效果不理想时可以通过人工制冷的方法进行降温。在隧道外，可以通过大型制冷机与隧道口风机配合，对管道进风进行人为的冷却，再将冷风压入施工环境，增加通风散热的效率。在施工局部面，一方面可以安置小型可移动式制冷机进行局部操作面和施工人员的降温；另一方面，可以通过机制造冰块，运至施工处通过冰的融化和水的蒸发达到物理降温的效果。

根据隧道地热分级标准，表1列出了不同等级地热环境的通风和制冷降温防治措施。甫当隧道不同里程段地热等级不同，根据分级措施表，甫当隧道通风、制冷的具体措施见表2。

地热隧道具体施工中，由于地热组成复杂多变，通风、制冷两大措施的降温效果较为单一，不能达到理想的降温效果。隧道施工中可以使用以下措施加以辅助，形成多元化、自适应的热灾害防治措施。

2.3喷雾、洒水降温

如果隧道附近存在江流、湖泊，可以在隧道口设置离心泵房，在隧道两侧架设ф10cm的冷却管，抽取低温水通过冷却管道送入隧道，并在冷却管沿线每隔3m～5m安装喷雾装置，通过低温水雾与高温气流的混合来降低施工环境温度。

同时，水雾还能够起到降低粉尘、净化空气的作用。无就近水源时，可采用制冷机生产的冷却水或者打井得到的地下水，效果更佳。

另外，根据爆破条例规定，炮孔的温度不得超过35℃，故爆破作业时，需要对炮孔进行冷却处理。常用的方式是进行注水冷却，在温度回升之前进行快速爆破。

2.4合理的施工组织

施工机械在高温下作业，难免出现故障，所以施工现场必须保证有两套施工设备。出现故障时，另一套设备可以及时替换故障设备，确保施工进度和维修质量。日常施工中要注意设备的轮流作业，缩短每班的作业时间，空闲设备及时进行安全检查和日常养护。

施工人员的身心更易受到高温的损害，施工中注意严格采用三班倒制度，合理安排作业班组，增加每班人数至25人左右，增加每班工作组数，控制每组工作时间在2小时内，尽量缩小人工作业的时间比例。

2.5施工个体保护

当施工的环境温度超过33℃时，属于高温作业环境，必须对施工人员进行高温补贴。为了调动工人的作业积极性和质量，减少高温作业的抵触心理，可以适当增加工资补助，并且保证防暑降温饮品或食物的供应。隧道外休息区需要配备空调房和吸氧室，保证轮班下来的工人能够快速的降温休息，减轻高原及高温的生理影响。在休息区和施工区之间尽量安排运输车辆接送施工人员，同时确保劳保物品的供应以及作业人员定期的健康检查。2.6温度监测及预报

由于隧道中导致热灾害的因素多而复杂，且热量的分布不均匀、变化不规律。为了能够提前、准确的了解热灾害的分布及危害程度，在施工过程中必须对地热温度进行实时的监控，才能合理、有效的进行应对和指导施工。

对于岩体表面、水平钻孔和炮孔也要做好温度预报工作，对前方岩体的温度进行监测，并对温度产生的原因加以预测，根据热体的类型采取合理的降温方式，以确保施工的安全。

2.7混凝土施工技术

高温下的隧道混凝土施工，特别是二衬浇筑易因温度应力产生裂缝。所以需要选择低热、矿渣等水泥，减小水化热。适当增加保水外加剂的用量，增加混凝土早起强度并能够一定程度上抑制开裂。在混凝土中适当掺入聚丙烯纤维，可有效增加抗拉强度。浇筑施工前要合理组织、提前规划，在岩体表面使用局部喷雾等方法降低至合适的作业温度，并保证浇筑作业快速完成。施工中要注意振捣及分段浇筑的长度，一般取6m为宜。混凝土养护中需注意进行14天的洒水养护，确保混凝土养护环境的温度、湿度。

3.结语

高原隧道地热分布及组成复杂，严重制约着工程施工的质量和进度，高温环境在材料、结构、个体、成本等方面造成不同程度的影响。本文结合甫当隧道高地热下的施工实际，在降温措施、个体防护及施工组织等方面进行了深入分析与研究，为未来高原隧道热害的防治提供参考和借鉴。

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