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1、浅析高海拔高寒地区隧道施工质量控制措施浅析高海拔高寒地区隧道施工质量控制措施王晓文(中铁二十三局四公司)摘要:基于青藏高原向四川盆地过渡的高山峡谷地带垭臼山隧道工程实践,本文从施工角度分析了高海拔高寒地区隧道施工的组织措施,质量控制措施,注意事项等具体做法,为类似工程提供技术参考.关键词:高海拔;高寒;隧道施工;质量控制1工程概况垭口山隧道是省道302线横穿四川省黑水县垭口山的一座单洞双车道对向行车二级标准的公路隧道,全长2302m,隧道沿东西向,纵坡为2-2%,进,出口海拔分别为3913m和3863m,洞身主体内轮廓采用了净宽9.318m,净高7.Om的单心圆弧拱型式,全隧V级围岩占4J0%
2、,级围岩占60%.隧址位于青藏高原向四川盆地过渡的高山峡谷地带,地势西北高,东南低.周围山峦起伏,山体总体呈南北走向,地面介于37004500m,相对高差7001200m,属深切高山区,区内最高峰雅克夏雪山海拔4743m.该区受西伯利亚的西风气流,印度洋暖流和东南太平洋季风三个环流系统影响,冬季漫长严寒,夏季短促,气候多变,极端最低气温一37.5,积雪冰冻期67个月,水位变幅明显受大气降水控制,具有暴涨暴落的特点.2隧道施工组织措施2.1主要施工原则紧紧抓住高原,高寒,缺氧,冻土的工程地质和气候特征,结合垭口山隧道特有的工程特点,在现有旋工条件下,按照”新奥法”施工原理,合理组织人,机,料等项
3、目管理要素,遵循”先探后挖,支护在先”及”管超前,严注浆.短进尺,弱爆破”,优质,安全,高效地建成垭口山隧道.2.2人员组织措施在海拔4000m左右的高海拔高寒区域施工,因空气稀薄,气压低,含氧量低,人工工作效率要下降3O40%,尤其在隧道内施工时,下降幅度会更大.因此在保证施工人员的人身安全和身体健康的情况下,必须采取必要和有效的措施.(1)增加施工作业人员,降低作业人员劳动强度,落实人员储备.下面结合垭口山隧道施工实际,以单洞三台阶开挖方法,隧道独头掘进1lOOm,开挖断面面积S=lOOmz为例进行劳动力配置(见表1).(2)采取维护施工作业人员稳定措施.高海拔高寒区隧道旌工,因高寒缺氧,
4、维持施工作业人员的稳定显得尤为重要,因个体差异,有的施工作业人员能够及时适应,有的需要37d才能适应,有的则需要更长时间,有的就根本适应不了,人员变动比较频繁.因此,除采取常规措施(如提高作业人员工资待遇;提高奖罚激励标准;及时改善工人生活条件和发放劳保防护用品)外,可采取如下措施维持施工作业人员稳定:加强洞内通风和补氧,给作业人员配备小型表1垭口山隧道施工劳力配置表序号工种(工序)每班人数班数合计人数l开挖班l52302支护班182363二衬班2O2404杂工班82165混凝土拌合站92l86后勤服务人员121127机械维修保养121128隧道混凝土缺陷处理20120背负式氧气瓶;按照施工作
5、业人员在岗时间长短发放津贴,时间越长津贴越多;制定当班工程量完成指标(工人平均水平),完成后当班发放奖金,当班兑现奖励承诺.2_3机械设备组织措施针对气压低,缺氧和高寒对机械设备工作效率影响较大的特点,遵循多用电动机械,少用内燃机械的原则,进行机械设备选型配套;同时,为提高机械效率,减少洞内污染,对内燃机械配备增压装置和废气净化装置,形成钻眼,出渣运输,支护和衬砌一整套的机械配套模式,探索出一套高原低温,缺氧下机械设备的组织管理重点和注意事项,下面通过垭口山隧道实际施工组织为例进行说明.(1)以钻眼,扒碴装碴,运碴形成的机械化设备组织.钻眼采用风动凿岩机,数量配备以工作面大小合理配置;扒碴装碴
6、以一台挖掘机和一台侧翻式装载机为主进行设备选型,最好为高原增压型;运碴以3台(依弃碴运距进行数量配备)自卸汽车组成车队,洞内合理安排会车点,以车辆等装碴为宜,当然,若电力等各方面条件允许,最好采用有轨运输更为科学.(2)以锚喷支护设备为主的施工组织.锚喷支护工序施工时间长短对开挖循环时间影响较大,该工序设备的合理组织直接影响该工序时间的长短.该工序所用机械设备以风动和电动为主,施工中要综合考虑风力及电力供应容量,有条件时合理安排作业面尽量三台阶同时同步施工,过程中加强通风补氧工作,喷锚作业结束后立即对喷锚机进行彻底清理,及时保养.r(3)以二次衬砌混凝土浇筑作业主要设备形成的机械化组织.二衬3
7、.2.7钢渣桩法钢渣桩法处理软基是利用工业转炉钢渣作为加固材料,灌入桩孔中,经振动密实,吸水固结而形成的桩体,转炉钢渣吸收软基中的水分,使桩体膨胀形成与周围土体挤密,与地基形成整体受力结构.3.2.8混凝土桩近年来发展起的一种新型桩就是低强度混凝土桩,以低强度混凝土桩为竖向增强体所形成的复合地基被称为低强度混凝土桩复合地基.由于采用低强度混凝土桩复合地基方法可有效提高地基承载力,减小地基沉降,粉砂土,淤泥,能处理粘性土等各种土性地基,适用在一般民用住宅,高层建筑,堆场等土木工程地基处理中.3.2.9深层搅拌利用水泥或石灰等其它材料作为主要的固化剂,通过深层机械搅拌,在地基深处将软土和固化剂强制
8、搅拌,利用固化剂和软土之间的一系列物理,化学反应,形成坚硬拌和柱体,与原土层一起起到复合地基的作用.4结束语在交通建设中软基条件下的路基修筑已经是道路工程领域的热点问题,目前,虽然有了许多处置方法与不同措施,但随着新材料,新工艺和新技术的发展,软基处置方法也在不断发展与更新.由于在交通建设项目中涉及的地理环境,建设单位,施工单位等较为复杂,这就要求各相关部门做好施工事宜和监督事宜,不断严格要求,不断创造出新的技术才能正解决软基的相关问题.参考文献1(.ITJ01796)公路软土地基路堤设计与施工技术规范.人民交通出版社2喻永华.公路中常用的软基处理方法及其检测.辽宁交通科技.2005(4).【
9、3李声平.高等级公路软基处理技术.山西建筑.2005.技一斗月大混凝土作业须配备如下机械设备:强制式搅拌机,自动计量配料机,混凝土运输车,混凝土输送泵,二次衬砌台车,二次衬砌台架,振捣棒.以上主要设备大部分以电动为主,混凝土运输车最好选用高原增压型.施工过程中机械的维修保养要作为重中之重.混凝土拌合站,混凝土输送泵,混凝土运输车每班施工结束后,要立即进行清理和保养,混凝土运输车运输过程以车等料为宜,混凝土输送泵配置两台(备用一台),混凝土拌合站生产能力要能满足现场混凝土浇筑需要(可根据实际情况配置备用一台或两台),相应机械设备操作人员和现场指挥人员必须满足现场作业班数要求.3高寒高海拔隧道保温
10、措施保温是面对高海拔,高寒的自然气候为保证施工人员的生活和生存基本条件,为确保所建工程在低温条件下的质量而提升环境温度的措施,垭口山隧道隧址区最早降雪白9月下旬开始,积雪冰冻期67个月,极端最低气温一37.5,为确保工期,隧道施工必须在冬期进行,因此采取必要的保温措施显得尤为重要.3.1洞门口安设防风保温门在隧道洞口搭设保温棚(可采用彩钢板和钢管架搭设,挂设棉门帘,设专人看护管理),达到隔断洞内,洞外热量交换,起到保温,防风的作用.3.2施工用水保温施工中采用加热水箱(罐),多级潜水增压泵供水技术,以满足洞内开挖及喷射混凝土施工需要,洞外部分及洞内200m范围内的水管表面裹上一层石棉,给水管保
11、温.3-3高压风管保温在洞外部分及洞内200m范围内的风管表面裹上一层石棉,给风管保温,并在洞口风管的拐角处设一个积水罐和排气阀门,及时排出管内积存的冷凝水,根据实际情况,在洞内风管最低处设积水罐和排气阀.3.4混凝土施工保温混凝土采用低温早强耐久性混凝土.搭设拌合站暖棚,砂石料保温棚,棚内安设暖气片,给砂石料保温,同时将棚内砂石料放置到”地炕”上,起到给砂石料加热的目的.拌合用水加热采用电热管,可设置两个大型水箱(容量可通过计算确定)用水泵交替供水,始终保持拌合用水温度要求.混凝土运输罐车上包裹棉篷布,以减少混凝土运输过程中的热量损失.通过采取这些措施可以保证混凝土入模温度不低于5E的要求.
12、混凝土入模后,可采用在模板周围增设电热器等,以保证混凝土养护温度达到要求.4高寒高海拔隧道防冻隔温措施高海拔高寒地区隧道冻害问题一直是寒区隧道工程亟待解决的一大难题,冻害直接威胁到隧道结构及运营行车的安全,给养护维修带来极大的困难,造成严重的经济损失.就目前垭口山隧道所处的气候及地理环境,如不采取措施,将产生冻害.垭口山隧道进出口400rn范围内全断面设置50ram厚的聚酚醛保温板和6mm厚FL纤维增强板新型材料防冻隔温层,通过该防冻隔温层的施工,取得了良好的防冻隔温效果,并总结出其施工工序如下:(1)首先检查隧道二次衬砌表面是否平整以及是否存在渗水,空洞,蜂窝或深裂缝等问题.如有以上问题应预
13、先处理解决,之后再继续下一步工序.(2)在隧道=:次衬砌表面测位,放线,打眼,并安设FL膨胀螺栓.(3)将FLu型件固定在螺栓端头,FLu型件与螺栓垂直,不可出现松动.(4)将聚酚醛泡沫保温板穿透Fu型件紧贴二衬,聚酚醛泡沫保温板完全覆盖二衬表面(聚酚醛泡沫保温板块必须连接紧密);再将FL龙骨用FL自攻钉固定在FLU型件上.FL龙骨延展方向同隧道纵深方向一致.FL龙骨加长时,必须使用FL接长件连接.(5)用FL自攻钉将FL纤维增强板固定在FL龙骨框架上.板与板相接时,留23mm伸缩缝.整个施工面延隧道纵深每隔30m,留一个20ram宽伸缩缝.要求整个施工面随隧道拱成自然弧形且平整牢固.(6)用
14、专用腻子及网带将FL纤维增强板之间缝隙密封后并打磨平整.要求板缝处封闭完全,平整.(7)在FL纤维增强板表面作装饰处理(涂各种涂料).5高寒高海拔隧道防,排水措施隧道排水系统冻结是导致高海拔高寒区隧道渗漏的重要原因之一.由于排水系统冻结,隧道渗水下排不畅,上游水压升高.在高水压作用下,渗水总是能从衬砌结构的薄弱环节渗出,造成渗漏.此外,隧道排水管沟的冻结也会给隧道防水带来不良影响.因此,在高海拔高寒区隧道防排水中,往往要采取专门的保温排水措施,保证排水系统在冬季不冻结.垭口山隧道排水设计按照清浊分流(围岩裂隙水与路面水分开引排)的原则进行设计,即:清水(围岩裂隙水)一环向排水盲沟和n型弹簧排水
15、管一纵向排水管横向排水管一中心深埋排水沟(路面下2m)一洞外保温出水口;污水(营运清洗污水,消防污水)一边沟沉砂池一洞内预制边沟一洞外路基边沟.该排水系统比较强大,施工中务求领会设计意图,严格按照图纸及规范要求组织施工,隧道排水系统作为一个完整的排水体系,整个体系应连接可靠,排水通畅.对设计图上允许选择的如盲管位置,泄水孔位置等,必须征得有关部门的认可和论证,不得自行其事,不得违规操作.目前,市场上的防排水材料品种繁多,五花八门,因此,从防排水材料的选择上,一定要精心检验,试验,挑选出物理力学性能满足防,排水要求,稳定性及耐久性好的防,排水材料用于工程实体.另外,防排水工程施工可委托有防排水施
16、工资质的专业队伍进行施工,施工中应确保衬砌与围岩的紧密贴合,防水板,止水带(条)的规范安装,施工缝,变形缝的精准施工,尤其是拱顶和仰拱部位,隧道设置的中心深埋排水沟和拱顶每隔3m设置注浆孔,施工中必须严格要求,严把中心预埋水沟质量关,从坡度到接缝处理到与横向排水管的联接必须一丝不苟,严控各工序施工质量和加强防水层的铺设效果.6结论通过垭口山隧道施工实践,可以得出以下结论:(1)在高海拔,高寒地区修建隧道,必须客观深入了解工程地质和水文地质情况,有针对性地围绕高海拔,高寒,气压低,缺氧等特点做好施工的各项准备工作并制定切实可行的隧道施工方案.(2)在高海拔,高寒地区修建隧道,为了保证施工人员的身
17、体健康其作业人员数量应比平原地区增加约一倍,工人作业劳动强度应比平原地区降低一个等级.必须加强隧道内的通风和补氧,必要时配备小型的背负式氧气瓶,补充作业过程中的氧气需要.(3)高海拔,高寒环境下进行隧道施工,必须充分考虑机械在低温,缺氧情况下的效率降低,维修保养难度增大的因素,合理配置机械设备,以多采用电动,风动,高原型机械,少采用内燃机械为原则,有条件尽量采用有轨运输方式.(4)高海拔,高寒环境下进行隧道施工,必须重视对洞内氧分压,湿度,温度,大气压,风速,粉尘,CO,120,等进行监测,并根据监测结果及时采取相应的保障措施.如:加强隧道内的通风和补氧,建立轮休制度和配备良好的医疗保健设施.(5)在高海拔,高寒地区修建隧道,必须高度重视防排水工作,全面做好防寒保温防冻胀工作.垭口山隧道这种强大的排水系统以及采用新型材料聚酚醛保温板和FL纤维增强板的保温防冻系统,取得了良好的效果,可供类似工程参考.童碑科丽
