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1、高原地热条件下隧道建设技术的研究摘要：由地热引起的高地温问题严重制约隧道工程建设，而在这方面的研究工作还没有系统的开展。本文结合拉日铁路达嘎山隧道的建设，针对高地温引起的问题，从施工技术和安全生产方面提出了相应的措施。为保证在高温环境下施工的正常运行，采取降温、支护以及相应的安全爆破方法；另外，提出了一系列保护工人健康的安全措施。关键词：高原地热；隧道；施工措施；安全1 引言高原地热条件下，隧道施工时洞室内的高温地热会对工程产生热害，产生较大影响。施工环境中高温高湿现象不仅危害作业人员的健康和安全，同时也将降低劳动生产率，甚至使施工无法进行；同时使机械设备的工作条件恶化，效率降低，故障增多。因
2、此，对高原地热条件下隧道施工措施的研究就显得尤为必要。2 工程概述2.1 工程概况达嘎山隧道位于雅江左岸山前冲、洪积台地后缘一山坡上；洞身通过雅鲁藏布江北岸中高山区，地形起伏极大，地势极为陡峻，洞身穿越的山体高程范围为37804530m，山势总体东高西低，山体周边冲沟发育，V型冲沟较多，沟内小型泥石流发育，洞身上方有一条常年流水冲沟；出口位于一泥石流冲沟左岸。2.2地热对施工的影响隧道施工中，人员和机械都受到地热较大影响，主要情况有以下几种：a. 很多施工人员由于作业时间长，会出现头晕、呕吐情况；b.由于施工机械散热难问题，造成故障率逐渐升高；c.在部分地段围岩表面，潮解现象时有出现，遇水变成
3、粉末状，造成岩面喷射混凝土很难粘结；d.造成普通的硝铵炸药膨胀，有的出现包装纸胀裂的现象；部分导爆管发生软化失去弹性，在挤压后无法恢复原状；e.大部分砂浆锚杆强度降低；f.测量仪器精确度大大下降，在测量仪器说明书中正常工作环境温度范围为-2040。3. 防地热关键技术及措施在施工过程中应及时做好超前地质预报，确定热泉的成因、水源、运动、水质、水量等参数，上报设计院进行动态设计，及时增加散热横洞。对于有条件引走、排空的地下温泉，应及时引走。治理洞内热水按照“以堵为主，以排为辅”的原则。严防热水在隧道内蔓延而威胁施工人员的安全。在温度较高的地段，可采取喷雾降温；在有条件的地段，可抽取江水在隧道内形
4、成水循环降温系统。还应加强合理组织施工，优化工序循环，加大机械施工在总施工时间中的比例，尽量减少人员的操作时间。并做好施工应急预案，在备好抢险物质。3.1.1辅助坑道设计在峡谷区地质的复杂情况下，隧道洞口施工场地困难非常大。此隧道应考虑运营通风、工期等要求结合隧道所处地质、地形条件设置四座辅助坑道。对于地热隧道施工中，辅助坑道选取应尽量考虑顺坡横洞。首先是借助横洞以防施工工期过长；其次是在高原地热施工地段中，借用水泵把雅鲁藏布江内的冷水抽到洞中，使得洞内的热水与其进行热交换后排出隧道外，进而达到降低洞内热水温度的目的。3.1.2抽排洞内热水应采用2台55kW、30m3h的水泵通过80mm(壁厚
5、5mm)镀锌管及时的将集水坑内混合水排出洞外，以达到缩短热水在洞内与周围空气进行热交换的时间段，有利于降低洞内环境温度。洞内温泉热水的涌出量是水泵的容量进行及时调配的依据，应备用一台水泵。3.1.3加强通风加强通风是改善隧道内湿热条件的最简便而行之有效的方法之一，尤其是在热害程度较小的情况下效果更加突显，而且也是非常经济可行的。(1)在采用通风降温时，通常来说都是力求加大风量，来使由岩体放出的热量分散到更大体积的空气中，来达到降低温度的目的；再者是把风速提高，来改善人体的散热条件。然而风量和风速的增加是有限制的，由于过高的风速会引起粉尘颗粒对身体健康影响比较大。(2)在设备和施工条件有限，利用
6、增加管路和风机来增加通风量不现实时，还得要确保风管的安装质量、保证维护管理顺利、降低漏风和风压损失，需要时可以选用风机分散串联办法来确保风管的漏风长度得到控制，进而做到加大风压和风量。(3)在布置通风系统时，要合理的安排以达到降温的目的。设计通风时不仅要保证风速及风量、温度及湿度等参数的确定合理，还要尽力促使进风流躲开湿源、热源，降低进入风流中的水汽和热量。降温的效果也取决于通风方式的选择。通风方式主要有纵向通风方式、全横向通风方式、半横向通风方式和组合通风方式等，每种方式都有各自的优缺点，要根据具体条件选择合理的通风方式。(4)加大局部通风强度，提高工作面的风速，可在工作面附近采用局部通风措
7、施，如引射器等，效果更好。降低洞内作业环境温度、改善作业条件最重要的一种手段是加强通风。洞内处于高温环境时，选取常规的单管压入式通风不易达到高效降低洞内环境温度，尤其是伴随掌子面的推进，洞内通风效果也越来越差。可以加设一台通风机，选取规格为117kW*2、1800m3min，利用1500mm的风管给工作面送风，选用的通风方式为双管压入式。在布置洞口外面的通风机时，最好是远离洞口30m，以防洞内排出的热空气循环再次进入通风机中，影响通风降温的效果。3.1.4喷雾降温从洞外水池把冷水水管接至洞中，把两根100mm的输送钢管顺着洞顶分别架设于两侧，还要每隔35m在钢管上安设喷雾器装置，做到沿洞线喷雾
8、。利用水雾冷却洞内岩面，使其与洞内热空气混合，达到有效的降低洞内温度的目的。此时，洞内粉尘还可以通过高压喷雾吸收，大大降低粉尘浓度，有效改善施工条件。3.1.5应用隔热材料此方法是利用热导率低的隔热材料来减少冷热之间的热交换来达到降温。此材料大多用于管道、岩面、和风筒隔热单个方面。(1)用于围岩隔热：可以将隔热材料均匀喷涂在围岩一周；随后在衬砌背后充填隔热材料；采用内层或中层喷涂隔热材料的复合式衬砌的方法。(2)用于管道隔热：在管外包裹泡沫塑料，同时在管外喷涂化学发泡剂或直接采用硬质塑料管来达到减少散热的功能。(3)用于隔热风筒：采用双层隔热风筒或外包隔热材料的风筒等，来阻止热量交换。高地热隧
9、道的施工措施，方式虽然多种多样，可在施工过程中如何因地制宜的运用相应措施来达到良好的降温效果，这是一个需要谨慎考虑的问题。第一是以改善洞内高温环境作为主要方案来考虑的，考虑工点实际需要，还要确系经济条件允许和技术条件可行的情况范围内，还可以在设计中同时采取多种结合的防治措施来达到更好的防治目的。32支护措施洞内高温是由于隧洞穿越断层、地下高温温泉涌出造成的。在施工进程中，应当在掌子面推进时使用超前勘探，且超前探孔达到120m。同时，利用超前钻孔掌握掌子面前的具体地质环境，进而采取有效措施防范隧洞开挖中可能出现的塌方、集中涌水等情况。在地下水富足、洞段集中时可以选取超前灌浆来拦截地下水；遇到围岩
10、破碎稳定性差时，可以选取超前管棚、导管注浆、超前锚杆等方法，来确保施工中围岩的自稳能力。高地热条件中，在隧洞衬砌支护施工期间首先要确保洞内温度适宜；其次还要保证运行期间列车的正常运作。因此，在选择衬砌支护形式时，应综合考虑施工期和运营期的要求。无论何种形式，模筑混凝土的优先选择都应考虑以下方面：a.以防高温时的强度大量降低，选取合适的水灰比的同时，要兼顾混凝土的耐久性，应该采用分离粉碎型高炉矿渣水泥，然后通过试验后优选混凝土配合比和掺合剂。 b. 应适当缩减一般衬砌混凝土的浇筑长度。c. 为了混凝土衬砌的收缩可以不受约束，缓冲材料可选用防水板和无纺布组合而成。d. 一般在两侧拱角延长方向适当设
11、置裂缝诱发缝。3.3爆破作业一定要快速集中装药、孔内装药并在孔外起爆。在经过重复试验后，把冷水注入孔内，在1.5h后可降低炮孔中的温度至25左右，需要30min时间来达到规范要求的35，所以要达到火工品使用安全，就一定在30min内做好装药爆破作业。一次起爆孔的数量和配备爆破工的数量的确定可利用必要条件反向计算得到，进而保证火工品的使用安全性。4高温环境下的安全文明施工我国有关部门对隧道施工作业环境的卫生标准都有规定，为保证隧道施工人员进行正常的安全生产。比如铁道部规定，隧道内气温不得超过28；如交通部规定，隧道内气温不宜高于30。41调整施工组织对施工现场进行实地考察分析，进而调整施工组织：
12、作业形式仍采用原来的三班倒，适当增加每个班组作业人数，将原班组每班1015人，增加至每班2032人，每班分为两组，缩短每班组人员的作业时间。每组工作时间控制在12 h，采取轮流循环作业方式，前一组进入低温室休息，下一小组紧接着进行作业。尽量提高机械施工在总施工时间中的比例，进而减少人员的作业时间。同时，施工应急预案工作要到位，抢险物质一定要备齐。以防进洞施工的机械设备因高温作业环境经常出现的熄火问题，需增加一套机械设备，使洞内机械设备轮流工作，并做好洞外机械设备的及时维修和保养。42加强劳动保护按国家相关的规定：假如施工单位不能有效降低工作场所温度，温度高于33时必须支付给劳动人员高温补贴费。
13、为确保现场正常施工，需要增加一倍以上的工人工资，并且及时供应防暑降温食物，还要加大劳保用品的发放力度，同时，做好所有劳动人员定期身体检查的工作。作业人员出入隧洞，必须有专门运输车辆接送，以确保人员的身体健康及施工现场的正常进行。只有真心做到关爱工人，才能调动他们工作的积极性，并保证施工正常进行。4.3安全管理措施对于项目部必须安排安全员24小时跟班作业协助施工、现场指导，还有爆破工作必须聘请专业人员；持续做到短循环、小进尺，统一指挥洞内爆破，装药量预先设计；装药前必须用高压风吹干净爆破孔，并做好爆破孔数量检查；装药时由爆破员区别好毫秒雷管段别，谨遵爆破设计顺序进行装药；爆破装药前布设岗哨，以防
14、非工作人员误入爆破区。作业分组、分片做到定人定位施工，保证集中快速完工。在工作面和洞内安置固定式传感器，设置在洞内氧的浓度不足18时，自动的气体报警器便发出报警信号，保证洞内人员及时安全疏散。5.结语通过对拉日铁路达嘎山隧道地热段分析，阐述地热对施工的影响，并总结有关隧道地热段建设的施工方法，并对高温环境下的安全文明施工进行介绍。，由于不同的工程地质条件和水文条件，实际隧道中由地热产生的问题也是不一样的，需针对实际情况对隧道地热段选用合理的施工安全措施。小清新文章来源海内论坛:www.hnlt.org参考文献1刘坚.玉蒙铁路旧寨隧道地热段施工技术研究J.铁道建筑技术.2010,(2).2舒磊,楼文虎.羊八井隧道地温分析J.冰川冻土,2003(增).3徐长春,王良洪,刘鹏.基于链式理论的隧道水灾害治理山西建筑J,2008(13).
