高寒地區(qū)隧道冬季施工技術(shù)

董 超，李 濤

(1.317指揮部, 四川成都 610041; 2.中建五局，湖南長(zhǎng)沙410004)

高寒地區(qū)隧道冬季施工技術(shù)

董 超1，李 濤2

(1.317指揮部, 四川成都 610041; 2.中建五局，湖南長(zhǎng)沙410004)

雀兒山隧道處于高原寒冷地區(qū)，海拔高、埋深大、氣候條件極其惡劣，是當(dāng)今世界上海拔最高的公路隧道。為了保證建設(shè)進(jìn)度和工程質(zhì)量，必須解決工程在冬季施工可能遇到的問題。文章從工程區(qū)的氣候特點(diǎn)入手，首先分析了冬季施工可能影響的施工環(huán)節(jié)，并借鑒其他類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，提出了各個(gè)環(huán)節(jié)的防寒保溫措施要求，以保證工程在冬季施工的順利進(jìn)行。

隧道； 高寒地區(qū)； 冬季施工； 防寒保溫

1 工程概況

雀兒山隧道起于國(guó)道G317線(川藏北線)四川省甘孜州德格縣瑪尼干戈鎮(zhèn)K336+200.00處，路線順溝前進(jìn)，K340+958進(jìn)洞，隧道東口高程4 377.01 m，隧道長(zhǎng)7 048 m，在隆降溝左側(cè)100 m左右K348+006出洞，隧道西口高程4 235.04 m，訖于六道班樁號(hào)K349+200，路線全長(zhǎng)12.995 km。其中隧道長(zhǎng)7 048 m，隧道東西引道長(zhǎng)5.947 km。隧道設(shè)平行導(dǎo)坑，平導(dǎo)與主洞線間距為38 m，平導(dǎo)長(zhǎng)7 081 m。隧道最大埋深700 m，是當(dāng)今世界上海拔最高的公路隧道。

2 氣象條件

雀兒山隧道隧址區(qū)屬典型的高原越嶺高寒氣候。主要特征是：熱量條件不足，氣候寒冷，氣溫年差較小，日差較大；日照充足，太陽輻射強(qiáng)烈，降水集中，干濕季節(jié)分明；而且海拔越高氣溫越低，積雪及結(jié)冰日期越長(zhǎng)，積雪厚度越大，氣象條件越惡劣。

隧址區(qū)年平均氣溫在-0.7℃，月平均氣溫在-9.5℃～8.8℃之間，最冷月(3月)平均氣溫為-9.5℃，最熱月(7月)平均氣溫為16.1℃，年極端最高氣溫為23.7℃，年極端最低氣溫為-36.2℃；全年平均積雪日數(shù)為174 d，最多積雪日數(shù)達(dá)245 d，最少積雪日數(shù)為90 d，年最大積雪深度為61 cm；各月平均地溫在-11.0℃～12.3℃之間；最大凍土深度143 cm。全年平均霧日為5～6 d，月平均霧日在0.2～0.8 d之間，東、西口月最多霧日在4 d左右。

雀兒山隧道隧址區(qū)11月～次年4月雪線最低高度均在海拔4 200 m以下。

3 高寒地區(qū)隧道工程冬季施工存在的問題

隧址區(qū)冬季漫長(zhǎng)(一般情況下從本年11月初至來年3月31日),為滿足工程進(jìn)度要求,冬季必須進(jìn)行隧道開挖、支護(hù)和襯砌混凝土施工。在冬季進(jìn)行隧道施工時(shí)，主要是對(duì)建筑材料、施工機(jī)械、施工場(chǎng)地以及施工人員等進(jìn)行有效的防寒保溫，尤其是混凝土的防寒保溫，具體有以下幾個(gè)方面：混凝土的防寒保溫；洞外供水、排水管路防寒保溫；鋼材加工的防寒保溫；空壓機(jī)的防寒保溫；施工機(jī)械防寒保溫；生活區(qū)防寒保溫；施工人員進(jìn)出洞防寒保溫。

4 冬季施工防寒、保溫措施

根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)、氣候特點(diǎn)，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定具體的、有針對(duì)性的防寒、保溫措施。當(dāng)環(huán)境晝夜平均氣溫(最高和最低氣溫的平均值或當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)、14時(shí)及21時(shí)室外氣溫的平均值)連續(xù)三天低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí)，實(shí)施本冬季施工防寒保溫方案。

施工前，應(yīng)預(yù)先收集當(dāng)?shù)貧v年氣象資料,及時(shí)分析掌握天氣預(yù)報(bào)的氣象變化趨勢(shì)及動(dòng)態(tài),便于提前安排施工,做好各種準(zhǔn)備工作。并根據(jù)本工程的具體情況,制定相應(yīng)的冬季施工方案和防護(hù)措施,并在冬季來臨前完成對(duì)相關(guān)管理和作業(yè)人員的冬季施工技術(shù)交底、質(zhì)量控制措施交底及相關(guān)安全知識(shí)培訓(xùn)。

4.1 混凝土防寒、保溫

4.1.1 混凝土保溫

冬季混凝土施工主要是做好保溫工作,而要做好保溫工作,則必須確定保溫方法。本工程保溫分洞外保溫和洞內(nèi)保溫。洞外主要是對(duì)拌合站進(jìn)行保溫,洞內(nèi)主要是確保二襯澆筑工作面的溫度。

(1)洞外保溫。

對(duì)整個(gè)拌和站搭設(shè)暖棚進(jìn)行包封,暖棚骨架為鋼結(jié)構(gòu),棚頂及四周安設(shè)保溫板及保溫墻,并覆蓋棚布密封,保證不漏風(fēng)。整個(gè)保溫棚共設(shè)兩個(gè)進(jìn)出口(砂石料及混凝土罐車進(jìn)出口),砂石料進(jìn)出口采用活動(dòng)推拉門,罐車進(jìn)出口采用電動(dòng)卷簾門(門外均加設(shè)長(zhǎng)大門簾),并安排專人負(fù)責(zé)推拉和開啟,最大限度減少棚內(nèi)熱量的散發(fā)。棚內(nèi)采用蒸汽鍋爐與干式熱風(fēng)爐加熱骨料及配料機(jī),配料機(jī)四周用保溫板進(jìn)行包封，保證砂石料加熱到10℃以上,暖棚內(nèi)溫度不低于5℃(當(dāng)棚內(nèi)溫度低于5℃時(shí)采用加設(shè)電暖氣滿足要求)。

通過熱工計(jì)算和對(duì)高原地區(qū)設(shè)備功效降低的綜合考慮,攪拌站暖棚配備的2 t蒸汽鍋爐與熱風(fēng)爐供熱能力為3 000 m2,攪拌用水加熱亦采用2 t蒸汽鍋爐。

(2)洞內(nèi)保溫。

要采取在洞口掛保溫門簾,洞口段200 m范圍內(nèi)每50 m加設(shè)臨時(shí)火爐進(jìn)行加熱，安排專人看管，并安裝排煙管道將煙霧排出洞外(圖1)。洞內(nèi)澆筑工作面用電暖爐加熱,臺(tái)車面板上掛設(shè)電暖片,保證洞內(nèi)溫度不低于5℃。為防止洞內(nèi)輸水管路受洞外的影響導(dǎo)致堵塞或不暢通,保證掌子面正常施鉆,洞外輸水主管路均采用保溫材料包裹,高壓水池亦采取覆蓋保暖措施。

圖1 火爐及排煙管路平面設(shè)置示意

4.1.2 混凝土施工方案

(1)拌制。

混凝土在拌合站集中拌制,拌制前做好試驗(yàn)調(diào)配,盡量選用較小水灰比及坍落度。延長(zhǎng)混凝土拌制時(shí)間,嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)溫度和混凝土入模溫度。

(2)運(yùn)輸。

采用罐車運(yùn)輸,罐體外用保溫棉套包裹保溫,加裝防滑鏈防滑。為確?；炷翢崃勘M量少散發(fā),過程中采取了相關(guān)措施減少混凝土在罐體內(nèi)等待時(shí)間。

(3)入模及振搗。

混凝土采用泵車入模,50振搗棒分層振搗密實(shí),嚴(yán)格控制每層厚度及振搗間距、振搗時(shí)間,并不得漏振和過振。

(4)拆模及養(yǎng)護(hù)。

當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到8 MPa時(shí)開始拆模,拆模時(shí)做好環(huán)境溫度與混凝土溫度的測(cè)量,防止溫差出現(xiàn)收縮裂紋。養(yǎng)護(hù)采用噴灑混凝土養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

哈爾濱分公司呼蘭片區(qū)的利民加油站位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在地理位置上沒什么獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楦浇霓r(nóng)戶比較少，最近也要15公里或者20公里的距離。這樣的距離中間不乏有諸多社會(huì)加油站?！袄裾靖鶕?jù)每個(gè)月的銷量、利潤(rùn)情況，再根據(jù)周邊社會(huì)加油站讓利情況，有時(shí)采取掛牌直降的措施?！崩窦佑驼窘?jīng)理范好光說，但這樣的優(yōu)惠力度不會(huì)太大，一般每升在0.1元～0.5元之間。

4.1.3 原材料要求

骨料不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物質(zhì)。暖棚外的砂石料堆放場(chǎng)地亦制作了雨雪棚,對(duì)砂石料進(jìn)行擋雪、擋雨。

由于冬季道路結(jié)冰,散裝水泥運(yùn)輸困難,故采用袋裝水泥。進(jìn)場(chǎng)的水泥及外加劑存放在相應(yīng)庫房?jī)?nèi),做好相應(yīng)防潮工作,并在暖棚內(nèi)存放一個(gè)周轉(zhuǎn)期的水泥和外加劑,使用完畢后及時(shí)從儲(chǔ)備倉庫內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至暖棚內(nèi),保證拌制混凝土?xí)r水泥及外加劑溫度均在5℃以上。

4.2 洞外供水、排水管路防寒、保溫

為了防止冬季供水管道凍壞，影響洞內(nèi)供水，需設(shè)高位水池的洞室，對(duì)高位水池頂部覆蓋保溫材料，洞外供水管線一律選用防寒海綿包裹，并用草繩纏繞，最后涂刷瀝青保溫，確保冬季施工要求。另外，隧道下坡段具備洞內(nèi)供水的施工集水坑做為高位水池，由洞內(nèi)供水。

洞外排水管線同樣選用防寒海綿包裹，并用草繩纏繞，最后涂刷瀝青保溫，確保冬季施工要求。為進(jìn)一步防止洞外排水管路凍結(jié)，可根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行電熱毯加溫的防凍措施。洞外排水管路經(jīng)保溫包裹后應(yīng)露出地面，便于及時(shí)對(duì)排水管路進(jìn)行檢查和清理，且安裝至排水河道，防止水管出口至河道的導(dǎo)流槽凍結(jié)，影響正常排水。

4.3 鋼材加工防寒、保溫

4.4 空壓機(jī)防寒、保溫

為確?？諌簷C(jī)在冬季正常工作，搭建空壓機(jī)保溫棚，設(shè)置保溫門或保溫門簾，保溫棚內(nèi)設(shè)火爐取暖保溫，防止不工作時(shí)循環(huán)水結(jié)冰，確?？諌簷C(jī)冬季正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)要作好防火、防煤氣中毒措施，棚內(nèi)必須安設(shè)通風(fēng)口，保證通風(fēng)良好，并安排專人進(jìn)行看管火爐，防止意外事故的發(fā)生。

4.5 施工機(jī)械防寒、保溫

搭建施工機(jī)械停放暖棚，或在不影響施工的情況下存放施工機(jī)械于洞內(nèi)。機(jī)械設(shè)備使用的防凍液確保符合當(dāng)?shù)胤纼鲆?，且施工機(jī)械均采用高標(biāo)號(hào)燃油和高質(zhì)量的附屬油。

4.6 生活區(qū)防寒、保溫

為確保冬季正常施工，堅(jiān)持以人為本的原則，特制訂生活區(qū)冬季防寒、保溫方案：生活區(qū)內(nèi)搭建鍋爐房，生活區(qū)各房間內(nèi)安裝暖氣，采用1 t高壓熱水鍋爐集中取暖，鍋爐房安排專門人員負(fù)責(zé)管理，確保冬季生活區(qū)連續(xù)供暖。

4.7 施工人員進(jìn)出洞防寒、保溫

隧道冬季施工時(shí)，洞內(nèi)溫度相對(duì)較高，隧道內(nèi)霧氣較大，而洞外溫度低，洞內(nèi)外溫差大，施工人員(尤其是開挖作業(yè)人員)從隧道內(nèi)到生活區(qū)進(jìn)行換衣物容易引起感冒、發(fā)燒等病癥，為防止上述病情的發(fā)生，確保施工人員身體健康，在洞口緊急醫(yī)療站旁邊搭建換衣間，換衣間內(nèi)設(shè)置火爐取暖保溫。

5 質(zhì)量保證措施

隧道冬季施工要嚴(yán)格落實(shí)施工過程各環(huán)節(jié)的防寒保溫方案，嚴(yán)格溫度監(jiān)測(cè)制度，認(rèn)真落實(shí)質(zhì)量責(zé)任制。要準(zhǔn)備充足的防寒保溫物資設(shè)備。加強(qiáng)施工設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，確保施工各環(huán)節(jié)順利進(jìn)行。施工前對(duì)攪拌設(shè)備、運(yùn)輸罐車、混凝土泵及管道用熱水或蒸汽進(jìn)行預(yù)熱，施工完畢后，進(jìn)行認(rèn)真清洗并將余水排放干凈。經(jīng)常檢查暖棚的密封情況，檢查供暖設(shè)備的完好情況，檢查施工設(shè)備的防寒保溫情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

施工時(shí)，混凝土中不得加入易引起鋼筋銹蝕的氯鹽外加劑，防止因鋼筋銹蝕致使混凝土主筋和箍筋方向產(chǎn)生裂紋。

嚴(yán)格控制混凝土水灰比，摻入減水劑、引氣劑等外加劑，加強(qiáng)振搗，提高混凝土結(jié)構(gòu)的致密性。加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)工作，保證混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)境足夠的濕度，保持混凝土表面濕潤(rùn)，防止混凝土失水過快引起混凝土表面裂紋?？刂起B(yǎng)護(hù)過程中混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差(小于20℃)，防止水分轉(zhuǎn)移造成混凝土結(jié)構(gòu)疏散。采取控制外加劑的摻量、外加劑充分溶解后與混凝土料攪拌均勻、加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)等措施，防止外加劑滲透到混凝土表面形成泛霜。

開春后，隨著氣溫的回升，根據(jù)工地氣溫監(jiān)測(cè)情況，必須達(dá)到連續(xù)七晝夜最低氣溫超過0℃時(shí)，方可解除冬季施工措施。

6 結(jié)束語

雀兒山隧道自2012年開挖進(jìn)洞以來，已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)冬季的施工，完成襯砌施工段落共947 m。從已完成段落效果上看，隧道的二襯混凝土尚未發(fā)現(xiàn)因寒冷引發(fā)的病害或損傷，為完成整個(gè)工程的進(jìn)度和質(zhì)量目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文是在借鑒其他類似工程相關(guān)的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實(shí)際，提出了較為全面地有關(guān)隧道冬季施工相關(guān)的方案保溫措施，希望能對(duì)高寒地區(qū)其他隧道施工提供參考。

[1] 陳小羊.大蜂蜜溝隧道冬季嚴(yán)寒條件下二襯混凝土施工探討[J].今日科苑,2010，(10)

[2] 謝秦湘.淺談天河梁隧道冬季施工技術(shù)方案[J].山西建筑，2008,34(9)

[3] 陽江林,李成普.巴郎山隧道進(jìn)口冬季施工保證措施研究[J].四川建材，2012,(5)

董超(1980～)，男，碩士研究生，工程師，從事工程管理工作。

TU752

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[定稿日期]2014-09-19