高原隧道的設計與施工問題

楊得鴻

摘要：近些年來，我國一些高原地方的經濟迅速發展，究其原因是因為當地交通便利了，使得當地的資源可以運到外面或外面的東西可以運到里面去了。這里所說的交通便利了是指高原隧道的增多，本文將具體分析一下高原隧道施工及質量控制。

關鍵詞：高原隧道；施工技術；質量控制

中圖分類號： TU74 文獻標識碼： A

引言：

近年來，隧道工程建設是我國國民經濟快速發展的象征之一，是人民生活必不可少的交通運輸渠道。無論是鐵道工程還是公路工程，在翻越山嶺、避開村鎮、避開不良地質條件或減少耕地及林地的情況下，尤其是高原地帶，都離不開隧道方案的實施。隧道是一個形狀扁平的建筑物，施工環境較差、一旦建成難于更改、一般位于偏遠的深山峽谷中。因此，水文地質和工程地質條件對隧道施工的成敗起著決定性作用，把握好質量，對我國西部高原地區交通基礎設施建設具有十分重要的意義。

1.高原隧道施工特點分析

在我國西部高原地區進行隧道施工有一下幾個方面特點：自然條件差，海拔多在4000m左右,地處“高原季節性凍土區”,氧氣稀薄、氣壓低、溫差大,自然、生態環境極其惡劣。環保要求高，由于生態環境及自然環境極差,施工單位必須嚴格執行《青藏鐵路高原凍土區工程施工暫行規定》的若干細則，并堅持“開發和環保并重，預防為主，環保優先”的原則,以維護施工場地的生態平衡。低壓缺氧，晝夜溫度變化大，工作效率低，大大降低工人勞動效率。施工單位應根據“青藏鐵路衛生保障指導意見及保障措施”的要求安排作息時間、工作強度、勞動醫療保護措施等,并按照機械施工為主的原則組織施工。機械利用率低，海拔每升高1000m,機械的使用功率要下降約10%。內燃機械防凍啟動較難。施工技術要求高，由于高寒隧道施工極易產生凍害問題,所以施工中必須綜合考慮隧道掘進、防寒保暖、防排水、低溫混凝土施工、施工機械配套、施工人員安全防護、通風、新材料的運用等一系列技術問題。因此，從保護凍土出發，必須堅持合理地安排施工工序和進度，做好各工序的銜接工作。

2.高原隧道施工要點分析

2.1隧道爆破時的擾動對凍土環境的影響

由于地下開挖強制性地干擾了地溫，對凍土產生熱侵蝕，不但改變了以凍土作為基礎的工程性質和凍土環境，而且還改變了工程環境質量。當隧道穿過較厚的基巖時，爆破所引起的擾動是不會波擊到凍土環境的；在洞身位于淺埋區段或洞口周圍條件較差的情況下，為防止因爆破方法不當而引起較大坍方事故的發生，甚至在更大范圍內造成對凍土環境的破壞，這時必須足夠的重視爆破對圍巖的擾動。因此，洞口施工應減少對凍土水熱狀態的擾動，并應考慮兩洞口可能出現的凍脹及熱融滑塌而對工程造成的影響。

2.2高原隧道施工的通風方法

隧道施工通常采用的通風方法有：自然通風、擴散、引射器通風、水力引射器通風、機械通風、壓氣引射器通風、壓入式通風、抽出式、壓出式通風、利用輔助坑道通風和混合式通風等方式。過去的高原隧道施工通風方法，對距離較短的隧道通常采用獨頭壓入式通風方式；有巷道式通風條件時則采用巷道式通風方法；而采用無軌運輸的關角隧道施工污染較嚴重，其通風方案如果采用壓入式通風方式，雖然具備較強的可操作性和較簡單的施工組織管理等優點，但需要風機提供的風量過大，且通風機整體能耗較高、總功率過大，整體漏風率過高，獨頭通風距離過長，能源浪費嚴重，受斜井斷面凈空間限制的影響，難以為每個工作面布置,條大直徑通風管+方案可優化可調整的空間較小，可靠性偏差，斜井井身內風管維護保養不方便等缺點。

2.3高原高寒地區隧道砼的抗凍融破壞施工

初期支護噴砼和現澆襯砌砼在低溫下施工凍結分為：運輸、拌制、施工過程中受凍和養護期間受凍。養護階段是砼具有一定的初始強度后的凍結，更容易發生水分遷移，破壞程度大于前者。養護期間，凍結因受砼內外溫度平衡過程的影響，其表面的凍結程度大于內部，解凍時對凍傷幾乎無恢復性。運輸、拌制、施工過程中的凍結是砼不具備初始強度的時候，雖然內外凍傷基本一致，且解凍后砼強度有一定的恢復性，但是仍然損失較大。在運營期間，隧道襯砌混凝土主要是襯砌背后的地下水。在低溫條件下凍結膨脹產生應力，會破壞混凝土毛細孔及混凝土中的游離水；在低溫情況下，反復凍融以及凍結膨脹破壞，混凝土強度會隨著凝結力的降低而降低，嚴重則會破壞混凝土。

2.4施工機械設備的配置問題

在0～4000m范圍內，海拔每升高1000m，大氣壓降低10％。相對平原指標，內燃機功率指標下降8％～12%，而空氣動力設備功效指標則下降10％～13％，且高原地區金屬結構件的脆性斷裂較平原地區高出3～4倍。如海拔高度為3330m的鷓鴣山（東口）隧道，內燃設備油耗上升25%，功率損失為34%，低溫啟動困難，廢氣排放污染嚴重，實測空氣動力設備功效下降可高達53%，機械故障率相對平原地區高出2～3倍。

3.高原隧道質量控制要點分析

高原地區的氣候環境十分惡略，氣溫多數時候偏低，下面我們就來結合高原地區的環境特點，來分析一下高原隧道質量控制策略分析。

3.1對開挖質量監督分析

開挖是山嶺隧道施工的第一道工序,它的施工質量對后續工序有重要影響。超挖不僅造成支護與襯砌材料的浪費,還會導致襯砌背后出現空洞；欠挖則會減薄噴射混凝土與襯砌混凝土的厚度。不論是襯砌背后存在空洞還是襯砌厚度不足,都會對隧道襯砌結構的長期穩定埋下隱患，超挖填補或欠挖修整都會增加施工成本。因此,要想降低工程造價和提高工程質量，就必須嚴格控制開挖過程中的超欠挖管理。在湯屯段隧道施工過程中,業主要求承包商在監理的監督下，每隔20m用激光斷面儀對隧道的開挖斷面進行檢測。一旦發現問題及時處理,這樣在很大程度上能避免隧道開挖輪廓的不規整和開挖軸線偏移現象的發生,從而保證了隧道襯砌的厚度,為提高隧道整體施工質量奠定了基礎。

3.2隧道排水系統質量監理控制要點分析

防排水系統由防水混凝土、防水隔離層、施工縫、變形縫、盲溝和排水管組成。在隧道初期支護與二次襯砌間設置環向排水盲溝及防水層，隧道兩側拱腳設置縱向排水管，隧道仰拱中心設置縱向水泥管保暖水溝，拱腳縱向塑料排水管與仰拱中心水泥管中心溝間設置橫向排水管，使防水層背后的水通過盲溝及防水層背后流至隧道兩側拱腳的縱向排水管，再通過橫向排水管流至仰拱中心水泥管保暖水溝，最后通過中心溝流至洞外。中心排水管一般采用預制的混凝土管，上面按設計要求梅花布置直徑的小孔，混凝土管用土工布包裹，四周用碎石回填；盲溝與縱向排水管，縱向排水管與橫向排水管，橫向排水管與中心排水管必須按設計要求連接好，才能使水順利排出洞外。防水板背后排水盲溝管的布設，安裝是先在噴射混凝土面上定位劃線，線位布設原則上按設計盲溝管間距進行，但根據洞壁實際滲水情況作適當調整，盡可能通過噴射層面的低凹處和有出水點的地方。

3.3仰拱及仰拱回填質量監理控制要點分析

仰拱施工時，首先要檢查底標高是否滿足要求，以保證仰拱厚度，仰拱中有鋼架的，按設計要求連接牢固，閉合成環，保證隧道安全；仰拱混凝土澆注前，應清除積水、雜物、浮渣等，嚴禁片石侵入仰拱斷面。仰拱回填混凝土澆注必須使用模板，混凝土應振搗密實，仰拱施工縫和變形縫處應按設計要求進行防水處理，仰拱回填施工時，要注意按設計預埋橫向排水管。

4.結語

有句話說的是“要想富先修路”，針對我國西部高原地區的地形特征來說，雖然修路的難度較大，要想修只能修隧道居多，因此對于技術的要求非常高。但是隨著我國科技的不斷發展，隧道技術也不斷更新換代，基本上對滿足現代隧道的施工要求不成問題。在這個利益為上的社會中，希望隧道施工企業在施工過程中能夠把工程質量放在第一位，使得高原隧道對我國西部地區做出更大的貢獻。

參考文獻：

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