高原隧道的设计与施工问题

杨得鸿

摘要：近些年来，我国一些高原地方的经济迅速发展，究其原因是因为当地交通便利了，使得当地的资源可以运到外面或外面的东西可以运到里面去了。这里所说的交通便利了是指高原隧道的增多，本文将具体分析一下高原隧道施工及质量控制。

关键词：高原隧道；施工技术；质量控制

中图分类号： TU74 文献标识码： A

引言：

近年来，隧道工程建设是我国国民经济快速发展的象征之一，是人民生活必不可少的交通运输渠道。无论是铁道工程还是公路工程，在翻越山岭、避开村镇、避开不良地质条件或减少耕地及林地的情况下，尤其是高原地带，都离不开隧道方案的实施。隧道是一个形状扁平的建筑物，施工环境较差、一旦建成难于更改、一般位于偏远的深山峡谷中。因此，水文地质和工程地质条件对隧道施工的成败起着决定性作用，把握好质量，对我国西部高原地区交通基础设施建设具有十分重要的意义。

1.高原隧道施工特点分析

在我国西部高原地区进行隧道施工有一下几个方面特点：自然条件差，海拔多在4000m左右,地处“高原季节性冻土区”,氧气稀薄、气压低、温差大,自然、生态环境极其恶劣。环保要求高，由于生态环境及自然环境极差,施工单位必须严格执行《青藏铁路高原冻土区工程施工暂行规定》的若干细则，并坚持“开发和环保并重，预防为主，环保优先”的原则,以维护施工场地的生态平衡。低压缺氧，昼夜温度变化大，工作效率低，大大降低工人劳动效率。施工单位应根据“青藏铁路卫生保障指导意见及保障措施”的要求安排作息时间、工作强度、劳动医疗保护措施等,并按照机械施工为主的原则组织施工。机械利用率低，海拔每升高1000m,机械的使用功率要下降约10%。内燃机械防冻启动较难。施工技术要求高，由于高寒隧道施工极易产生冻害问题,所以施工中必须综合考虑隧道掘进、防寒保暖、防排水、低温混凝土施工、施工机械配套、施工人员安全防护、通风、新材料的运用等一系列技术问题。因此，从保护冻土出发，必须坚持合理地安排施工工序和进度，做好各工序的衔接工作。

2.高原隧道施工要点分析

2.1隧道爆破时的扰动对冻土环境的影响

由于地下开挖强制性地干扰了地温，对冻土产生热侵蚀，不但改变了以冻土作为基础的工程性质和冻土环境，而且还改变了工程环境质量。当隧道穿过较厚的基岩时，爆破所引起的扰动是不会波击到冻土环境的；在洞身位于浅埋区段或洞口周围条件较差的情况下，为防止因爆破方法不当而引起较大坍方事故的发生，甚至在更大范围内造成对冻土环境的破坏，这时必须足够的重视爆破对围岩的扰动。因此，洞口施工应减少对冻土水热状态的扰动，并应考虑两洞口可能出现的冻胀及热融滑塌而对工程造成的影响。

2.2高原隧道施工的通风方法

隧道施工通常采用的通风方法有：自然通风、扩散、引射器通风、水力引射器通风、机械通风、压气引射器通风、压入式通风、抽出式、压出式通风、利用辅助坑道通风和混合式通风等方式。过去的高原隧道施工通风方法，对距离较短的隧道通常采用独头压入式通风方式；有巷道式通风条件时则采用巷道式通风方法；而采用无轨运输的关角隧道施工污染较严重，其通风方案如果采用压入式通风方式，虽然具备较强的可操作性和较简单的施工组织管理等优点，但需要风机提供的风量过大，且通风机整体能耗较高、总功率过大，整体漏风率过高，独头通风距离过长，能源浪费严重，受斜井断面净空间限制的影响，难以为每个工作面布置,条大直径通风管+方案可优化可调整的空间较小，可靠性偏差，斜井井身内风管维护保养不方便等缺点。

2.3高原高寒地区隧道砼的抗冻融破坏施工

初期支护喷砼和现浇衬砌砼在低温下施工冻结分为：运输、拌制、施工过程中受冻和养护期间受冻。养护阶段是砼具有一定的初始强度后的冻结，更容易发生水分迁移，破坏程度大于前者。养护期间，冻结因受砼内外温度平衡过程的影响，其表面的冻结程度大于内部，解冻时对冻伤几乎无恢复性。运输、拌制、施工过程中的冻结是砼不具备初始强度的时候，虽然内外冻伤基本一致，且解冻后砼强度有一定的恢复性，但是仍然损失较大。在运营期间，隧道衬砌混凝土主要是衬砌背后的地下水。在低温条件下冻结膨胀产生应力，会破坏混凝土毛细孔及混凝土中的游离水；在低温情况下，反复冻融以及冻结膨胀破坏，混凝土强度会随着凝结力的降低而降低，严重则会破坏混凝土。

2.4施工机械设备的配置问题

在0～4000m范围内，海拔每升高1000m，大气压降低10％。相对平原指标，内燃机功率指标下降8％～12%，而空气动力设备功效指标则下降10％～13％，且高原地区金属结构件的脆性断裂较平原地区高出3～4倍。如海拔高度为3330m的鹧鸪山（东口）隧道，内燃设备油耗上升25%，功率损失为34%，低温启动困难，废气排放污染严重，实测空气动力设备功效下降可高达53%，机械故障率相对平原地区高出2～3倍。

3.高原隧道质量控制要点分析

高原地区的气候环境十分恶略，气温多数时候偏低，下面我们就来结合高原地区的环境特点，来分析一下高原隧道质量控制策略分析。

3.1对开挖质量监督分析

开挖是山岭隧道施工的第一道工序,它的施工质量对后续工序有重要影响。超挖不仅造成支护与衬砌材料的浪费,还会导致衬砌背后出现空洞；欠挖则会减薄喷射混凝土与衬砌混凝土的厚度。不论是衬砌背后存在空洞还是衬砌厚度不足,都会对隧道衬砌结构的长期稳定埋下隐患，超挖填补或欠挖修整都会增加施工成本。因此,要想降低工程造价和提高工程质量，就必须严格控制开挖过程中的超欠挖管理。在汤屯段隧道施工过程中,业主要求承包商在监理的监督下，每隔20m用激光断面仪对隧道的开挖断面进行检测。一旦发现问题及时处理,这样在很大程度上能避免隧道开挖轮廓的不规整和开挖轴线偏移现象的发生,从而保证了隧道衬砌的厚度,为提高隧道整体施工质量奠定了基础。

3.2隧道排水系统质量监理控制要点分析

防排水系统由防水混凝土、防水隔离层、施工缝、变形缝、盲沟和排水管组成。在隧道初期支护与二次衬砌间设置环向排水盲沟及防水层，隧道两侧拱脚设置纵向排水管，隧道仰拱中心设置纵向水泥管保暖水沟，拱脚纵向塑料排水管与仰拱中心水泥管中心沟间设置横向排水管，使防水层背后的水通过盲沟及防水层背后流至隧道两侧拱脚的纵向排水管，再通过横向排水管流至仰拱中心水泥管保暖水沟，最后通过中心沟流至洞外。中心排水管一般采用预制的混凝土管，上面按设计要求梅花布置直径的小孔，混凝土管用土工布包裹，四周用碎石回填；盲沟与纵向排水管，纵向排水管与横向排水管，横向排水管与中心排水管必须按设计要求连接好，才能使水顺利排出洞外。防水板背后排水盲沟管的布设，安装是先在喷射混凝土面上定位划线，线位布设原则上按设计盲沟管间距进行，但根据洞壁实际渗水情况作适当调整，尽可能通过喷射层面的低凹处和有出水点的地方。

3.3仰拱及仰拱回填质量监理控制要点分析

仰拱施工时，首先要检查底标高是否满足要求，以保证仰拱厚度，仰拱中有钢架的，按设计要求连接牢固，闭合成环，保证隧道安全；仰拱混凝土浇注前，应清除积水、杂物、浮渣等，严禁片石侵入仰拱断面。仰拱回填混凝土浇注必须使用模板，混凝土应振捣密实，仰拱施工缝和变形缝处应按设计要求进行防水处理，仰拱回填施工时，要注意按设计预埋横向排水管。

4.结语

有句话说的是“要想富先修路”，针对我国西部高原地区的地形特征来说，虽然修路的难度较大，要想修只能修隧道居多，因此对于技术的要求非常高。但是随着我国科技的不断发展，隧道技术也不断更新换代，基本上对满足现代隧道的施工要求不成问题。在这个利益为上的社会中，希望隧道施工企业在施工过程中能够把工程质量放在第一位，使得高原隧道对我国西部地区做出更大的贡献。

参考文献：

[1]李玉珍等(译).新爆破手（日本工业火药协会编）[M].湖北科学技术出版社,1998-05.

[2]吕春绪等.工业炸药[M].兵器工业出版社,1994-01.

[3]龙锦永等.青藏铁路高原多年冻土区工程施工暂行规定(上册)[S].铁道部建设管理司,2001-10.