复杂地质条件下高寒隧道快速施工技术

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摘 要：米拉山隧道是世界海拔最高的公路长大隧道，隧道全长5.727公里，平均海拔4750米，具有高寒、低温、低压、缺氧、地质破碎的特点。通过对拌合站及原材料保温加热、高压水有效保温、优化富水断层破碎带围岩施工、优化隧道施工机械组合及人员配备、加强通风及供氧研究、实践、总结、改进、提高，获得了在高海拔高寒地区修建隧道的基本经验和一些施工关键技术，对后续复杂地质条件下高寒隧道快速施工提供了一定的经验。

关键词：复杂地质条件；隧道施工；管棚；高海拔；高寒地区

中图分类号：U455.49 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）05-0054-02

Abstract： Mila Mountain Tunnel is the world"s highest highway tunnel， with a length of 5.727 km， an average elevation of 4750 meters， has the characteristics of subnival area， low temperature， low pressure， hypoxia， and geological fragmentation. Through heat preservation and heating of mixing station and raw materials， effective heat preservation of high pressure water， optimization of surrounding rock construction of water-rich fault broken zone， optimization of tunnel construction machinery combination and staffing， and strengthening ventilation and oxygen supply research， practice， summary， improve and enhancement， the basic experience and some key construction techniques of tunnel construction in high altitudes and cold areas are obtained， which provides certain experience for the rapid construction of tunnels in subnival areas under complicated geological conditions.

Keywords： complex geological conditions； tunnel construction； Pipe shed； high altitude； subnival area

1 工程概况及地质特点

1.1 工程概况

米拉山隧道位于工布江达县境内，与拉萨市墨竹工卡县相界，隧道南北向横穿海拔5350m的米拉山。隧道设计长5727米，最大埋深约375m。隧址区地貌类型为高山山岭，北侧为地势低洼的尼洋河流域，南侧为墨竹曲流域地貌。

1.2 工程地质与水文地质

据工程地质测绘及钻探揭露，隧址区地层主要为晚第三系新达拉（NX）花岗岩、下第三系-上白垩系林子宗（K2-E）l3）凝灰岩、前奥陶系松多岩群岔萨岗岩组（AnOc）板岩、冰水积（Q3fgl）碎石土、崩坡积（Q4c+dl）碎石土。

隧址区水系为雅鲁藏布江水系，沿线地表水十分丰富，在季风气候条件下，河谷流量随季节变化大，洪水期与枯水期的流量相差悬殊。隧址区一带有断裂构造，岩层倾角较大，其产状303∠70°，主要为片麻状花岗岩，无大的隔水层，分布广泛的含水地层稳定，在地表分水、地下分水岭及侵蚀基面挟持下形成独立的地下水补给、赋存、运移、排泄体系面成为当地区域性水文地质条件的重要规律。区域性地质构造单一，地下水赋存运移受裂隙控制。

2 主要施工原则

紧紧抓住高海拔、高寒、缺氧的地质和气候特征，结合米拉山隧道特有的工程特点，在立足现有技术的前提下，广泛采用新方法、新技术、新工艺、新材料，优质、安全、高效地完成隧道的施工。

（1）尽量多采用机械化施工替代人力施工的同时，配备足够的施工人员，确保人员和机械设备满足高寒隧道现场施工要求。（2）由于气压低、缺氧、寒冷、多风， 内燃机械功率损失较大， 防冻起动较难。尽量少用内燃机设备， 多用电动或风动机械。（3）加强洞内通风机械设备的配置， 提供洞内更多的新鲜空气， 改善工作面的空气环境。（4）在持续低温的条件下，采取有效的保温措施，确保喷混凝土和模注混凝土的出廠温度。（5）复杂地质条件隧道加强超前地质预报，及时发现掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖方法、支护设计参数和优化施工方案提供依据，保证施工安全。

3 优化施工方案及措施

3.1 低温混凝土施工

针对米拉山高寒对混凝土施工质量影响大的特点， 经过不断研究探索、革新， 总结出一套严寒条件下的低温混凝土施工技术， 有效地解决了低温环境混凝土施工的难题， 保证了隧道的顺利修建， 具体采取了以下措施：（1）对原材料进行预加热， 提高混凝土出料温度。拌合站储料仓、配料机、斜皮带及拌合楼整体采用彩钢板封闭，用于冬施的3个料仓分别采用7.5cm阻燃防火板进行封闭设置卷帘门，料仓内采用设置加热风机对砂石料进行加热。在彩钢棚内配置2台锅炉，一台用于循环加热储水罐（埋与地下）内的拌合用水，一台用于整个拌合楼的保温，确保拌合设备温度不低于10℃。（2）外加剂储存于彩钢棚内，当温度过低时采用电热毯包裹预热。为保证冬季拌合站施工用水温度，采取在拌合站附近打井抽水的方式供应，拌合楼至水井的供水管路用保温材料包裹后埋入地下1.5m深。

3.2 完善的洞内施工用水措施

结合米拉山高寒地区的气候条件，采用从洞口附近水井抽水至洞内的移动保温蓄水池，在出水管上安装增压泵供给隧道施工用水，确保施工用水温度缩短喷射混凝土的凝固时间，具体施工方法为：（1）供水管保温措施。在水井处设置水泵房，温度过低采用电暖气取暖，保证水源不被冻结。水泵房至洞口段管道采用聚氨酯保温材料包裹的方式，埋深至地下2.0米以下，以达到保温的目的，每15米左右设置检查井。进水管不工作时，阀门上关下开，将管内的水放干，防止水管冻裂。（2）排水管路保温。排水管路洞内段因洞内温度较高，不易冻结，如冻结及时人工清理。洞外段设置保温管道并深埋地下2m以下引至洞外自然沟渠排出。出水口要远离洞口，并经常派人进行清理、引流，防止管口冻结，堵塞排水管道。

3.3 加强超前支护

由于富水断层破碎带围岩的突水突泥，所以在实际施工中，富水断层破碎带围岩突水突泥会发生在掌子前不远处，所以必须对其进行加强超前支护，辅以帷幕注浆方法为基础，实施分层渐进式复合控制注浆技术，否则将会出现坍塌现象。具体要求如下：（1）φ89超前管棚分层加固开挖轮廓线外8m，每一环加固段长20m，且根据实际富水断层破碎带长度确定环数。（2）φ42小导管环间距加密，且分序渐进，逐步加固围岩。（3）采用反复强化的注桨方法，通过由浅而深逐步提高注浆压力，增加浆脉数量和宽度，减小注浆盲区。（4）提高注浆加固体强度，即速凝材料限制加固范围，普通单液浆慢渗消除注浆盲区，提高围岩强度。（5）通过严格检查，反复强化，局部补充注浆，提高帷幕强度及稳定性。

3.4 合理优化资源配置

针对气压低、缺氧和高寒对作业人员及机械设备影响较大的特点，遵循多用电动机械，少用内燃机械的原则，进行机械选型配套，多配备作业人员（单洞作业面配置不等于120人），防止高原不适应。同时，购买新机械设备，提高高原机械效率，减少设备洞内的废气排放。经施工实践证明，所配套使用的机械设备，适用性较好，充分发挥了综合配套效率，提高了勞动生产率，配备的作业人员能满足现场施工要求，证明了在高海拨、高寒的独特条件下，依照此模式进行机械选型配套及配备作业人员是可行的（如表2）。

3.5 加强通风供氧

洞内供氧主要以洞口通风机向洞内压入新鲜空气为主，洞口设置医务室和高压氧舱，供人员休息。

（1）每个掌子面配置一台2*132kW风机，一条单独的风带通风至掌子面。为了减少风压损失，风带全部采用螺旋风带。（2）为加强洞内供氧，在靠近掌子面的横通道内设置供氧站，以供施工人员吸氧。具体如下：采用在横通道内放置40L的钢瓶，1个钢瓶可供两人同时连续吸氧10小时，横通道内放置4个钢瓶，可供8人同时吸氧。同时备用4个钢瓶，作为冲罐氧气时替换。（3）隧道口配置一台固定氧吧休息车，由集装箱改制，供休息人员及缺氧人员使用。需移动时由平板运输车转运。

4 结束语

随着国民经济发展，我国公路及铁路建设规模不断扩大，在主要交通干线上隧道工程所占比重逐渐增大。在高海拔极寒地区空气含氧量较低，冬季温度极低，冰冻天气较多，昼夜温差大，部分地区地质条件复杂，导致施工人员和机械设备效率低下，复杂地质条件下高寒隧道快速施工技术突显尤为重要。通过对该隧道海拔高，缺氧、严寒、地质破碎的特点，以科学试验指导施工，积累了大量宝贵的数据和经验，为有效地解决我国高海拔、高寒地区隧道快速施工提供了一些技术方法和手段。

通过对拌合站及原材料保温加热措施，保证混凝土冬季施工质量；对高压水管采取有效保温措施，解决冬季管道被冻及缩短喷射混凝土的凝固时间的问题；优化富水断层破碎带围岩施工，加强超前支护，辅以帷幕注浆方法，实施分层渐进式复合注浆技术，解决复杂地质施工难题；优化隧道施工机械组合及人员配备，提高施工效率并降低能耗；将隧道内通风及供氧进行综合考虑，改善洞内施工环境。

参考文献：

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