高原高地熱隧道熱害防治安全施工技術

摘要：本文結合拉日鐵路吉沃希嘎隧道的建設，針對高地熱引起的一系列問題，從施工技術和安全方面提出了相應的降溫、防護等措施，保證了隧道在高溫環境下施工的正常進行，同時也提出了一系列保護工人健康的安全措施。

關鍵詞：高地熱 隧道 熱害防治 施工技術

1 工程概況

拉日鐵路吉沃希嘎隧道位于西藏自治區尼木縣雅魯藏布江左岸，為單線隧道。本隧道起訖里程DK117+520～DK121+494，全長3974m，其中Ⅲ級圍巖1300m，IV級圍巖1615m，V級圍巖1009m，VI級圍巖50m。

本隧道洞身地熱問題突出，路肩部位的地溫（巖溫）值在28～48℃之間，測溫孔內溫度值最高達65.4℃。本隧道為鐵道部一級風險管理的高風險隧道。

2 研究的意義

高地溫問題發生在隧道工程中，對隧道的施工環境和隧道中用到的建筑材料、機械設備及隧道在建成后的運營等，都會產生嚴重的負面影響，主要體現在：①環境對施工的影響。在高溫環境下，隧道的施工人員的工作效率會大大降低。也會導致機械設備的工作條件惡化、效率降低、故障增多。環境的惡化不僅增加工程的施工難度，工程進度也會受到拖累。對于高原地區由于高原缺氧等原因還會嚴重威脅到施工人員的健康和安全。②結構影響。混凝土結構襯砌長期受到高地溫產生的附加溫度應力，會導致開裂而引發受力的不均，從而結構的安全性及耐久性都會降低。也會影響圍巖的穩定性。③施工材料影響。高溫環境對材料要求較高，隧道施工所用到的炸藥、排水盲管、止水帶都需要考慮是否耐高溫。因此隧道施工的造價將會提升。④在運營養護管理方面。隧道工程中，由于熱輻射或者巖溫傳導引起的地熱問題，在運營過程中會長期存在，在隧道完工之后需要保養和維護，在環境溫度較高的情況下，隧道中使用的裝修材料的使用壽命將大大降低，對通行旅客及養護人員均會造成不利影響，同時將造成隧道養護維修困難，從而導致運營成本大幅度提高。

因此，針對高地熱引起的一系列問題，從施工技術和安全生產方面提出了相應的降溫、安全防護等措施，保證了隧道在高溫環境下施工的正常運行，對類似地質環境下的隧道工程的設計與施工極具理論和實踐意義。

3 吉沃希嘎隧道通風降溫

隧道通風的目的是保證洞內足夠的新鮮空氣，同時通過冷熱空氣的交換降低環境溫度，從而改善勞動條件，保障作業人員身體健康及機械設備的正常運轉。

3.1 通風方案的選擇 根據各洞口擔負施工任務采用壓入式通風，同時從以往長大隧道的施工通風經驗可知，漏風系數和風管直徑的選擇是影響通風效果的主要原因，風管直徑越大，管道阻力系數就越小，所需風機功率就越小，反之則越大。因此本隧道采用1.5m大直徑風管，這樣風阻相對減小，有利于通風時間的縮短及施工效率的提高。

3.2 通風機的選擇及布置 風機選用2臺SDF（C）-No12.5型軸流流風機，同時配置帶彈簧鋼圈φ1500 mm的軟質雙層隔熱高壓風筒。

3.3 通風效果 現有通風系統條件下，實測風筒出口最大風速為30.6 m/s，通風240min后，開挖面溫度和濕度由原來的54.5℃和60.7%變為31.3℃和40.3%，說明通風狀態下對洞內的溫度和濕度的改善效果還是很明顯的，所以在高溫熱害嚴重的區域選擇2臺2×110kW的通風機，產生的通風速度30m/s能滿足溫度降到施工要求的限制。

4 吉沃希嘎隧道施工冰塊降溫

為改善人員在隧洞內的施工環境，保證施工進度和施工人員的安全，把冰塊放置在掌子面附近，通過冰的溶解、水的吸熱蒸發進行物理降溫。項目部購置2臺MB150型（單臺產量15T/24h，功率78kW）的制冰機每天在施工現場制作，用來降低環境溫度。通過對現場環境溫度的實測，隧道內的環境溫度有2～3℃的降低。且施工人員在冰塊附近能感到涼意。

5 吉沃希嘎隧道炮孔冷卻及灑水降溫方案

爆破條例規定：“孔內溫度超過35℃時禁止裝炮。”單純依靠風筒內風流孔內溫度很難降低。

炮孔內溫度必須通過對每個炮孔內注入冷水的方法來降低，并且裝藥需要集中及快速，爆破作業須在溫度回升到臨界溫度前完成，從而保證火工品的使用安全。但是不斷升高的隧道地熱，孔內溫度的回升隨著孔內冷卻時間越來越長而越來越快，導致安全系數也越來越低。尤其是在高地溫或者遇熱泉涌出地帶等特殊地段，要達到需要的效果通過孔內注入冷水降溫的方法難以實現，需要采用炮孔冷卻循環系統保證作業安全。炮孔冷卻循環系統由抽水輸送系統、分散制冷系統及抽水輸出系統三部分組成：

①抽水輸送系統：在靠近雅江左岸處的進口和橫洞洞口各建一個泵房，抽取河內的低溫冷水。將兩臺20kW的離心水泵安裝在泵房內。在泵房到主洞掌子面之間鋪設直徑150mm厚度4.5mm鋼管，距離掌子面小于30m，在輸水管端部焊接出分水閘閥，利用橡膠軟管依次連接到鉆孔臺車上，其中分水閘閥選用φ50鋼管，直徑φ60的噴漿膠管用橡膠軟管。②分散制冷系統：分散制冷系統則是利用分流來降溫。在鉆孔臺車上安裝4個長度為0.8m的分水器，選用直徑為φ=150mm鋼管加工且在兩端用鋼板密封。然后焊接22個φ20mm的分水閘閥（球閥）于各個分水器上。然后在每個炮孔內通入連接長度為3m、φ20mm的鍍鋅鋼的長度為10m、φ30mm的橡膠軟管。③抽水輸出系統：抽水輸出系統的目的在于保持洞內的施工環境不受冷卻水亂流的影響。將集水坑設置在距離掌子面大約25～40m處，選用15kW的污水水泵并備用一臺。然后利用此泵通過直徑為φ=150mm的鋼管將集水坑中的循環水排出洞外。最后還可以利用炮孔降溫系統的抽水系統將雅江低溫水引至開挖面，爆破后對碴堆和掌子面灑水降溫除塵。

6 個體、設備及結構的防護

6.1 個體防護 隧洞內溫度可高達35～54℃，且高原缺氧，高溫環境和高原缺氧的雙重影響對施工人員是個具大的挑戰。故而增加個體防護措施，通過阻止外界與身體的直接對流和輻射傳熱、冷卻服中的介質來吸收人體在勞動中產生的熱能來實現降溫。個體防護還要做好以下幾點：①合理安排勞動和休息時間；②提供保健藥品及科學救護；③加強隧道內環境的溫度監控；④現場增設低溫吸氧室、休息室。

6.2 設備、結構防護

6.2.1 設備保養維護，縮短作業時間。機械設備出現停滯熄火、工作效率降低是高溫隧道施工中常見的施工難題，為了保證施工的順利進行，將之前的一套設備增加至兩套，在隧道內施工時兩套設備交替使用。在機械閑置的時候及時的維修和保養，盡量保證設備的工作效率。

6.2.2 高地溫結構防護。在高溫中攪拌與澆筑混凝土時水分易蒸發，混凝土的強度、抗滲透度和耐久度降低；水泥的水化反應隨著高溫而加快，使混凝土的凝結速度加快，縮短了施工時間，導致振搗不良；高溫增加了養護的難度，混凝土容易發生塑形裂變。針對本隧道混凝土的防裂措施：①對原材料控溫。采用低水化熱的普通硅酸鹽水泥，對于骨料降溫，采用雅魯藏布江的低溫水拌制混凝土。②對混凝土的施工配合比進行優化。選擇一個合適的水灰比，在實際的實施過程中，利用試拌的方法來確定配合比。③隔熱材料設置在混凝土襯砌和防水板之間，可以阻隔巖體向隧道內傳遞熱量，還可以防止混凝土內的溫度應力升高。④在襯砌外緣采用φ20mm的鍍鋅鋼管設置環向排水管道，間距1.0m，襯砌后采用雅江低溫水降溫。⑤加強對施工后混凝土的養護工作，如果表面出現裂縫，應及時對原因進行排查，并作出相應補救措施。

6.3 應對隧道熱害的施工措施 針對吉沃希嘎隧道的熱害等級，應對高地熱，主要的施工措施有：①加強隧道的超前地質預報工作。②增大通風機功率，延長通風時間，將冷風送入施工現場，交換洞內熱空氣。③增加射流風機，加強隧道內的空氣循環流通。④對初期支護表面及掌子面圍巖進行灑水降溫，降低巖表及支護表面溫度。⑤在施工作業面放置冰塊，降低環境溫度。⑥增加人員的倒班次數，保證施工人員在高溫環境下的健康。⑦增加空調房及吸氧室等供施工人員臨時休息的場所。⑧加大醫療保障體系。⑨保證現場有兩套大型機械設備輪流作業，防止機械因溫度過高導致開鍋等現象。

7 結束語

通過采取通風、冰塊、灑水等降溫及個體、設備、隧道結構防護等措施，能有效降低隧道內環境溫度，確保了隧道主體施工的質量，也保障了施工人員在高地熱隧道施工中的身體健康和生命安全，措施有效。

參考文獻：

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作者簡介：王建平（1974-），男，1997年畢業于石家莊鐵道學院土木工程專業，獲得工學學士學位，主要從事橋梁、隧道施工技術管理工作。