杉陽隧道出口高地溫降溫措施經(jīng)濟(jì)比選

張積俊

摘要：特長隧道由于施工長度超過10km，不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種各樣的特殊地質(zhì)情況，隧道高地溫就是其中的一種，如何有效地進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理地降溫處理，提高工效，成了擺在隧道建設(shè)者面前的一道難題。

關(guān)鍵詞：隧道；高地溫；降溫

為了加快新建鐵路大瑞線大理至保山段站前二標(biāo)隧道工程杉陽隧道出口的施工進(jìn)度，摸索滇西地區(qū)小斷面、軟弱圍巖隧道對(duì)于出現(xiàn)高地溫施工時(shí)該采取怎樣的降溫措施，并通過經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，采用較為經(jīng)理合理、易于實(shí)施的降溫措施，達(dá)到降溫提效加快進(jìn)度的目的。

一、工程概況

大瑞鐵路杉陽隧道前接上村大橋，后接杉陽1#大橋，全長13390m，洞身段最大埋深約1015m，最小埋深約160m。杉陽隧道共劃分三個(gè)洞口進(jìn)行施工，其中出口端位于杉陽鎮(zhèn)上草灘村，施工主洞5348m，平導(dǎo)4351m。

根據(jù)各深孔成果分析并探測驗(yàn)證，預(yù)測杉陽隧道埋深超過600m的地段的地溫超過28℃，最大埋深達(dá)到1015m，最高溫度可達(dá)34℃，屬低高溫區(qū)。

二、施工現(xiàn)場情況

2014年4月初杉陽隧道出口施工至DK101+900以來，掌子面巖體一直較干燥，裂隙水不發(fā)育，施工機(jī)械出現(xiàn)經(jīng)常性的高溫報(bào)警熄火現(xiàn)象，經(jīng)用電子溫度計(jì)探測顯示施工現(xiàn)場溫度維持在40℃左右，掌子面的溫度在42℃左右。隨著開挖掘進(jìn)的深入，正洞洞內(nèi)溫度越來越高，經(jīng)探測顯示，最高溫度達(dá)52℃，即使遠(yuǎn)離掌子面的二襯位置溫度也在37℃左右。由于洞內(nèi)溫度較高，現(xiàn)場施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大提高，施工極度艱難，進(jìn)度緩慢。

三、高地溫產(chǎn)生原因

通過查閱大瑞鐵路的地質(zhì)勘探資料及出現(xiàn)相似情況的其他隧道資料得出，可能導(dǎo)致高地溫的原因如下：

1、小斷面結(jié)構(gòu)限制。在隧道工程施工階段，需要的挖掘機(jī)、裝載機(jī)、扒渣機(jī)、自卸汽車等大型施工機(jī)械設(shè)備較多，由于大瑞鐵路杉陽隧道正洞設(shè)計(jì)有效凈空斷面小于50m?、平行導(dǎo)坑設(shè)計(jì)斷面小于20m?，單洞掘進(jìn)深度已超過2公里時(shí)，機(jī)械設(shè)備工作時(shí)的散熱，加之采用新奧法爆破后也產(chǎn)生大量熱量，受小斷面結(jié)構(gòu)限制不易散發(fā)出去。

2、隧道埋深較深。由于地殼的上層主要為巖漿巖，理論上認(rèn)為地殼內(nèi)的溫度和壓力隨深度增加，埋深越深內(nèi)部溫度越高。

3、水化熱。隧道開挖后，初支階段噴射砼和在二次襯砌階段襯砌砼所產(chǎn)生的水化熱。

4、洞外環(huán)境影響。杉陽隧道所在的杉陽鎮(zhèn)地處低熱河谷地帶，氣候炎熱，日照時(shí)間長，且此段隧道為地?zé)岙惓６温洌觿×藴囟鹊纳摺?/p>

四、降溫措施及費(fèi)用分析

方案一、加大通風(fēng)強(qiáng)度

加快隧道內(nèi)外空氣的交換和流通速度，將洞外大量的低溫新鮮空氣壓入，洞內(nèi)高溫污濁空氣排出，以此降低洞內(nèi)溫度。同時(shí)還有助于排除洞內(nèi)因炸藥爆破和機(jī)械設(shè)備尾氣產(chǎn)生的有害氣體、降低粉塵濃度，保障工人的身體健康。

通風(fēng)設(shè)備應(yīng)盡量選擇大管徑、大功率風(fēng)機(jī)。當(dāng)單向掘進(jìn)長度超過2公里時(shí)，采用混合式通風(fēng)效果更佳。杉陽隧道出口洞口通風(fēng)設(shè)備原有2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)（額定功率P均為110kW），然后增加兩臺(tái)射流風(fēng)機(jī)（P為45kW），通風(fēng)時(shí)間由每天平均10h延長30%至13h。

增加費(fèi)用分析：

射流風(fēng)機(jī)（功率45kw，直徑1m）40000元/臺(tái)；風(fēng)帶80元/m，電費(fèi)單價(jià)1.13元/度。

其中一次性投入費(fèi)用：40000*2=80000元；每天需增加費(fèi)用：1.13元/度*[45kw*2*13h+220kw*（13-10）h]+80元/m*2m（日平均掘進(jìn)速度按2m計(jì)算）=2227.9元；總費(fèi)用：80000+2227.9*3000/2/2（出口段按施工地?zé)岙惓６温?km的一半計(jì)算）=1750925元。

方案二、冰制冷系統(tǒng)

主要適用在掌子面50m范圍內(nèi)，在出風(fēng)口處設(shè)置散氣片，循環(huán)泵將冰水由冰水移動(dòng)柜泵送至散氣片，與洞內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換后，再回流至冰水移動(dòng)柜由冰塊冷卻，冰塊由洞外的制冰機(jī)提供。

增加費(fèi)用分析：

制冰機(jī)（20kw/h）110000元，運(yùn)冰車60000元，冰水移動(dòng)柜（含循環(huán)泵和管道）50000元，運(yùn)費(fèi)0.5元/km，工人（制冰工人2人，運(yùn)輸司機(jī)2人，維護(hù)工人2人）1200元/天，運(yùn)距按現(xiàn)在掌子面距離至設(shè)計(jì)里程取平均數(shù)4km計(jì)算。

一次性投入費(fèi)用：110000+60000+50000=220000元；每天需增加費(fèi)用：1.13*24*20+4*0.5*2*24/3（每3小時(shí)往返一趟）+1200=1774.4元；總費(fèi)用：220000+1774.4*3000/2/2=1550800元。

方案三、設(shè)置降溫室

在距離隧道掘進(jìn)面約50m處設(shè)置獨(dú)立的降溫室，采用加厚型彩鋼板修建，內(nèi)襯具有防火功能的阻燃泡沫等密封材料，減少冷氣損失，室內(nèi)配置帶有除濕功能的空調(diào)2臺(tái)，室內(nèi)溫度不宜太低，避免內(nèi)外溫差過大，降溫室費(fèi)用主要由空調(diào)設(shè)備費(fèi)、電力消耗以及活動(dòng)板房等費(fèi)用組成。

增加費(fèi)用分析：

活動(dòng)板房費(fèi)用含安裝費(fèi)32000元，含除濕功能的空調(diào)（3.6kw/h）15000元/臺(tái)，電費(fèi)1.13元/度。

一次性投入費(fèi)用：32000元+15000元/臺(tái)*2臺(tái)=62000元；每天需增加費(fèi)用：3.6kw/h*2臺(tái)*24小時(shí)*1.13元/度=195.3元；總費(fèi)用：62000+195.3*3000/2/2=208475元。（出口段按施工地?zé)岙惓６温?km的一半計(jì)算）

方案四、調(diào)整施工組織

根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況分析，適當(dāng)增加各個(gè)工班的人員數(shù)量，縮短每個(gè)工班工人的作業(yè)時(shí)間，每工作1h左右，即退至二襯臺(tái)車后面休息20min，如此輪流循環(huán)作業(yè)。

增加費(fèi)用分析：（不含機(jī)械設(shè)備）

主要包括增加開挖班工人13名，工資標(biāo)準(zhǔn)200元/天.人；立架班工人13名，工資標(biāo)準(zhǔn)120元/天.人；噴混班工人8名，工資標(biāo)準(zhǔn)150元/天.人；二襯班工人8名，工資標(biāo)準(zhǔn)200元/天.人。

每天需增加費(fèi)用：200*13+120*13+16*150+8*200=8160元；總費(fèi)用：8160*3000/2/2=6120000元。

方案五、增加噴淋設(shè)施

開挖后，進(jìn)行出渣之前首先對(duì)掌子面及新開挖的段落進(jìn)行噴淋處理，既降低洞內(nèi)溫度，又能減少粉塵等懸浮物，改善洞內(nèi)施工環(huán)境。

增加費(fèi)用分析：

一次性投入費(fèi)用：噴淋設(shè)備（7.5kw水泵2臺(tái)，含水帶）1.5萬元；每天需增加費(fèi)用：7.5*2*1.13*2=33.9元（通過橫通道利用平導(dǎo)洞內(nèi)收集的裂隙水）；總費(fèi)用：15000+33.9*3000/2/2=40425元。

各種方案對(duì)比分析：方案五的優(yōu)勢是降低了洞內(nèi)溫度，又能減少粉塵等懸浮物，但劣勢明顯，那就是增加了洞內(nèi)的濕氣，最主要的是加重了軟弱圍巖的不穩(wěn)定性，增大了初支的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于軟弱圍巖“遇水成泥”增加了出渣的難度。方案四優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)可行性較高，便于操作執(zhí)行，但劣勢是施工成本較高，且此方案只能解決工人的工效問題，無法解決機(jī)械設(shè)備在高溫環(huán)境下熄火的問題；方案三優(yōu)點(diǎn)是一次性投入少，施工成本低，便于操作實(shí)施，劣勢是無法解決機(jī)械設(shè)備高溫熄火的問題；方案二的優(yōu)點(diǎn)是較增加通風(fēng)設(shè)備費(fèi)用稍低，劣勢是每次移動(dòng)二襯臺(tái)車時(shí)均要重新安裝降溫系統(tǒng)，不便于操作；方案一的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)可行性較高，便于操作執(zhí)行，改善了洞內(nèi)的施工環(huán)境，可以同時(shí)兼顧人工和機(jī)械設(shè)備的工效提高，且費(fèi)用適中。

經(jīng)綜合對(duì)比各種方案的優(yōu)點(diǎn)和劣勢，考慮到小斷面軟弱圍巖的實(shí)際情況，項(xiàng)目部最終采用了方案一，增加通風(fēng)設(shè)備后，洞內(nèi)施工環(huán)境得到顯著改善，同時(shí)新鮮空氣降低了洞內(nèi)的溫度，施工進(jìn)度基本恢復(fù)到了之前的水平。

結(jié)束語

杉陽隧道出口進(jìn)入高地溫施工時(shí)，鐵路工程還沒有關(guān)于小斷面軟弱圍巖隧道高地溫處理的施工規(guī)范，本文僅以杉陽隧道出口為例分析各項(xiàng)降溫措施之間的優(yōu)劣和經(jīng)濟(jì)對(duì)比，為后續(xù)施工提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中鐵二十三局集團(tuán)第一工程有限公司）