海南地區特長高速公路隧道作業面降溫研究

丁偉　石昆　孔元　文應　張永濤

摘 要：本文結熱帶季風氣候下特長高速公路的施工困難，通過某工程實例分析如何做好度特長隧道施工的溫度控制。希望通過研究，可以幫助技術人員采用合理的方法，有效控制施工過程中的隧道內的溫度。

關鍵詞：熱帶季風氣候;海南地區;特長隧道;降溫

0 引言

特長高速公路的施工中，需要做好對隧道內部溫度的控制，為施工創造良好條件。目前通過使用通風降溫的方式，可以滿足高緯度地區的溫度控制需要，而對于熱帶季風氣候，就必須要增加措施，控制隧道內的溫度。

1 熱帶季風氣候下高速公路特長隧道施工的困難

隧道修建過程中，如果氣溫過高，會導致人工和設備的工作效率下降，如果氣候比較潮濕，還會加重熱害問題[1]。所以，高速公路隧道的施工一般要求氣溫不宜高于28℃，避免拖慢施工進度，保證施工過程中的結構安全和施工人員生命安全。在熱帶季風氣候環境下，環境溫度非常高，并且空氣濕度比較大，因此很難對隧道的施工溫度進行有效控制，而對于特長隧道的施工，由于隧道長度較長，進一步增加了對隧道內部溫度控制的難度，要使用合理的方式加強對隧道內部的溫度控制，以滿足高效、高質量的工程施工建設需求。

2 工程概況

工程為山海高速SHTJ3標施工圖設計范圍由YK35+700

至YK40+900，長約5.2 km，工程中隧道為五指山隧道1座，進口125 m為小凈距隧道。左線起訖樁號K36+010～ZK40+

855，長4 845 m，隧道最大埋深約383 m;右線隧道起訖樁號 YK36+000～YK40+870，長4 870 m，隧道最大埋深約370 m，隧道內設置16處行人橫洞、7處行車橫洞、1 處變電所橫洞。行人橫洞、變電所橫洞布置與隧道右線軸線正交，行車橫洞與隧道右線夾角呈60°。隧道采用雙頭掘進，最大掘進深度約為2.6公里，中間無斜井，采用燈光照明，機械通風，屬于長距離通風。

由于該隧道長距離通風的特點，導致在洞外布置冷凝熱會 有比較長的距離，在鋪設管路、施工過程中的系統維護上也會有非常高昂的費用，不僅會增加工程的建設成本，也很難取得較好的降溫效果。為了解決工程中的熱害，專門使用了冷凝熱排放方案，以便可以在工程周期內對溫度進行有效地控制，解決熱害的問題，也能避免溫度對工作生產造成的影響。在降溫系統的設計中，需要做好對設備的選型，以及內部管路的布置，保證降溫的效果。

3 隧道開挖熱害分析

3.1 隧道熱害類型

3.1.1 混凝土水化熱

隧道開挖工作中，會進行大量的混凝土噴射作業，在水泥和水作用、水泥硬化的過程中，會釋放出大量的熱量，導致周圍的溫度升高。

3.1.2 高低熱

由于五指山隧道處在熱帶海洋性氣候地區，因此本身就有極高的溫度，尤其是在6-7月份，氣溫可以達到39℃左右。而且隨著施工的深入，隧道的埋深會有明顯的增加，隧道受到地熱的影響也越來越大。根據對現場的情況的采集，隧道內的涌水溫度甚至可以達到42℃，會對隧道內的施工造成極大的影響。

3.1.3 機械設備放熱

隧道開挖的過程中會使用大量的機械設備，本工程中常用的機械設備包括挖掘機、裝載機是、12 t自卸汽車，除了一些大型機械設備，還是用了鑿巖機、風鉆、抽水機等小型機械設備。施工過程中，這些機械設備也會釋放大量的熱量，會提高隧道內的溫度，對作業的影響極大。

3.2 隧道熱害影響分析

3.2.1 對機械和人員的影響

長期處于高溫的環境中，機械會處在非正常的狀態，將會導致機械的機具工作效率降低，還有些設備在高溫的情況下由于散熱困難會導致部件老化加速，高溫產生的熱應力會造成設備零件變形，容易引發設備的故障。隧道內的施工人員，也會由于高溫出現缺氧、中暑等情況，影響他們的工作，危及生命安全，如果不加以控制，工人也會對進入隧道工作有抵觸情緒，十分不利于隧道施工質量和進度的控制。

3.2.2 對材料和結構的影響

高溫下施工將會改變材料的性質，所以采購的材料必須具有耐高溫特性，造成施工成本增加;隧道內的排水、通風管道的性能也會造成影響，導致性能改變，并且導致嚴重的安全隱患。在結構的影像上，隧道施工過程中砂漿錨桿的強度也會因為溫度上高降低，影響支護效果;高溫環境中，由于會有比較高的溫度附加力，將會影響隧道的混凝土澆筑過程，比如會導致混凝土內外表面溫差過大造成混凝土出現開裂的情況，不利于保證圍巖的穩定性。

4 灑水降溫

針對隧道降溫的常用方式包括：洞外集中式降溫系統、洞內集中式降溫系統、洞內水源制冷降溫系統、局部移動式冷水降溫系統，但是經過分析，上述降溫系統均不符合本工程的降溫需求。為此，決定自主開發一套降溫設備，采用灑水降溫的方式，滿足操作簡單，能在隧道內移動降溫，不會占據太多隧道內空間的要求，同時也具備比較低的施工成本，滿足對施工成本控制目標。

4.1 設備和工作原理分析

灑水降溫設備包括灑水車，制冰機、除塵降溫風機、鋼管、固定槽罐清洗噴頭。降溫過程中，使用制冰機在洞口制取冰塊，然后將冰塊放置在灑水車的水箱中支取冷水，并以冷水作為媒介，進行掌子面的降溫除塵。除塵風機能夠將冷風送至掌子面，從而降低工人的作業溫度，灑水車可以在隧道內噴灑冷水，達到降溫除塵的作用。利用灑水車自帶的水泵，能夠根據周圍的溫度、施工強度改變水量的大小，還可以投入到對二次襯砌養生的工作中，從而滿足降溫和除塵兩個目的的要求。

4.1.1 灑水車的選擇

灑水車選擇東風國三版10 m3灑水車，該灑水車的有效容積為10 m3，罐體的尺寸為（長/長軸/短軸）（mm）：

5 000/2 000/1 250，吸水落差為5 m～7 m，布寬10 m～20 m，射程20 m～50 m，揚程50 m～80 m，能夠完成向前、向后和側向的噴射，擁有自吸式專用水泵，可以進行抽水排水，還可以根據水壓來調節水量的大小。實際工作中，可以根據需要進行改裝，所以性價比比較高。

4.2 灑水降溫的工作效果

自主研發的灑水降溫系統工作時，會在隧道的洞口處制取冰塊，然后將冰塊放置在水箱中制取冷水，用冷水作為冷媒介，完成對掌子面的降溫除塵工作。工作過程中，需要灑水車和除塵風機組合，由灑水車為除塵風機提供冷水，除塵風機的電力來自于掌子面開挖臺車。在隧道的掌子面處，使用灑水車和除塵風機進行降溫除塵工作，灑水車負責噴灑冷水，利用水滴的吸附作用進行除塵。除塵風機可以將冷風吹送到掌子面，降低工人的作業溫度，達到除塵降溫的效果。

經過使用，具有較好的除塵降溫水平，通過該技術有效降低了隧道內的溫度，和傳統的降溫方式相比，隧道內的溫度平均降低6℃～7℃，有非常好的降溫效果。同時，利用灑水作業，還可以使用到襯砌的養生工作中，可以保證隧道的施工效果。實際工作中，使用研發設備30 min～40 min之后就能夠獲得比較好的降溫效果，能夠在溫度控制在30℃左右，可以滿足工人對施工溫度的要求，從而保證施工效率，也有利于控制各種設備的溫度，確保工程施工過程中的安全。

5 結束語

對于一些特殊的氣候環境和地質環境，施工過程中需要采取合理的方式開展施工工作。本文的研究中，綜合分析了工程的環境、投資等情況，采用了自主研發的方式，依然獲得了比較好的施工效果，能夠為工程提供較好的施工環境。

參考文獻：

[1]肖元平.海南省特殊地質條件對山嶺隧道施工的影響研究[J].應用能源技術，2016（5）：21-23.

[2]汪德志.復雜地質環境下隧道施工技術[D].西南交通大學，2011.