寒冷地區(qū)鐵路隧道冬季施工保溫輔助技術(shù)

摘要：在高速鐵路建設(shè)過程中，所選用的隧道施工技術(shù)必須滿足工程施工要求，符合現(xiàn)場施工環(huán)境條件。在寒區(qū)鐵路隧道施工中應(yīng)用諸多先進(jìn)的鐵路隧道施工技術(shù)，不僅突破了復(fù)雜地質(zhì)條件所帶來的負(fù)面影響，而且使其適應(yīng)不同類型的地質(zhì)及氣候環(huán)境的能力增強(qiáng)。結(jié)合太崇鐵路工程實(shí)例，對寒區(qū)鐵路隧道冬季施工技術(shù)進(jìn)行全方位探討分析，總結(jié)其施工技術(shù)要點(diǎn)，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：寒區(qū)；鐵路隧道；冬季施工

0" "引言

寒冷地區(qū)鐵路隧道施工，所選用的施工技術(shù)必須綜合考量低溫環(huán)境，對整個(gè)施工過程所帶來的各類影響，具有一定適應(yīng)性。同時(shí)需要優(yōu)化施工技術(shù)應(yīng)用，提前采取行之有效的措施，對凍害等問題進(jìn)行合理控制，以充分保證工程建設(shè)質(zhì)量目標(biāo)，保障鐵路隧道通行的安全性[1]。

近年來，寒區(qū)鐵路隧道工程的冬季施工所面臨的難題逐漸突破，其應(yīng)用的施工技術(shù)與寒區(qū)環(huán)境氣候的適配性也越來越高。而在此基礎(chǔ)上，對寒區(qū)鐵路隧道冬季施工技術(shù)進(jìn)行全方位分析探討，具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合太崇鐵路工程實(shí)例，對寒區(qū)鐵路隧道冬季施工技術(shù)進(jìn)行全方位探討分析，總結(jié)其施工技術(shù)要點(diǎn)，可為類似工程提供參考。

1" "工程概況

1.1" " 工程基本情況

新建太子城至錫林浩特鐵路首開段太子城至崇禮段位于張家口市崇禮區(qū)境內(nèi)，線路全長15.864km，起點(diǎn)里程DK53+035，終點(diǎn)里程DK68+900。橋梁1座0.242km，隧道2座14.434km，新建崇禮車站1座。和平隧道進(jìn)口里程為DK56+035.74，出口里程為DK61+980，全長8944.26m，最大埋深約468m，隧道輔助坑道共7座，總長4712m，均采用無軌運(yùn)輸雙車道斷面形式。崇禮隧道起訖里程為DK62+310～DK67+800，全長5490m，最大埋深383.8m。隧道設(shè)置3座斜井，總長1540m，采用無軌運(yùn)輸雙車道斷面形式。

1.2" " 氣候條件

工程所在崇禮地區(qū)氣候?qū)贃|亞大陸性季風(fēng)氣候中溫帶亞干旱區(qū)，受所處地理位置和地形的影響，冬季空氣活動(dòng)頻繁。崇禮地區(qū)隧道外大氣溫度隨時(shí)間大致呈現(xiàn)正弦周期函數(shù)變化規(guī)律，且晝夜溫差很大，最大可達(dá)16℃，月平均溫度最冷月為1月，溫度-20.3℃，對鐵路工程影響的氣候類型為嚴(yán)寒。

1.3" " 冬季施工特點(diǎn)

冬季施工特點(diǎn)如下：冬季施工的計(jì)劃性和準(zhǔn)備工作時(shí)間性強(qiáng)。冬季施工相對其他季節(jié)施工成本投入高，施工生產(chǎn)效率低。冬季施工需要從原材料開始至混凝土澆注、養(yǎng)護(hù)的全過程實(shí)施防寒保溫措施，以確?；炷脸善焚|(zhì)量。冬季施工由于氣候和環(huán)境原因，混凝土質(zhì)量問題頻發(fā)，極易產(chǎn)生空隙和孔洞，降低混凝土的密實(shí)性和耐久性。

1.4" " 施工難點(diǎn)

太子城至錫林浩特鐵路太子城至崇禮段工程工期只有23個(gè)月，隧道、站場等分項(xiàng)工期極其緊張，必須開展冬季施工。寒區(qū)隧道冬季施工必將面臨復(fù)雜的地質(zhì)以及惡劣的氣候環(huán)境問題。在寒區(qū)冬季施工，一旦防寒保溫工作不到位，混凝土凍脹、結(jié)構(gòu)疏散、裂縫紋等質(zhì)量問題便會接連出現(xiàn)[2-3]。再加上混凝土不斷散熱，以及水泥水化反應(yīng)結(jié)束溫度降低，容易導(dǎo)致混凝土體積收縮。

2" "寒區(qū)鐵路隧道冬季施工保溫輔助措施

2.1" " 混凝土冬季施工質(zhì)量控制

2.1.1" "配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)氣候特征，完成不同施工混凝土及摻外加劑的試配試驗(yàn)工作。試驗(yàn)室負(fù)責(zé)提供-10℃、-20℃、-30℃時(shí)的施工配合比，施工人員根據(jù)不同環(huán)境溫度，選擇更合適的配合比開展施工，確?；炷临|(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.1.2" "混凝土原材料及拌合

水泥優(yōu)先選用硅酸鹽水泥，而粗細(xì)骨料選擇時(shí)則必須關(guān)注其級配狀況。加強(qiáng)混凝土的攪拌工作。在使用混凝土原材料時(shí)，要全面了解實(shí)際情況，并通過熱工計(jì)算明確混凝土原材料使用時(shí)的溫度。

在進(jìn)行混凝土拌合時(shí)，不僅要密切關(guān)注拌合時(shí)間，同時(shí)還要避免混凝土攪拌過程中出現(xiàn)“假凝”問題。通常情況下，冬季混凝土攪拌時(shí)間比常溫狀態(tài)下更長，需要延長大約50%左右攪拌時(shí)間，一般攪拌時(shí)間在180s左右。混凝土攪拌完成之后，在正式裝料前需完成出擊溫度的測定。若測定結(jié)果未超出10℃，則本盤混凝土不得投入施工使用。

2.1.3" "混凝土運(yùn)輸

混凝土攪拌好后應(yīng)及時(shí)運(yùn)送至澆灌地點(diǎn)。在冬季運(yùn)輸過程中，加強(qiáng)運(yùn)輸工具的保溫覆蓋，以防止混凝土熱量散失、混凝土離析、坍落度變化、表層凍結(jié)、水泥砂漿流失等現(xiàn)象。對混凝土罐和輸送管道采取保溫措施，如包裹、遮蔽等（見圖1），并選擇最優(yōu)運(yùn)送路線，盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間，最大程度的減少運(yùn)輸過程中混凝土熱量的散失[4]。當(dāng)通過熱工計(jì)算，混凝土的入模溫度達(dá)不到5℃以上時(shí)應(yīng)對骨料及攪拌水進(jìn)行加熱，以提高混凝土的入模溫度，保證混凝土入模溫度在5～10℃左右。

2.1.4" "混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)

在正式進(jìn)行混凝土澆筑之前，必須采用其他保溫措施，對模板和鋼筋溫度進(jìn)行合理控制，保證其溫度不低于0℃，并配備專人對溫度進(jìn)行詳細(xì)觀測和仔細(xì)記錄。若發(fā)現(xiàn)其溫度小于0℃，則不得進(jìn)行混凝土灌注。除此之外，還需記錄混凝土入模溫度的測量，發(fā)現(xiàn)入模溫度小于5℃時(shí)，不得開展混凝土澆筑工作。

針對混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，必須時(shí)刻關(guān)注室外氣溫。當(dāng)室外溫度超出-10℃時(shí)，應(yīng)采用蓄熱法進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，即采用棚罩加強(qiáng)圍護(hù)或利用未凍土熱量等方法，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度增大。但若蓄熱法養(yǎng)護(hù)與施工標(biāo)準(zhǔn)要求不相符，則可通過外部熱源加熱法完成混凝土的養(yǎng)護(hù)[5]。

在養(yǎng)護(hù)過程中，還要高度重視混凝土的濕潤程度，保證灑水次數(shù)符合實(shí)要求況。灑水作業(yè)通常需安排在氣溫較高的時(shí)間段進(jìn)行。

2.1.5" "鋼筋冬施質(zhì)量控制措施

鋼筋的加工及焊接工作均在鋼筋加工廠完成，場地四周必須用棚架進(jìn)行密封，棚內(nèi)四周需設(shè)置火爐，用于取暖保溫，其焊接時(shí)的環(huán)境氣溫則不得小于5℃。鋼筋加工的時(shí)間通常是在7：00～18：00時(shí)段之內(nèi)，盡量防止在夜晚低溫時(shí)段進(jìn)行鋼筋加工。

在開展鋼筋加工工作之前，首先需將鋼筋運(yùn)入車間，完成鋼筋焊接工作后，讓其靜置到完全冷卻之后才能向室外運(yùn)輸?，F(xiàn)場鋼筋的焊接以及綁扎工作，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范要求，在進(jìn)行鋼筋低溫施工時(shí)，必須落實(shí)相應(yīng)保護(hù)工作。

對于冬季鋼筋施工，若鋼筋需在室外而完成焊接，則盡量選擇在中午氣溫較高的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行焊接工作。面臨雨雪天氣，則必須將鋼筋轉(zhuǎn)移至室內(nèi)，然后再開展焊接工作。若需在低于零下5℃的環(huán)境下進(jìn)行鋼筋電弧焊，則需增大焊接電流，減小焊接速度，并選擇韌性較好的焊條[6]。焊接完成后，還需在鋼筋附近設(shè)置碘鎢燈保溫，防止焊接頭冷卻速度過快現(xiàn)象。

2.2" " 冬季隧道施工保溫控制

2.2.1" "原材料保溫、加熱措施

為加強(qiáng)原材料的控制，保證混凝土拌和質(zhì)量，對混凝土拌合棚實(shí)行全封閉。拌合站料倉及水池通過燃?xì)忮仩t的蒸汽管道進(jìn)行保溫加熱，根據(jù)不同環(huán)境溫度，將各原材料加熱到一定溫度。其具體方法如下：

每個(gè)拌合站設(shè)燃?xì)忮仩t一臺，設(shè)在拌合機(jī)一側(cè)。鍋爐向外連接管道全部采用無縫鋼管焊接，室外管道、閥門全部用巖棉進(jìn)行保溫處理，自蒸汽鍋爐至砂、石料倉采用DN63無縫鋼管焊接，鋼管外全部采用5mm巖棉管進(jìn)行保溫。

每個(gè)料倉門口均采用棉門簾進(jìn)行封閉處理，砂倉內(nèi)使用DN40國標(biāo)熱鍍鋅鋼管盤管焊接，安裝于鋼結(jié)構(gòu)主梁，末端安裝縮水閥，使熱量盡快散發(fā)，砂倉內(nèi)溫度得以迅速提升。將料棚溫度維持在10℃左右，砂溫度加熱到5℃左右[7]。在碎石倉預(yù)留過管孔，當(dāng)僅加熱砂溫度不能滿足冬施要求后，安裝碎石倉內(nèi)盤管，對碎石進(jìn)行加熱處理。

冬季施工拌合用熱水，采用蒸汽鍋爐進(jìn)行加熱。水池內(nèi)采用DN40無縫鋼管進(jìn)行加熱，對鋼管進(jìn)行打孔處理，使蒸汽快速將水池水溫提升，維持水溫在60℃左右，并備用一臺電熱水器。水泥、粉煤灰，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際溫度，通過熱工計(jì)算確定是否需要對水泥、粉煤灰罐進(jìn)行覆蓋保暖。

2.2.2" "洞口封閉保溫措施

在冬季進(jìn)行寒區(qū)隧道施工時(shí)，要做好洞口的保溫工作，必須保證洞內(nèi)溫度維持在5℃以上，若在現(xiàn)場監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)洞口溫度未達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，則可在洞口設(shè)置防風(fēng)門簾（見圖2），落實(shí)洞口的防風(fēng)保溫工作[8]。

2.2.3" "高壓風(fēng)管及供水系統(tǒng)保溫控制措施

設(shè)置高壓風(fēng)站時(shí)，應(yīng)考慮縮短風(fēng)管的洞外長度，盡量在靠近洞口處設(shè)置，以利于保溫。洞外風(fēng)管及靠近洞口100m處風(fēng)管包裹保溫材料，以便保溫。洞外風(fēng)管的設(shè)置應(yīng)選擇架空設(shè)置或深埋形式，使得保溫得到有效落實(shí)[9]。施工中，及時(shí)做好管內(nèi)積水的排放工作，針對洞口300m范圍內(nèi)，每增加100m左右安裝一個(gè)排水閥門。供風(fēng)前及供風(fēng)后分別及時(shí)打開閥門，保證冷凝水順利排出，防止因冷凝水凍結(jié)所造成的堵塞問題。

3" "結(jié)語

在環(huán)境溫度較低的高海拔寒區(qū)，隧道工程施工面臨著更多的挑戰(zhàn)和阻礙。寒冷的氣候條件不僅為隧道工程施工質(zhì)量、施工安全、施工效率帶來了較大的負(fù)面影響，同時(shí)還在一定程度上增加了工程施工成本投入[10]。

為充分保障寒區(qū)鐵路隧道工程施工的綜合效益，提高寒區(qū)鐵路隧道工程施工效率及質(zhì)量，必須高度關(guān)注寒區(qū)鐵路隧道冬季施工中的各類問題，從混凝土原材料運(yùn)輸、鋼筋施工的各個(gè)角度出發(fā)，選擇更科學(xué)合理的施工技術(shù)，保證各類施工技術(shù)的應(yīng)用與寒區(qū)冬季氣候環(huán)境相適應(yīng)。并在落實(shí)防凍、防火、防滑以及防冰雪災(zāi)害工作的基礎(chǔ)上，確保各施工工序的順利開展，為寒區(qū)鐵路隧道工程的高效施工打下堅(jiān)實(shí)有力的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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