1、长珲铁路客运专线隧道冬期施工技术研 究 王超朋 李岩 中铁隧道集团二处有限公司 中铁隧道集团一处有限 公司 摘 要： 长珲铁路客运专线位于严寒地区, 为确保隧道能够安全、快速、高质量的施工, 必须采用冬期施工技术。 本文根据以往施工经验, 以长珲铁路隧道冬期施工为例, 提出混凝土冬期施工方案, 有效地解决了寒区隧道工程冬期施工过程中混凝土 施工问题;在隧道洞口段和隧道洞内采取的防寒保温措施, 改善了洞内作业环境, 减少了隧道工程冬期施工成本。 关键词： 铁路隧道; 严寒地区; 冬期施工; 混凝土施工; 作者简介：王超朋 (1982-) , 男, 河南洛阳人, 硕士, 工程师, 主要从事桥梁 与
2、隧道工程施工工作。 Research on the Freeze Prevention Technology of Tunnels Construction in Chang Hui Railway Passenger Transport Special Line WANG Chaopeng LI Yan The 2nd Engineering Co., Ltd.of China Railway Tunnel Group; The 1nd Engineering Co., Ltd.of China Railway Tunnel Group; Abstract： Chang Hui railwa
3、y passenger transport special line is located in severe cold area. For ensuring the construction safety, fast and high quality, winter construction technology must be adopted. according to the former construction experience, a method of concrete construction in winter is presented and can availably
4、solve the problems of concrete construction in the tunnels in cold regions; the measures of cold-proof and heat insulation is introduced in tunnel and portal of tunnel, to improve working environment and reduce construction cost. Keyword： railway tunnel; cold area; winter construction; concrete cons
5、truction; 0 前言 近年来, 随着我国西部大开发和振兴东北老工业基地等政策的实施, 西北和东 北地区交通基础设施投资力度的加大, 公路、铁路、隧道等交通设施的建设将向 高海拔地区和寒冷地区延伸。建筑工程冬季施工规程 (JGJ 1042011) 规 定, 当室外日平均气温连续 5 d稳定低于5时即进入冬季施工状态。铁路混 凝土与砌体工程施工规范 (TB 102102001) 要求, 当平均气温 (最高和最低 气温的平均值或当地时间 6时、14时及21时室外温度的平均值) 连续 3天低于 5或最低气温低于-3时, 混凝土施工应该采用冬期施工方法。在西北和东北 长期严寒气候条件下, 隧道极
6、易发生各种各样的冻害现象, 例如衬砌漏水、 衬砌 变形、挂冰、路面冒水、开裂、剥落等1-2。寒冷地区的隧道施工成为我国工 程建设不可避免的问题, 而且隧道冻害往往会造成严重的后果。 如秦青公路梯子 岭隧道交付使用后发生冻害现象, 洞内形成冰柱及冰溜, 大部分路面冬季结冰。 整个冬季隧道内车辆、 行人难以通行, 无法安全运营3-5;吉林小盘岭隧道出现 渗漏水、衬砌脱落、壁面结冰等冻害现象6。高寒地区冬季较长, 每年的有效 工期相对较短, 制约了工程的可持续性。 如何使隧道施工在冬期不停工, 且保证 冬期施工的工程质量变得尤为重要。 本文依托长珲铁路客运专线 JHSK-1标段工程冬期施工, 提出保
7、障冬季可以连续 不断施工且工程质量、 施工安全能够得到有效控制的技术方案, 通过对隧道冬期 施工中应注意的问题的阐述, 为其他高寒区隧道冬期施工提供参考。 1 工程概况 长珲铁路客运专线位于吉林省中东部, 长约 360 km。线路基本呈东西走向, 途 经吉林市蛟河盆地和老爷岭、威虎岭中低山区、图们江低山区、延吉珲春盆地。 全线新建单洞双线隧道 84座, 总延长155.394 km, 其中3 km以上隧道 16座。 本标段全长89.868 km, 主要有拉法山隧道段、石门隧道段、安图隧道群段。 1.1 工程地质和水文地质 出露的地层主要为花岗岩、 花岗闪长岩、 闪长岩等, 其次为变质粉砂岩、 细
8、砂岩、 板岩等, 还有角砾岩、安山岩、安山质凝灰岩, 局部地段主要是延吉盆地分布有 白垩系的砂岩及页岩和泥岩互层, 具有膨胀性。 隧道地下水主要为孔隙水和基岩 裂隙水。 1.2 气象水文 根据相关资料, 本标段线属北亚温带湿润半湿润大陆性季风气候。 按照对铁路工 程影响的气候分区, 该区为严寒地区。 四季分明, 春季干旱多风, 夏季短促温暖, 秋季凉爽, 冬季漫长酷寒。年平均气温 5.4;极端最高气温37.7, 极端最低 气温-42.5;降水主要集中于 68月, 年平均降水量 528670 mm。土壤最大冻 结深度167192 cm。 2 隧道冬期施工方案 隧道冬期施工主要是对人、材、机及施工
9、场地进行有效的防寒保温, 以达到资源 充分利用。 防寒保温主要是指混凝土的抗冻保温技术, 本文主要对混凝土冬期施 工技术、 隧道洞口段冻害防治措施及隧道内防寒技术进行研究, 对寒区隧道冬期 施工措施进行了分析和总结, 进而得出更经济、适用、有效的寒冷地区隧道冬期 施工技术。 2.1 混凝土施工 根据相关规范和规程要求, 平均气温连续3天低于5, 或最低气温低于-3时, 混凝土施工应按冬期混凝土施工要求进行。 根据气象资料, 本标段采用冬期施工 方法时, 需要对混凝土用水和混凝土原材料进行加热。 根据热工计算确定需要的 加热温度, 但不得超过表1的规定。从材料的热工特性来看, 水的热容量比砂、
10、石大得多, 约为砂、石的 5倍, 因此, 最经济和有效的方法是对水进行加热。为 了减少加热工作量, 当自然气温等于或高于-8时, 只需加热拌合水, 就可以 达到拌合物的温度要求。 表1 拌合水及骨料的最高允许温度 下载原表 1) 砂石料场保温供暖:砂石料棚外部采用保温双层泡沫板彩钢板结构, 内部采 用钢管棚架结构, 同时设置帆布夹棉布的暖帘, 并在车辆出入口设置滑动门, 保证防寒效果。 采用锅炉供暖方式对砂石料进行预热及保暖, 在砂石料仓底部设 置管道地暖, 对砂石料进行预热, 同时也可以保证仓内砂石料的温度, 地暖布 置如图1所示。 图1 砂石料棚地暖布置图 下载原图 2) 拌合站的保温供暖
11、;拌合站棚外部采用厚复合式彩钢板结构, 内部采用棉布 帘全部封闭, 除下料口外, 其他地方均为封闭结构。 拌合站的采暖可采用小锅炉 供暖, 即采用立式水暖锅炉对拌合站内部进行管式供暖, 同时对拌合用水进行 加热, 保证拌合用水的温度。拌合站内安装一圈由 3根80钢管组成的排管作 为采暖设备, 必要时开启电暖风机进行采暖, 也可采用与工区统一集中供热。 3) 拌合用水采用蒸汽管道进行加热, 将暖气管道通入蓄水池, 通过暖气管道循 环加热施工用水。 4) 混凝土拌制:混凝土掺有防冻剂时, 如果防冻剂为粉剂, 则按要求掺量将防 冻剂直接撒在水泥上面和水泥同时投入;当防冻剂为液体时, 必须要先配制成规
12、 定浓度溶液, 然后用规定浓度溶液, 根据使用要求配制成施工溶液。 水泥不得直 接加热, 使用前宜运入暖棚内存放。搅拌混凝土时, 骨料中不得带有冰、雪及冻 团。本标段采用的均为强制式搅拌机, 拌翻混凝土的最短时间应按表 2要求。 表2 强制式搅拌机拌制混凝土的最短时间 下载原表 5) 混凝土的运输:冬期施工运输混凝土拌合物时, 应合理选择搅拌机放置地点, 有效缩短运距, 尽量合理地选择运输容器的形式、 大小和保温材料, 使热量损失 尽量减少。本标段混凝土运输最长距离长达 10 km, 所以必须对混凝土车采取保 暖措施。对于运输距离在较短的情况, 混凝土车可以采用保温套对车进行保温, 并在进料口
13、与出料口布置发热电缆确保进料口与出料口的温度。 混凝土车保温套 如图2 所示, 发热电缆如图 34所示。 图2 混凝土车保温套 下载原图 图3 发热电缆 下载原图 图4 发热电缆构造 下载原图 2.2 隧道洞口段冻害防治措施 寒区隧道洞口段冻害防治措施可分为被动防寒和主动供暖两类。在防寒效果上, 主动供暖的防冻害效果要远好于被动防寒技术。 例如, 嫩林线白卡尔隧道通过在 水沟内铺设蒸汽管路, 烧锅炉向水沟内通暖气, 解决了水沟的冻结问题7。但 由于主动供暖存在施工工艺复杂、工序繁琐、后期运营成本太高及设备维护负担 大等问题, 因此隧道设计时, 一般均采用被动防寒方式, 主动供暖主要用于病 害治
14、理, 且应用较少。 1) 隔热防冻措施:隔热防冻是指在衬砌表面或初期支护与二次衬砌之间敷设保 温材料, 利用保温材料尽量减小围岩中的热量放出或者是外部热量的侵入, 借 以保持隧道衬砌背后的围岩保持原有冻结或融化状态, 不发生冻融循环。 保温层 的敷设方式主要有三种, 如图5所示。昆仑山隧道和风火山隧道采用了夹心式, 大阪山隧道和鹧鸪山隧道采用了即贴壁式, 应用得都比较成功;离壁式在国内应 用较少。 图5 保温层的不同敷设方式 下载原图 2) 排水系统防冻措施。主要包括: (1) 保温水沟, 通常采用侧沟形式, 根据衬 砌断面设计结构形式, 水沟上部设双层盖板, 在上下两层盖板间充填保温材料,
15、保温层厚度一般不应小于 30 cm, 下部为流水槽, 沟底纵坡一般应与隧道纵坡相 同, 但不宜小于 3; (2) 深埋水沟, 埋置于隧道仰拱以下, 中心管中心至轨面 距离为3.7 m, 中心管正上方铺设 2 m聚氨酯保温层, 保温层厚度10 cm, 洞内 中心深埋水沟及洞外深埋水沟均采用600 mm钢筋混凝土预制管, 壁厚120 mm; (3) 防寒泄水洞, 根据围岩的最大冻结深度外设计埋置深度, 而且考虑泄水洞 的施工不能影响隧道主洞的稳定性, 泄水洞通常布置在隧道主洞下方。 应结合隧 址区的气温条件、冻结深度、地下水富集情况以及建设投资各方面因素考虑, 对 防寒泄水洞做出对比分析论证; (
16、4) 保温出水口, 在严寒地区, 深埋水沟、防寒 泄水洞及洞外暗沟, 均应设置保温出水口以保证水流至洞口时不致发生冻结, 堵塞排水通道。 3) 注浆堵水防冻措施:破坏冻胀发生的基本条件, 将地下水阻隔在隧道围岩最 大冻结深度之外, 可以避免隧道发生冻害, 注浆是实现这一堵水防冻目的的主 要工程手段之一。注浆材料主要采用纯水泥浆和水泥水玻璃双液浆, 一般采用 0.30.5MPa低压注浆方法, 有承压水的地层注浆压力可适当提高。注浆范围大 于最大冻结深度0.51 m。 2.3 隧道内防寒技术 1) 隧道内防寒保暖措施:按两扇对称推拉设计形式, 设置防寒保温门, 在洞口 路面内埋设钢轨滑道, 上部门
17、框内安装上行定向滑道和吊环。门由槽钢作框架, 正背面为薄钢板焊接而成, 中间空心部分用聚氨脂隔温材料填充, 由工厂加工成型, 现场安装, 预先做好通信电缆管的埋设与穿线工作, 处理好与二次衬砌 结构边墙接触面的密封工艺。也可以在隧道内设置火墙或火炉进行加温。 2) 隧道施工通风空气预热:采用暖风机对进风进行预热, 再把预热后的空气用 通风管送入洞内, 确保洞内环境温度为-55。 通风机布置在井架的 2层平台 上, 暧风机提供的热风要集中送到通风机入风口, 采取铁皮风道集中送风的方 法供热, 通风机的全部进风都经由暧风机通过, 暧风机布置见图6。供热循环系 统由蒸气锅炉、热煤蒸气输送管道、阀门、
18、暧风机散热器等组成, 系统布置见图 7。 图6 施工通风暖风机布置示意图 下载原图 图7 供热循环系统图 下载原图 3 冬期施工安全教育及培训 根据冬期施工任务, 编制各项安全技术措施, 制定各工种安全技术操作规程, 定期对各级生产及管理人员做好安全教育及培训, 强化安全意识, 提高安全重 视程度, 严格执行安全总监、 安全员、 工班三级安全交底制度, 并监督落实到位, 所有特殊工种必须持证上岗。 对于无详细冬期施工安全技术交底的工种, 严禁冬 期施工。 4 施工现场安全管理 建立冬期施工各级安全生产管理体系, 组织制定冬期施工的各项安全生产管理 制度, 监督落实到人, 做好现场监督把控。 要
19、求相应的冬期施工安全生产领导小 组也务必要成立, 工区长及安全总监任正、副组长, 贯彻“安全第一, 预防为 主”的方针, 健全安全保证体系, 做到思想保证、 组织保证和技术保证, 确保施 工中人身、设备安全。 5 结语 本标段在冬期施工中, 对混凝土砂石料场棚采用地暖保温、拌合站搭设保温棚、 混凝土运输车采用保温套对车进行保温等措施, 有效地解决了寒区隧道工程冬 期施工过程中混凝土施工问题。 在隧道洞口段和洞内也采用防寒保温措施, 有效 改善了洞内作业环境, 减少了隧道工程冬期施工成本。 上述防寒保温措施的应用, 有力保证了项目寒冷季节安全、 优质、 高效、 快速地施工, 保护了隧道周边环境,
20、 取得了较大的经济、社会和环境效益。 参考文献 1Yurkevich P.Developments in segmental concrete linings for subway tunnels in BelarusJ.Tunnelling and Underground Space Technology, 1995, 10 (3) :353-365. 2Konnrad.M., Duquennoi C.A Model for water transport and ice lensing in freezing soilsJ.Water Resources Research.1993, 29 (9) :3109-3124. 3马建新.高寒地区特长公路隧道温度场及保温隔热层方案研究D.成都:西南 交通大学, 2004. 4张建勋.寒冷地区梯子岭隧道温度场测试与分析J.交通世界 (建养机 械) , 2011, 18 (6) :174-176. 5朱兆贵.庙沟铁矿梯子岭隧道施工工艺J.冶金矿山设计与建设, 1999, 37 (2) :24-27. 6金龑.吉图珲高铁东兴隧道冻害防治技术研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2014. 7蔡荣和.修建防寒水沟的几点体会J.路基工程, 1992, 10 (3) :4-5.
