风火山隧道穿越地下冰层施工技术

施工资料

隧道/地下工程

风火山隧道穿越地下冰层施工技术

曹鑫锋

(中铁二十局集团公司工程经营部　陕西咸阳　712000)

　　摘　要:重点介绍青藏铁路风火山隧道穿越厚层地下冰层施工中,针对地下冰层易热融滑塌的特点,摸索出一些行之有效的施工技术措施:井挖采用预留光爆层光面爆破,减少装药量,设置保温设施,暖季施工利用夜间通冷风,低温下快速有效封闭围岩,加快模筑混凝土衬砌速度,铺设保温板,加强测温工作等。

关键词:铁路隧道;高原隧道;地下冰层;施工技术

　　中图分类号:U455　　文献标识码:B　　文章编号:10042954(2004)06008902

1　工程概况

(1)明洞施工采用整体遮阳和边仰坡防护措施,防

风火山隧道位于青藏铁路格拉段,是世界上海拔

最高的多年冻土隧道,起讫里程为D1K1159+000～D1K1160+338,全长1338m,轨面高程4905m,山顶海拔高度4996m。隧道最大埋深约100m,最浅覆盖层仅810m。年平均气温-6111℃,极端最高气温2312℃。隧道地质构造特殊,主要为含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土、厚层地下冰,泥岩、砂岩、泥砂岩互层等。洞身处于低温基本稳定区和低温稳定区,隧道洞身通过基岩多为少冰、多冰冻土,基岩风化层厚度一般为8～10m,局部基岩风化层中发育1～215m厚的富冰、饱冰冻土,多年冻土上限一般为115m。根据现场调查,厚层地下冰平均厚度达60cm,最厚处为90cm,冰层晶莹透亮。2　施工方法的研究

止热融滑塌;

(2)隧道内暖季施工,通冷风降温以防热融坍塌;

(3)采用有轨运输,以降低洞内环境温度;(4)隧道开挖后及时喷射混凝土封闭岩面,减少热

量侵入,有效降低冻融圈的形成速度和范围,从而防止融化圈过大造成的热融坍塌,减少结构施工完成后回冻产生冻胀影响;

(5)采用掺抗冻型速凝剂喷射混凝土和低温耐久性混凝土,以解决洞内开挖需要低温防融化,而支护需要高温保强度这一矛盾;

(6)隧道全断面铺设5cm厚隔热保温板,降低隧道内温度升高后对支护外围冰层的影响,避免厚层地下冰反复冻融对结构的破坏,影响运营安全;

(7)进行科学的温度控制,保证施工时对温度的不同环境要求。

具体措施如下。

(1)开挖时采用预留光爆层光面爆破,尽量减少一次装药量,周边眼间隔装药。为避免钻孔至装药时间拉开过长,导致成钻孔后孔内水、石屑冻结而影响装药效果和时间,在施工中,严格要求成孔一个立即用高压风清孔一个,并及时装药。选用KBW型抗冻防水乳化炸药,抗冻型非电毫秒雷管起爆。

(2)明洞开挖时为避免厚层地下冰热融滑坍,采取了以下技术防范措施:①开挖前,搭设明洞遮阳棚(图1),以减少太阳辐射热;在边坡开挖线外侧110m处挖110m×110m×115m坑,用混凝土把立柱(<100钢

厚层地下冰在地质学上被认为是极限性不良地质,目前世界上还没有在同类地质条件下开凿隧道的历史,更没有任何经验可以借鉴。厚层地下冰开挖后,若不及时进行防护,会产生热融现象,尤其明洞开挖时,边仰坡失稳,导致热融滑坍、基底泥泞,隧道在暖季开挖,特别是拱部会造成严重掉块现象,甚至导致大小不等的塌方;洞内开挖需要低温防融化,而支护需要高温保强度。隧道运营后,可能会因反复冻融破坏结构,影响运营安全。

为确保隧道安全顺利穿过厚层地下冰层,采取了如下施工方法。

收稿日期:20031217

),男,助理工程师。作者简介:曹鑫锋(1976—

管)埋好,立柱纵向间距210～215m,为了增加立柱强度,在立柱外侧210m处设地锚,用混凝土把地锚埋好,同时用<615钢筋把立柱和地锚固定牢固,然后在立柱顶用<615钢筋横拉并固定,再把棉蓬布搭设在横

铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN　2004(6)

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拉的<615钢筋上,并把棉蓬布固定好;②在开挖时,采用分段分层开挖,每段长15～20m,层高115～210m,边开挖边采用隔热保温板和复合防水板覆盖防护,以避免厚层地下冰融化;③明洞开挖到位后,边仰坡和基底用粗颗粒土换填210m厚,然后边仰坡喷射15cm厚C20混凝土

。

有轨运输,减少了因内燃机械燃烧油料产生高温,有利于控制洞内环境温度。

(6)加快模筑混凝土衬砌速度,确保模筑混凝土衬砌紧跟工作面,这样可避免厚层地下冰因喷射混凝土厚度不足与洞内温度达到热平衡后,厚层地下冰热融圈扩大,破坏围岩的稳定性。

(7)为防止隧道运营后冻胀破坏和厚层地下冰热融圈扩大,在衬砌前全断面铺设5cm厚隔热保温板。隔热保温板的铺设采用常规的无钉挂线工艺。衬砌后经科研单位实测,已浇筑完的二次衬砌混凝土冻岩面热融圈扩大范围为210m左右。

(8)加强测温工作,进行科学有效的温控工作。首先根据施工安排提出不同阶段、不同时间施工时的温

图1　遮阳棚示意(单位:mm)

(3)隧道暖季施工的关键是利用夜间通冷风,降低

洞内环境温度。根据风火山地区昼夜温差比较大的特

征,每天从20:00时至次日上午9:00时利用110kW轴流风机给洞内连续不间断送冷风,以达到降低洞内环境温度的目的,确保厚层地下冰处于稳定状态。通过多次测温试验,采取降温措施后洞温控制在最高+5℃,有利于冰层地段施工。

(4)低温下快速有效封闭,减少热量侵入。开挖爆破后,经过试验摸索,结合多年喷混凝土施工经验,采用喷射混凝土(许多专家和设计人员认为无法喷到零度以下的岩面上)及时封闭岩面,防止围岩热融坍塌。原设计初期支护为模筑混凝土,开挖后围岩暴露时间长,出现热融坍塌。为解决这一实际难题,根据多年冻土区地温为负温、环境温度极低这一情况对混凝土施工采取措施。现场证明,抗冻型速凝剂液态型稍好于固态型。曾选用国内多家抗冻型速凝剂,效果均不理想,后将各种速凝剂进行混合配比试验,研究出一种效果较好的配方用于施工,结果墙部回弹率控制在20%以内,拱部控制在30%以内;最主要的是,有效降低了可施工温度下限。经过与测温调节同步的反复喷混凝土封闭试验,最终找到了既可保证厚层地下冰裸露面不融化、又能使加温后的混凝土在喷护时快速凝固而不脱落的临界温度,即-3～+3℃。据此在开挖爆破后,先喷混凝土3～5cm厚封闭岩面,使厚层地下冰与洞内空气完全隔离,减少厚层地下冰暴露时间,防止热融发生,有效地保证了洞内施工人员及隧道的安全与稳定。

(5)为了降低洞内环境温度,减少暖季白天通风时间,避免厚层地下冰产生热融现象,洞内出碴进料采用90

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