高原高寒地区隧道施工技术

高原高寒地区隧道施工技术

王毅杰

中铁隧道集团一处有限公司 重庆 404100

摘要：新建格尔木至库尔勒铁路工程新疆段位于新疆维吾尔自治区东南部，东衔青藏线西格段、格拉段和规划中的格成铁路，中连规划和田至若羌至罗布泊铁路，西接南疆线土库段、库阿段和规划伊宁至库尔勒铁路，在铁路网中具有重要地位。其中重点控制工程阿尔金山隧道全长13195m，隧道进口轨面高程3300.01m，斜井进口3600m，是南疆范围海拔最高、最长的隧道。

关键词：高原 高寒 戈壁滩 隧道 施工

1. 前 言

阿尔金山特长隧道横跨索尔库里盆地、阿尔金山主山脊两个次级地貌单元，洞身大角度与近东西走向的阿尔金山主峰相交，是格尔木至库尔勒铁路的重点控制工程之一，隧道全长13195m，隧道进口轨面高程3300.01m，是南疆范围海拔最高、最长的隧道。

为顺利施工高原高寒地区隧道施工存在的问题，我们仔细研究图纸、借鉴东北吉图珲高铁、青海省共玉高速公路的施工经验成立QC质量攻关小组，在隧道防排水、防寒保温施工、低温环境混凝土施工、施工组织管理等方面，解决了相关难题，经过2年时间的施工验证达到了安全质量可控、快速施工的目标，为南疆后续高原高寒地区隧道施工提供了先例，具有重要的参考价值。

2. 工程概述

2.1 隧址所在区域自然环境

隧址区北临塔里木盆地，南靠柴达木盆地，属青藏高原寒带气候区。降水稀少、空气湿度极低（有时甚至为零），气温变化剧烈、大风和沙尘暴活动频繁。其气候特点主要为：干旱少雨，四季温差大；冬季漫长酷寒，夏季短暂，多风、干燥。海拔高度对气温的影响已超过纬度位置作用，春冬季节山区常有降雪。最冷月平均气温为-34.1℃，最热月平均气温为17.5℃。年平均气温5℃，年降水量分布不均，大量降水集中于夏季的7月。9月中旬至次年5月底为积雪期，冰雪期长达9个月。海拔4000m左右的山地年降水200mm～400mm，年平均风速在3m/秒左右，月平均最大风速5m/秒。最大冻结深度为2.5m。

隧道横跨索尔库里盆地、阿尔金山主山脊两个次级地貌单元，洞身大角度与近东西走向的阿尔金山主峰相交。该隧道地下水丰富预测水量，七段富水带总计7362m³/d。阿尔金山隧道工程地质纵断面图。

阿尔金山隧道工程地质纵断面图

2.2 工程特点

阿尔金山隧道为单线铁路按II级铁路设计，时速120M/h，建筑限界最小为624cm*825cm，最大为957cm*650cm。设置两座斜井、一座平道、两个防寒泄水洞。

为缓解高原高寒地区浅埋段、洞口段隧道内冻融作用，减少冻融循环次数、降低隧道衬砌的变形及破坏反复作用，保障隧道浅埋段、隧道洞口段的温度处于0℃以上，在隧道浅埋段、洞口段500m设置两防一保，综合保温系统确保温度（防水板+保温板+防水板）大于冰点温度。

3. 隧道主要施工方法及技术更新

3.1 施工要点

依据高原高寒地区的自然环境条件、施工设计的规格、本着安全可控、质量可靠、快速组织、高效施工、经济适用的原则，确定相关要求：

1. 由于高原高寒地区、缺氧、寒冷、多风沙、机械降效严重、冬季启动困难，尽量采用电气化机械或者近似机械减少内燃机器的使用。

2. 规范化冬季施工措施，确保混凝土、喷射混凝土的施工、运输、使用、养护均有保障，确保施工质量。

3. 强化隧道的排水措施，形成完整排水系统、从围岩裂隙水的收集、纵向盲管的安设、积水排除做到水系畅通，保障工程质量和进度。

3.2 主要技术更新

3.2.1 分量分离 泄水洞超前

防寒泄水洞在隧道下方1500m，1930m，覆盖隧道主要富水段，泄水洞距离隧道正洞轨顶10.5m处，充分考虑后，要求防寒泄水洞超前正洞50m范围施工，施工后泄水洞竖向连接通道连接隧道正洞环向盲沟、纵向排水沟组成综合排水系统，将隧道内水引排至洞外，室保障隧道施工质量、进度的关键因素之一。

防寒泄水洞与正洞的排水系统对围岩裂隙水长期引排作用，对降低水的冻胀危害、增加综合抗渗能力起关键作用，在泄水洞进口处采用水泥管排水，因防寒泄水洞出口裸露在外，阿尔金山隧道所处区域最冷月平均气温为-34.1℃，9月中旬至次年5月底为积雪期，冰雪期长达9个月，在防寒泄水洞出口设置保温措施，防冻采用回填处理。

3.2.2 低温环境 混凝土温度控制技术

冬季施工混凝土时关键因素之一，针对阿尔金山隧道冬期施工经过不断总结、探索、创新得出整套低温环境下混凝土施工技术，有效解决混凝土在冬季施工受温度制约导致的施工难题，保障混凝土施工质量，确保施工进度，具体措施如下：

（1）拌合站修建

结合隧道所在区域环境，经项目部全体人员多次开会讨论，借鉴其他项目冬期施工经验，并请专家论证，通过水管深埋地下、采用保温岩棉夹心彩钢板平进行全封闭、采用锅炉集中供热取暖、对拌合站砂石料仓铺设地暖等方式进行修建。

（2）局部温度控制

混凝土的早期强度与养护很大关系，为了保障温度我们进行分阶段温度观测并加采用局部升温，将洞内温度分为三区段一恒温，一区段是隧道掌子面开挖施工，掌子面向洞口20m范围，要求喷射混凝土最低施工温度不低于5℃；二区段是衬砌、仰拱混凝土浇筑，规范要求混凝土施工温度、养护温度，入模温度不低于10℃；三区段是过度温差段落，隧道洞口及100m范围，隧道洞内外温度差为54℃；恒温区是掌子面至洞口段100m范围，规范要求混凝土环境温度与养护温度不得大于15摄氏度，此区段为恒温区间温度范围值5℃～20℃，见示意图12隧道洞内三区段温度分布示意图。

隧道洞内三区段温度分布示意图

经历16年冬期施工验证，未发生因温度影响混凝土质量问题，证明了上述措施足够保障冬期施工，同时使用了新型低温外加剂进行配合比，满足了冬期施工中高原高寒地区隧道喷射混凝土施工受制约的难题。

4. 结束语

以阿尔金山隧道为例，“高原高寒地区隧道施工技术”作为公司及项目的重点科研技术，项目部针对高原、高寒、缺氧、机械降效、冬期混凝土保温的主要特点，不断尝试更新，以指导施工，填补了高原高寒地区的施工技术空白，为更好的提升高原高寒地区的隧道施工提供了研究平台积累基础资料。

1. 在极端气温及长时间高寒区域，为保障施工质量采取保温措施，利用管道深埋、水加热、锅炉蒸汽供暖、恒温料仓、运输包裹确保了混凝土的质量满足施工温度需要、满足混凝土施工温度要求，可靠使用可控。

2. 隧道温度分区段管理，对不同区段的温度进行控制，三区段一恒温通过验证效果良好，有效的消除的冬期施工的温度影响，保障各区段作业的正常进行，施工质量有效保障。

阿尔金山隧道施工还在继续，将不断的总结施工中的经验提炼更新更有实效的施工技术，不断弥补空缺及漏洞，但是在一下几方面还需要有足够的重视，不断进行研究：

1. 针对高原高寒地区的混凝土生产线的设置，从拌合站的建立到混凝土的运输、浇筑、养护动态调整，依据海拔高度进行分高程设置不同标准。

2. 防寒泄水洞的断面尺寸、结构优化、功能的加强型，不仅仅是排水可做后续的通风、救援通道等充分发挥未利用功能。

3. 高原高寒地区自然资源的分辨利用，比如降低风速、利用采光板增温措施。

阿尔金山隧道的施工不断总结创新，将为新疆后续类似环境的速到施工提供可使用的经验、数据、措施有效的解决工程技术难题，从资源投资、成本控制做到有据可依，降低施工过程中各种风险。

参考文献：

[1] 隧道施工要点集 关宝树 北京： 人民交通出版社，2007

[2] 特长隧道建设工程技术 —重庆万开高速公路铁峰山隧道工程 北京：人民交通出版社，2007

[3]　TB10204-2002 铁路隧道施工规范

[4] 铁路工程设计技术手册—隧道[M]—中国科学院兰州冰川冻土研究所 北京： 中国铁道出版社，1995

[5] 青藏冻土研究论文集[C] —中国科学院兰州冰川冻土研究所 北京： 科学技术出版社，1983