高海拔寒區(qū)高速鐵路隧道施工及抗防凍技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)的高速發(fā)展和西部大開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步推進(jìn)，我國(guó)的公路工程、鐵路工程和地下工程迅猛發(fā)展，尤其我國(guó)步入高速鐵路快速發(fā)展的時(shí)期，其大量長(zhǎng)大隧道工程落戶于西部地區(qū)，穿越高海拔寒區(qū)。大阪山隧道是蘭新第二雙線高速鐵路的頭號(hào)控制性工程，屬于Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道。高海拔寒區(qū)隧道所處的工程地質(zhì)、氣候條件往往比較惡劣，本文期望通過(guò)對(duì)隧道施工中通風(fēng)供氧技術(shù)、防凍脹技術(shù)、防排水措施、施工機(jī)械化等方面的研究，探索一種類似條件下（生態(tài)脆弱、海拔相對(duì)較高、凍土

2、深度相對(duì)較深的高寒地區(qū)）修建高速鐵路隧道的技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、有利環(huán)保的隧道施工技術(shù)，以補(bǔ)充在高海拔高寒地區(qū)修建高速鐵路隧道的施工技術(shù)，對(duì)以后同類高海拔高寒地區(qū)高速鐵路隧道的修建提供一定施工技術(shù)支持。
　　1、大阪山隧道防凍脹參數(shù)的設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)大阪山隧道的工程地質(zhì)氣候條件確定隧道的凍害類型為第Ⅲ類型凍害隧道，然后對(duì)隧區(qū)范圍地溫的實(shí)測(cè)從而獲得第一手資料，并且在隧道的洞口段實(shí)測(cè)隧道徑向一定范圍內(nèi)的溫度以及隧道一定縱深范圍內(nèi)襯砌側(cè)壁

3、面溫度。第二根據(jù)隧道不同埋深條件下，利用有限元軟件ANSYS來(lái)模擬其凍脹的圈的大小以及凍脹力的大小，在根據(jù)廣義的凍脹力來(lái)判斷凍脹力的等級(jí)，據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)保溫層。而且根據(jù)實(shí)測(cè)2月大阪山隧道各部分的溫度數(shù)據(jù)可知道，說(shuō)明保溫層的計(jì)算參數(shù)是處于安全系數(shù)范圍內(nèi)的。
　　2、在高海拔寒區(qū)低壓低氧的情況使得長(zhǎng)大隧道施工時(shí)通風(fēng)較為困難，大阪山隧道根據(jù)施工時(shí)的不同階段采取了不同的施工通風(fēng)組織方式。對(duì)于施工時(shí)的低氧問(wèn)題采取掌子面附近彌漫散氧的措施保障了施

4、工時(shí)掌子面附近工人對(duì)于氧氣的需求，而且有機(jī)結(jié)合了個(gè)人攜帶式供氧器以及氧氣供應(yīng)氧吧車。大阪山隧道的有效的施工通風(fēng)組織管理以及供氧保證了施工時(shí)隧道內(nèi)適于人員安全有效的進(jìn)行工作的環(huán)境。
　　對(duì)于隧道洞口段，隧道施工開(kāi)挖前圍巖就處于凍土狀態(tài)。由于施工時(shí)產(chǎn)生的外界熱量，可能是得掌子面附近圍巖的熱融現(xiàn)象，從而影響圍巖的穩(wěn)定性。為了減少施工開(kāi)挖時(shí)對(duì)于原有凍土的擾動(dòng)，特意采取施工通風(fēng)降溫的措施消除外界熱量，保證原有圍巖的原始熱力學(xué)狀態(tài)。通過(guò)理想情

5、況下的理論公式計(jì)算以及利用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬可知保證通風(fēng)風(fēng)管末端風(fēng)流的溫度來(lái)保證施工時(shí)掌子面附近以及圍巖處于0℃左右，從而避免施工而產(chǎn)生的熱融現(xiàn)象。
　　3、隧道發(fā)生凍害的四個(gè)基本因素為溫度條件、水文條件、圍巖條件、工程措施，只要有效的采取措施阻隔其中一個(gè)因素即可實(shí)現(xiàn)較好的防凍害效果。對(duì)于大阪山隧道除了采取設(shè)置隔熱保溫層從溫度條件了防凍害，而且采取了有效的防排水系統(tǒng)從水文條件降低凍害。對(duì)于地下水水發(fā)育區(qū)進(jìn)行低溫注漿止水，

6、并利用防寒泄水洞排水會(huì)達(dá)到更好的排水效果，而且利用的Midas/GTS模擬了防寒泄水洞施工開(kāi)挖對(duì)于正洞施工開(kāi)挖的影響，可知泄水洞的施工不會(huì)對(duì)正洞造成不良影響。
　　4、在大阪山隧道的寒冷氣候條件下，低氧低壓使得內(nèi)燃機(jī)械的功率達(dá)不到額定功率，而且內(nèi)燃機(jī)在低氧情況燃燒不充分排出大量尾氣增加施工通風(fēng)的難度。因此更多采用更先進(jìn)的以及電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備以及合理的機(jī)械配套措施。從施工開(kāi)挖、噴護(hù)、初支、仰拱采取大型機(jī)械設(shè)備不僅提高了施工掘進(jìn)速度