钱林森

摘 要：随着我国交通事业的发展，深埋高地热条件下的长大隧道越来越多，高地温热害问题日渐突出。地热温度不仅对衬砌结构的受力特征有影响，而且会影响隧道结构的耐久性。在高地温区富水特长隧道工程的施工过程中，集中攻克特长隧道开挖、断层富水、高地温等施工难点，提升施工质量。本文将简要分析在富水、高地温特长隧道工程的施工技术，提升隧道工程施工质量。

关键词：特长隧道;断层富水;高地温;技术措施;施工质量

中图分类号：U455.49 文献标识码：A

在地热温度作用下，隧道衬砌结构产生内力重分布，拱顶和拱脚弯矩变化较大，以及结构整体安全系数降低。丰富的地下水对隧道施工极为不利，且高热温泉携带大量热量使得洞内环境温度升高，这无疑恶化了隧道施工环境。在不同地段的施工中，为保证施工质量，必须要确保选择施工技术具有可行性和针对性。

1 特长隧道施工技術方案

1.1 施工组织

丰顺隧道全长14 407 m，共设置4个斜井，分别在DK50+975、DK53+825、DK56+053、DK58+790设置4处斜井。隧道施工分10个作业面。

丰顺隧道除配置1台三臂凿岩台车施工外，采用气腿式风钻钻爆法开挖，锚喷支护，无轨运输、压入式通风。

（1）洞口施工：斜井洞口开工前先施工截水沟，避免雨水对边坡的冲刷，进洞前施作拱部超前大管棚。（2）超前支护：洞口及局部浅埋段洞身超前支护采用超前管棚支护措施及周边围岩注浆，断层破碎段采用径向注浆和超前小导管。（3）开挖：斜井III级围岩段采用全断面法施工，IV、V级围岩采用台阶法施工。正洞段II级围岩采用全断面法施工，III级围岩段采用台阶法施工，IV级围岩采用三台阶法施工。（4）初支采用湿喷机械手湿喷工艺。（5）仰拱采用移动模架整体浇筑。（6）二衬采用12 m液压衬砌台车施工，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土搅拌运输车运输，混凝土输送泵泵送入模，插入式捣固器振捣密实。（7）水沟电缆槽采用移动模架施工。

1.2 机械化配套

隧道施工机械化配套主要包含隧道施工方法及施工组织、隧道施工机械设备配套、隧道主要临时设施配套、工厂化加工设备配套、隧道施工通风设备配套、隧道反坡抽排水设备配套、隧道信息化施工设备配套、隧道衬砌台车及作业台架等9个部分。

（1）施工组织。施工方面主要考虑开挖弃渣、仰拱施工及衬砌浇筑等工序间的衔接，避免造成一项工序的施工阻碍其他工序正常开展。

（2）施工方法。隧道施工应根据地质条件、断面大小等因素对设计文件中的施工方法进行评估，对不合理的施工方法应提出变更和优化。

隧道施工方法变更或优化时，应重点考虑揭示围岩的自稳能力，优先选择初期支护能够及早封闭成环的施工方法。

（3）隧道施工机械设备配套。隧道机械设备配套根据隧道施工顺序和工序分超前钻探及预支护、开挖、装碴运碴、支护、仰拱、防水板及钢筋、二次衬砌、水沟电缆槽、质量检测与缺陷修复共九条作业线进行配置。

（4）隧道主要临时设施配套。隧道施工供电、供风、供水的配置根据隧道规模、使用的各项机械设备的功率损耗等计算确定。

（5）工厂化加工设备配套。隧道施工用混凝土、喷射混凝土拌制，支护钢架、结构钢筋加工，沟槽盖板预制等应实行工厂化集中生产与加工制作。

（6）通风设备配套。隧道施工通风设备配套应根据隧道掘进长度、隧道断面大小、一次爆破炸药用量、内燃机械设备配置等情况计算后综合确定。

（7）反坡抽排水设备配套。隧道反坡抽排水设备及管路配套应根据隧道涌水量、施工长度、坡度等条件计算确定。一般情况，抽排水能力应大于涌水量的1.2倍;应急抽排水时，应利用隧道施工高压风管和水管，抽排能力应大于涌水量的2倍要求。

（8）信息化施工设备配套。隧道超前地质预报设备配套应根据岩层特点、地质构造、不良地质、地下水等因素综合考虑确定。对于地质复杂隧道，应采用地质素描、物探、钻探等方法进行综合预报，相互印证。

加强施工过程中监控量测频率。配备有害气体监测仪器、门禁及视频监控系统等信息化设备。

（9）衬砌台车及作业台架。隧道衬砌台车、水沟电缆槽模架，开挖、防水板铺设等作业台架除应满足强度、刚度、稳定性要求外，净空应满足各种施工设备通行要求。

2 富水地段隧道施工技术方案

2.1 前期准备工作

在隧道工程开始实施之前，要将山谷或者是地表径流引流，尽可能的降低地表水的深入程度。隧道开挖的过程中，要采取合理的措施降低地下水位，提升土层抵抗外部破坏力的能力。采取合理的隧道开挖技术和支护作业技术，尽可能的通过控制措施缓解地表沉降问题。

2.2 洞外处理技术

为了防止在隧道工程施工中出现水土流失现象，为水源处理提供良好的方式，在工程实施之前，需要加快构建截排水沟，对水源进行合理引流，降低水分渗入隧道的量。

2.3 洞内涌水处理技术

（1）超前地质预报。隧道不同程度渗水时，现场及时增加超前地质预报预测手段。在原有超前地质预报方式的基础上，增加超前地质钻孔及地质雷达手段，提前预测开挖前方水文地质情况，并根据地质情况和地下水状况，制定注浆措施，确保施工中不发生突泥涌水安全风险事件，确保施工安全。

（2）注浆止水。根据隧道出水情况，初支局部渗水可采用径向注浆措施。注浆既可起到堵水的作用，同时还可对受涌水影响的初支空洞进行填充、保证初支背后无空洞。

（3）加强防水措施。针对初支渗水量较大地段，环向每间隔6 m设置一道2 m宽凹凸排水板;对局部水量特别大的段落，按照每3 m设置一道2 m凹凸排水板进行布置。

在仰拱初支底面每间隔3 m横向设置一道φ50加劲软式透水盲管，环向盲管直接接入隧道水沟，形成独立排水系统，无需接入纵向盲管。

（4）泄壓孔。隧道埋深较大，地下水丰富的地段，为缓解地下水对结构的水压力，防止后期涌水压力对结构造成破坏及漏水，衬砌结构完成后可沿中心水沟间隔5 m打设泄压孔，泄压孔开孔直径φ100，孔内埋置φ100PVC管。

3 高温隧道工程施工技术

3.1 高温隧道的形成原因

地温分布是地温在地壳表层的分布状况，它是地球内热和太阳辐射热在地壳表层相互作用的结果。形成地壳表层地温场的主要热源还是来自地球的内部。地温场的影响因素较多，但主要取决于以下三组因素：区域深部热背景、成热环境及附加热源。高温隧道在形成的原因大多集中在以下几点。第一，隧道具有较深的埋深深度，丰顺隧道全长14 407 m，最大埋深约850 m，地热环境属于中低温对流型地热系统的模式，该区域地下一定深度岩浆活动强烈，构造断裂比较发育，地下水量丰富。第二，隧道所处位置的外部温度较高，隧道内部的温度也将会较高。隧道施工可以近似的看成为封闭体，内部新鲜空气的来源主要是洞口位置，通过通风设备将外部空气压入隧道内部，对洞内的温度做出调节，将内部粉尘、有害气体排出。当隧道工程地处热带区域时，丰顺隧道位于广东省梅州市范围，温度长年气温较高属于高热地区，导致隧道内部的空气温度长时间具有较高状态。第三，施工热源影响。在隧道工程施工阶段，丰顺隧道作业需要使用的人员设备较多，作业而产生的热量仍是隧道高地温环境不可忽视的重要热源，比如建筑材料水化生热、施工机械器具运作产热等，且所产生的热量不容易扩散，造成内部温度上升。第四，特殊地质构造。丰顺隧道基本位于热活动区域内，受地下内热活动影响，该地区地下水多以温泉或热泉的形式出露地表，形成热环流系统，通过热交换增加隧道内部温度。

3.2 高温隧道施工措施。

（1）强化隧道内部通风。通过上述分析可以得知高温出现的原因，想要将温度降低，最佳方法是强化隧道内部的通风力度，通过提高隧道内部与隧道外部之间的空气流动，降低隧道内部温度。另外，将供风量增加还可以显著将洞内粉尘和有毒有害气体浓度降低。较大的风口出风速度使得施工作业区域空气循环加快，通风速度促使空气更快流通，冷空气在较短时间内扩散，加大了降温的效果，使得洞内热空气尽快被冷空气置换，在条件允许下，尽可能增加风管口出风风速，加快洞内空气流通，有利于施工安全、顺利进行。

当前，在设计隧道内部通风风量的时候，仍然需要考虑以下几方面指标。第一是在有限数量、额定功率的风机条件下，过大的风量无法实现。第二是减少风筒漏风和风压损失。第三是最多炸药使用量使用时的供风量。第四是施工时作业人员较多的供风量。

（2）冰制冷系统。通过在隧道上台阶开挖台架、仰拱端头、防水板台车大小里程处放置冰块，冰块位置及距离冰块位置2 m、5 m、10 m、20 m布置挂壁式温度计，监测及分析得出，在洞内各作业面放置冰块，对洞内温度的降低有一定的效果，放置数量的增加，能够达到洞内空气整体降温的目的;同时冰块融化到一定阶段过后，作业温度达到最低，在冰块融化逐渐完毕的过程中，洞内空气温度逐渐回升，冰块放置过程中做到冰块在融化时间上的交替放置，有效的保证了洞内舒适的作业环境。

利用冰制冷系统的时候，主要适合在掌子面30 m的范围内，施工人员在该位置聚集。通过使用冷气式冰块既可以达到降温的目的，还可以降低洞内湿气。

（3）洒水降温。当高地温区隧道刚开挖段围岩温度不高时，可以采取洒水的措施降温，对隧道围岩壁面喷射一定量的冷水，降低掌子面及开挖段的温度。冷水可以根据隧道施工现场的具体情况，从附近的河流或湖泊引水到隧道内。高地温区隧道内的洒水装置不仅可降低隧道内的温度，还可起到降低隧道内粉尘含量的作用。但在地温较高环境下采用的洒水降温的效果不是很理想。

（4）通风-冰块结合。目前虽然一般通过通风的方式来进行热交换降温，但是降温效率较低，隧道各处温度还是分布不均。

在隧道洞口外设置冰块放置笼，在冰块放置笼内部放置洞外冰块，将冰块放置笼通过柔性管与通风机相连接，再将通风机与通向隧道内的通风管相连接，从而对隧道进行通风降温。通过洞内冰块和设有洞外冰块的通风机的结合使用，来共同降低洞内温度，结构简单，不仅安装方便，且材料易得，材料成本低，能耗小，特别适用于高地温区隧道降温。

通过洞内冰块和通风机通风降温，可以有效降低隧道内的温度，并通过适时增添洞内冰块，使隧道温度始终保持在30℃以下，避免了工人在高温环境下持续工作对健康的影响，且提高了施工效率，加快了隧道施工进度。

4 结束语

在隧道工程施工过程中，为保证施工质量，提升隧道工程的服务能力，施工人员必须要基于实际施工情况采取具有针对性的施工方案，旨在提升进度，提升施工质量。本文从富水、高地温特长隧道工程施工着手，探究相应的施工方案，为工程实施高质量提供借鉴。

参考文献：

[1]张涛.富水浅埋全风化花岗岩地层隧道施工降排水技术研究[J].工程技术研究，2019（04）：97-99.

[2]袁进科，寇举安，雷振，等.深圳益田浅埋暗挖地铁隧道富水砂层注浆堵水技术[J].施工技术，2019（01）：71-74.

[3]刘建国，王春明，薛宁鸿，等.强膨胀岩浅埋富水隧道变形分析及施工控制[J].高速铁路技术，2018（01）：84-89.

[4]孙连勇，黄永亮，尹长凤，等.富水砂层浅埋地铁隧道深孔注浆扰动机理研究[J].现代隧道技术，2018（01）：190-199.