赵兴宗
中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 云南昆明 650051
摘要：在施工技术规范及设计规范中对高海拔、寒冷地区的隧道并没有相关要求。本文从隧址区海拔高、季节性冻胀的特殊条件出发，通过比选确定隧道技术标准、平纵和防冻保温的相关方案；采取外贴保温层的保温措施和矩形中心水沟排水；根据建筑行业引入冬期施工的定义和施工要求。
关键词：高海拔隧道；双向行车；冬季施工
1 引言
德贡公路最高点孔雀山垭口海拔约3882米，根据当地交管部门和沿线老百姓提供的资料显示，每年冬春季节近半年多时间因积雪、冰冻导致道路无法正常通行。
隧道区属横断山脉纵谷地带，地势北高南低，峡谷幽深壮观，积雪线海拔2700米，原始森林区，植被发育，长有寒温带针叶林。沿线基岩裸露，岩石破碎，海隧道区海拔高程介于3340～3940.3m之间。按照气温直减率的推算，进口最冷月（1月）平均气温度估计为-5℃，出口最冷月（1月）平均气温为-2℃。
2 隧道技术标准
(1) 公路等级：二级公路；
(2) 设计行车速度：40km/h；
(3) 设计交通量：按第20年（2042年）隧道路段交通量为6611辆/日小客车进行设计；
(4) 隧道建筑限界：
① 隧道主洞段
净宽：1.25+0.25+2×3.5+0.25+1.25=10.0m，隧道净高：5.0m；
（5）荷载等级：公路-I级；设计轴载：BZZ－100。
（6）隧道设计纵坡：2.495%。
（7）抗冻设防等级：二级。
3 隧道防冻胀设计
目前隧址区没有气象观测站，但按照气温直减率的推算，11月～3月德贡公路孔雀山隧道进口（3450m）最低温度估计为-7.22～-2.72℃，隧道出口（3350m）最低温度估计为-9.95℃～-5.64℃，垭口处（3882m）最冷月（1月）平均最低温度估计为-13.7℃。故本隧道需进行防冻保温设计。
隧址区标准冻深线为0.6m，隧道出口（3350m）最低温度估计为-9.95℃～-5.64℃，由《季节性冻土地区公路设计与施工规范》表8.2.2可知，本隧道寒冷程度分级为寒，由表8.2.4可知本隧道防冻设防等级为二级。
隧道抗冻措施主要有防排水法、隔热保温法和加热法，也可以采用上述几种方法的组合。其中，防排水法及隔热保温法属于被动抗冻方法，应用较多且效果较好、技术相对成熟。而加热法属主动抗冻方法，该方法能耗大，要求具有一定的前提条件，目前仍处于试验研究阶段。故针对本隧道特点，采用防排水法及隔热保温法相结合的方法进行防冻保温。
（1）防、排水：围岩周边径向注浆减少衬砌背后渗水量并提高岩体的抗冻性。采用低温弯折性能及导热系数较低的EVA防水卷材进行防水。采用聚氨酯泡沫塑料型材预制直埋保温管，横向排水管的坡度为3%，尽快排出衬砌背后的积水。采用内径0.4m钢架混凝土圆管作为中心水管，保温隔热设防段外裹5cm硬质聚氨酯泡沫塑料型材进行保温。中心水沟采用保温出水口。
（2）衬砌结构方面：保温隔热设防段均采用复合式衬砌（支护参数见表8.1），其二次衬砌为钢筋混凝土，抗冻等级为F250，采用引气混凝土，混凝土强度等级为Ca40。变形缝、施工缝宜设在同一位置，缝应直通衬砌基底，设缝分段长度不宜超过15m。
（3）隔热保温方面：隧道位于寒冷地区，采用复合式衬砌保温法，在初期支护与二衬间铺设隔热保温材料。采用硬质聚氨酯泡沫塑料型材作为保温材料，其导热系数为0.022w/（m·K），抗压强度变形10%时＞0.1MPa，燃烧性能不低于B1级，其他性能及要求应符合《建筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料》的相关要求。由《季节性冻土地区公路设计与施工规范》表8-1可知，隧道在无电伴热时保温隔热设防长度为300m，故抗冻设防段长度取300m。采用等效厚度换算法进行保温层厚度计算均小于5cm，按规范保温层厚度取5cm。
4 施工组织
4.1 施工工期
隧址区海拔为3400米，地处横断山脉腹地，地形陡峻，施工过程中将面临低气压、低氧和低温的问题，施工人员劳动效率和施工装备功效受高寒缺氧会严重影响。
隧道在进、出口各设一个工区，由隧道两端向隧道中部掘进。
（1）机械化施工方案
采用钻爆法（机械化配套）施工。在低压、寒冷、低氧的条件下，机械难于启动难，功率损失较多。所以施工中要尽量用机械代替人工，减少人工作业。多使用电动或风动的机械。采用汽车无轨运输方式施工。
（2）施工设备配套方案
施工设备合理配置是隧道施工必须解决的问题，高海拔隧道的施工由于严寒缺氧，施工机械设备应采用高原型机具并进行必要的改造，科学组织设备配置才能发挥必要的作用。
（3）保证工期的组织措施
在开始施工之前应编制科学、合理、可行的实施性施工组织设计。
做好冬季施工方案，成立工地气候观测小组，制定好冬季混凝土拌合、防冻与施工设备养护方案，做好材料储备。
考虑到本隧道为高海拔隧道，通过对类似项目调研，高海拔地区各级围岩施工进度（包括监控量测和地质超前预报工序）指标见表8.1。
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通过上表可以得，隧道施工采用对向掘进,隧道开挖（含支护）工程26个月，路面工程4个月、设施安装及调试4个月，总工为34个月，满足项目工期要求。
4.2 施工通风、场地、用水、便道、用电及排水
（1）施工通风
施工通风是为改善隧道内施工人员的劳动条件，提高劳动生产率，保障施工人员身体健康、保证正常的安全生产。为了保持洞内良好的施工环境，将新鲜空气采用压入式风机直接送到开挖面。
隧道施工通风机械应选择大容量、低能耗、高效率的通风机，采用混合通风方式，通过接长风管和串联风机保证送风压力。同时考虑到隧道位于高海拔地区，为保证氧气含量，施工中应考虑适当的辅助增氧措施。
（2）施工场地
本项目隧道进口地形较缓，施工场地布置较易。临时用房、材料加工及堆放场地布置在洞口附近缓坡地带和路基范围之中，减少环境破坏，且保证远离滑坡、崩塌、泥石流的危险范围内。
临时设施的设置应避免对隧道洞口及浅埋段产生过大的坡面开挖痕迹，使坡脚临空，影响洞口及浅埋段山体稳定。
（3）施工用水
施工用水主要包括混凝土拌和用水、湿式凿岩机用水、清洗施工机械用水等，同时也应考虑施工人员的生活用水。经现场调查，隧道进出口有山涧自然沟或河道，可在洞口附近修建蓄水池，也可进行打井取水 ，但施工或饮用前须进行水质分析。
（4）施工便道
隧道进出口靠近德贡公路，可利用既有道路作为施工便道。
（5）施工用电
根据现场调查，沿线位于山区，施工用电需要与当地供电部门协调、沟通，引至工点，建议全线统一考虑解决；也可采用柴油机发电施工。
（6）施工排水
洞内积水会造成初期支护脚底软化，造成支撑下沉，开挖掌子面不易稳定。且道路湿滑，洞内环境恶劣，影响施工进度。因此，要求隧道内不积水。
当工作区为反坡施工时，需配备排水机械和管路，进行反坡排水，施工过程中需配备排水机械和管路，做好反坡排水工作；洞内反坡排水方式可根据隧道坡度、积水量，一次或分段接力排出洞外。
5 结语
综上所述，高海拔、低温地区隧道设计较为复杂，在设计过程中要充分结合项目隧址区气候条件，针对性设计，从防排水、结构耐久性、隔热保温、施工等各方面充分考虑，保持严谨科学的态度，尽量避免对后期运营留下毛病。在施工质量得以保证，可以为类似的隧道设计积累经验，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]唐协；李海清；林国进；田尚志 川藏公路高尔寺特长单洞隧道设计关键技术研究-《现代隧道技术》-2012。
[2]赵晓飞；贺元琛；樊洪；白云飞 高寒、高海拔隧道施工技术研究