中铁十局集团有限公司阿富准铁路项目经理部 新疆 830000
摘要：索尔苏隧道位于新疆阿勒泰地区严寒地区的单线普速铁路隧道，该隧道设计断面小，中心水沟及环向盲管等排水系统为达到严寒气温条件下可正常排水的作用，均置于冻结线以外，为深埋设计。针对严寒地区隧道防排水的施工遇到较大的困难和挑战，通过优化设计、改进工艺以及新型保温材料的应用研究，最终实现严寒气温条件下正常排水的作用。
关键词： 严寒地区隧道 中心深埋水沟 深埋盲沟 新型保温材料
1．引言
我国隧道工程建设存在大量因渗漏水及冻胀造成衬砌开裂、支护侵入隧道限界等的病害，给铁路建设期及开通运营期的安全造成极大隐患，而这与隧道的防排水技术密切相关。随着隧道工程技术研究日趋成熟，并取得了一定的进步和成效。但隧道防排水受严寒气温因素众多影响，使得解决隧道防排水的难度大大增加。本文以索尔苏隧道为工程背景，对普速单线铁路隧道断面净空小，防排水措施复杂等进行介绍，并对实施过程中遇到的问题和对策进行总结，以期为改善该类隧道的设计和施工提供参考。
2．隧道工程概况
阿富准铁路索尔苏隧道位于新疆阿勒泰市境内，起讫里程DK33+397～DK37+730，全长4.333km，设计时速120km/h。隧道全线位于直线上，为单面上坡，坡度4.5‰，洞身最小埋深约3m，最大埋深约108m。沿隧道分布地层主要为第四系洪积粉土、中砂、中泥盆统混合岩、华力西期花岗岩。地下水为基岩裂隙水，施工期间以渗水形式表现，地下水以地面补给为主。隧址区年平均气温4.7℃，极端最高气温37.6℃，极端最低气温-43.5℃，最冷月平均气温-17.2℃；年平均降水量227.6mm，年平均蒸发量1104.2mm；最大积雪厚度94cm，采用黏性土最大冻结深度180cm。
3．隧道排水系统设计概况
索尔苏隧道设计采用双侧双层盖板保温水沟+仰拱下方贯通式中心深埋水沟+贯通式纵向盲管+环向盲管的排水系统（见图1）。
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图1 隧道洞内排水系统断面图
保温侧沟在低端洞口中心深埋检查井处各设置4根Φ100mm横向钢管，将侧沟水引至中心水沟。中心深埋水沟埋置于自内轨顶面向下约4m处，设直径为Φ800mm的钢筋混凝土管作为排水主管路。环向盲沟设置于隧道初期支护外，距隧道衬砌内缘1.2m，纵向间距6～10m，通过Φ200mm的钢筋混凝土排水横管与中心深埋水沟直接连接，横沟坡度不小于5%。中心深埋水沟及环向盲管，均设置于冻结线以下，具有防寒功能。
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图2 环向盲管示意图
4．隧道排水系统施工中存在的问题
4.1 中心深埋水沟及横通道
为确保排水通畅，中心深埋水沟及横通道均设置于最大冻结线以外，由于该隧道所处地层为弱风化花岗岩，必须使用爆破手段才能达到设计结构深度，因此对于爆破技术要求极高。但受单线隧道设计断面小、中心深埋水沟设置深度深、中心深埋水沟和横通道需同步开挖等因素的影响，控制爆破难以达到预期效果，爆破完成后超挖较严重，水沟顶部几乎到达拱脚位置，已开挖支护完成的洞身拱架拱脚部位悬空，存在极大安全隐患。
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图3 中心深埋水沟现场开挖情况
4.2 环向盲管
深埋保温环向盲管开槽设置在当地冻结线之外，在较差的地层施工时，只能在初期支护施工完成以后，再回头掏槽施工保温盲沟，会剪断初期支护连接筋和凿除部分超前支护；在较好地地层施工时，保温盲沟的埋设深度又难以保证，易导致盲沟保温措施不到位。在达到设计沟槽的开挖深度时，普遍存在超挖严重的情况。
5．施工过程中的对策
5.1 中心深埋水沟施工对策
通过调查隧道所处区域历年温度变化，积极与设计沟通，优化中心深埋水沟埋设深度，调整开挖顺序及爆破方案。中心深埋水沟埋设深度由内轨顶面以下6.15m提高至3.54m。开挖时，根据现场开挖情况，及时调整爆破参数。先将隧道开挖至仰拱底部，以仰拱填充顶面为临空面超前开挖，打眼爆破采取抬炮方式，机械配合出渣，每循环开挖长度不宜大于5m。施工时，先开挖Ⅰ部，在开挖Ⅱ部，最后开挖Ⅲ部。
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图4 开挖步骤示意图
5.2 环向盲管施工对策
原设计环向盲管的保温措施为自基岩面深挖60cm，使用保温轻质混凝土对其保温。考虑到拉槽扩挖深埋盲沟以及隧道横沟对围岩及支护结构的破坏性，背衬聚氨酯保温板对支护结构强度的减弱。因此，将思路转向采用新工艺、新材料代替环向盲沟的方案。采用一种保温材料，使环向盲管处的热阻值不小于设计方案中保温轻质混凝土的热阻值，且导热系数小于保温轻质混凝土，以实现在初期支护表面敷设而不用深挖围岩的方案。
纳米复合芯材真空绝热板是一种无机超薄材料，导热系数为0.006 W/（m•K）以下；保温轻质混凝土的导热系数范围为0.44～0.95 W/（m•K）。
以常用的保温材料聚氨酯型材作对比，质量上乘的聚氨酯导热系数约为25mW/（m•K），而纳米复合芯材真空绝热板导热系数为5 mW/（m•K），即1cm厚度的纳米复合芯材真空绝热板的保温效果与5cm厚度的聚氨酯保温效果相当。
通过对两种环向盲管保温措施材料的试验，采用纳米复合芯材真空绝热板保温时，无需开挖沟槽直接敷设于初期支护表面，敷设幅宽不小于160cm即可满足深埋环向盲管的保温要求。
6．施工成果
6.1 中心深埋水沟
通过优化中心深埋水沟埋设深度、调整开挖顺序及爆破方案，爆破开挖由多次爆破减少至1～2次即可完成，大大加快了爆破开挖的进度；开挖后，水沟顶宽由5m缩减至3.5m，开挖面距拱脚1.2m左右，解决了拱脚悬空的安全风险；同时由于爆破次数的减少，爆破对周边岩体的扰动随之降低，超挖现象得到了有效的控制，减少了回填混凝土的方量，节约了回填混凝土的成本支出。
6.2 深埋盲沟保温材料
使用纳米复合芯材真空绝热板替代原设计保温方案后，在冬季最冷月对预埋设的温度传感器数据进行了多次采集。通过对数据进行分析，说明（1）对绝热板前和隧道内温度进行对比，隧道的二衬结构具有一定的保温性能，平均测温数据分别有6.3℃、5.2℃和4.8℃的温差，三组数据表明环境温度随着时间的增长冷量会渐渐渗透二衬内部，二衬内部温度与隧道内温度差距越来越小，直至达到平衡；（2）由绝热板靠初支所测温度表明，当地温度达到-30℃时，隔热板的保温性能使得排水管内温度始终高于冰点温度，有效保证了排水的畅通。
7．建议
索尔苏隧道全长4333m，于2017年进场施工，2020年7月完工，施工周期较长。防排水系统复杂、施工难度大是重要的影响因素。针对类似隧道提出两点建议：
（1）严寒地区普速单线铁路的设计，不应局限于规范要求的参照标准，应结合现场实际情况设计防排水措施。
（2）综合收集严寒地区隧道冻害特点，积极采取新工艺、新型材料对中心深埋水沟、环向盲管的设计进行优化，解决隧道施工中的实际困难。
8．结束语
本文以阿富准铁路索尔苏隧道防排水为例，介绍了在施工中心深埋水沟及环向盲管过程中遇到的问题及对策，可以为后续类似工程施工提供一些参考。
参考文献：
[1]朱国伟.寒冷及严寒地区铁路隧道防排水设计探讨[A]，铁道部工程管理中心，2013（1）：52.
[2]姚希磊.隧道深埋式中心水沟施工技术研究[J].铁道建筑技术，2017（06）：98.
[3]国家铁路局.铁路隧道设计规范：TB10003-2016[S].北京：中国铁道出版社，2017：90-91.
来，在整个过程中，对于其中出现的问题，可以及时采取有效对策不断优化施工方案，为后续吊装施工奠定基础。在进行吊装施工时，为了保证装配式建筑按照质量要求顺利搭建，施工人员需要考虑整个构件的运输路线、塔吊的旋转半径等是否都满足要求。为保证高质量完成装配式建筑工作，利用BIM技术进行全程模拟是不可或缺的手段之一。
2.5质量管理方面
在编制过程中运用BIM手段，可以最大程度的解决施工方案存在的不足，将其效益功能发挥到最大化，其优势通常体现在施工方案难以深刻全面理解，并且所需要的资源数量庞大。在装配式建筑整个施工建设过程中，利用BIM软件平台得到的施工方案和流程比工程本身实际情况更具有规范合理性，在实际工作中，帮助施工单位加强监督和管理，将工程的最好风貌展现给广大人民。在具体操作中，根据大数据网络、相关专业系统，进行BIM质量管理模型的构建工作，并与其他施工方案进行比较审核，从中选出最合适的方案，以供施工单位后续顺利进行施工操作提供借鉴，从而提高施工正确率。
2.6BIM技术在运行维修阶段的应用
从相关资料来看，使用阶段是大部分建筑存活所耗费的费用最多的阶段，这些建筑都有7年以上的使用时长，在这期间所消耗的费用大大超出工程原本的价格，因此造成消耗的费用呈现不断上涨趋势。那么为了保障运营商得到相应的经济效益，就需要对建筑设备进行全面规范的维修检查管理，由于装配式建筑在进行部件维修检查时，只能通过获得丰富的信息来实现，但因数据众多，容易导致遗漏。
另外，长时间使用建筑，容易造成电路管线损害，降低建筑的使用寿命，如果长期不更换，容易引发火灾等安全隐患，严重威胁到人民群众的生命财产安全。为了避免以上危险的发生，需要对装配式建筑进行定期检查维修，这时BIM技术将发挥重大作用，通过其强大的信息管理系统，时时监控建筑设备的运行情况，能够在灾害发生之前及时解决，保证了公共财产安全。除此之外，BIM技术建立模型可以将能二次利用的资源进行辨别选取，经过一系列的加工程序，继续使用，这样就使资源得到合理配置。
3结论
总而言之，本文主要从三个方面论述了在工程承包施工背景下，在装配式建筑工程中运用BIM技术的优势，分别是提高产业链整合升级、企业效益最大化、更具有满意度的施工服务。又分别从设计、生产、施工三个阶段有针对性的措施，为合理利用资源保护环境贡献力量，进一步加强装配式建筑专业化的管理模式，最终更好彰显工程施工效果。
参考文献：
[1]冯晓科.BIM技术在装配式建筑施工管理中的应用研究[J].建筑结构，2018（s1）：663-668.
[2]刘国福.BIM技术在装配式建筑结构施工中的应用研究[J].建筑技术开发，2019（9）：1-2.