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长珲铁路客运施工技术研究

1工程概况

长珲铁路客运专线位于吉林省中东部,长约360km。线路基本呈东西走向,途经吉林市蛟河盆地和老爷岭、威虎岭中低山区、图们江低山区、延吉珲春盆地。全线新建单洞双线隧道84座,总延长155.394km,其中3km以上隧道16座。本标段全长89.868km,主要有拉法山隧道段、石门隧道段、安图隧道群段。1.1工程地质和水文地质出露的地层主要为花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等,其次为变质粉砂岩、细砂岩、板岩等,还有角砾岩、安山岩、安山质凝灰岩,局部地段主要是延吉盆地分布有白垩系的砂岩及页岩和泥岩互层,具有膨胀性。隧道地下水主要为孔隙水和基岩裂隙水。1.2气象水文根据相关资料,本标段线属北亚温带湿润半湿润大陆性季风气候。按照对铁路工程影响的气候分区,该区为严寒地区。四季分明,春季干旱多风,夏季短促温暖,秋季凉爽,冬季漫长酷寒。年平均气温5.4℃;极端最高气温37.7℃,极端最低气温-42.5℃;降水主要集中于6~8月,年平均降水量528~670mm。土壤最大冻结深度167~192cm。

2隧道冬期施工方案

隧道冬期施工主要是对人、材、机及施工场地进行有效的防寒保温,以达到资源充分利用。防寒保温主要是指混凝土的抗冻保温技术,本文主要对混凝土冬期施工技术、隧道洞口段冻害防治措施及隧道内防寒技术进行研究,对寒区隧道冬期施工措施进行了分析和总结,进而得出更经济、适用、有效的寒冷地区隧道冬期施工技术。2.1混凝土施工根据相关规范和规程要求,平均气温连续3天低于5℃,或最低气温低于-3℃时,混凝土施工应按冬期混凝土施工要求进行。根据气象资料,本标段采用冬期施工方法时,需要对混凝土用水和混凝土原材料进行加热。根据热工计算确定需要的加热温度,但不得超过表1的规定。从材料的热工特性来看,水的热容量比砂、石大得多,约为砂、石的5倍,因此,最经济和有效的方法是对水进行加热。为了减少加热工作量,当自然气温等于或高于-8℃时,只需加热拌合水,就可以达到拌合物的温度要求。1)砂石料场保温供暖:砂石料棚外部采用保温双层泡沫板彩钢板结构,内部采用钢管棚架结构,同时设置帆布夹棉布的暖帘,并在车辆出入口设置滑动门,保证防寒效果。采用锅炉供暖方式对砂石料进行预热及保暖,在砂石料仓底部设置管道地暖,对砂石料进行预热,同时也可以保证仓内砂石料的温度,地暖布置如图1所示。2)拌合站的保温供暖;拌合站棚外部采用厚复合式彩钢板结构,内部采用棉布帘全部封闭,除下料口外,其他地方均为封闭结构。拌合站的采暖可采用小锅炉供暖,即采用立式水暖锅炉对拌合站内部进行管式供暖,同时对拌合用水进行加热,保证拌合用水的温度。拌合站内安装一圈由3根Φ80钢管组成的排管作为采暖设备,必要时开启电暖风机进行采暖,也可采用与工区统一集中供热。3)拌合用水采用蒸汽管道进行加热,将暖气管道通入蓄水池,通过暖气管道循环加热施工用水。4)混凝土拌制:混凝土掺有防冻剂时,如果防冻剂为粉剂,则按要求掺量将防冻剂直接撒在水泥上面和水泥同时投入;当防冻剂为液体时,必须要先配制成规定浓度溶液,然后用规定浓度溶液,根据使用要求配制成施工溶液。水泥不得直接加热,使用前宜运入暖棚内存放。搅拌混凝土时,骨料中不得带有冰、雪及冻团。本标段采用的均为强制式搅拌机,拌翻混凝土的最短时间应按表2要求。5)混凝土的运输:冬期施工运输混凝土拌合物时,应合理选择搅拌机放置地点,有效缩短运距,尽量合理地选择运输容器的形式、大小和保温材料,使热量损失尽量减少。本标段混凝土运输最长距离长达10km,所以必须对混凝土车采取保暖措施。对于运输距离在较短的情况,混凝土车可以采用保温套对车进行保温,并在进料口与出料口布置发热电缆确保进料口与出料口的温度。混凝土车保温套如图2所示,发热电缆如图3~4所示。2.2隧道洞口段冻害防治措施寒区隧道洞口段冻害防治措施可分为被动防寒和主动供暖两类。在防寒效果上,主动供暖的防冻害效果要远好于被动防寒技术。例如,嫩林线白卡尔隧道通过在水沟内铺设蒸汽管路,烧锅炉向水沟内通暖气,解决了水沟的冻结问题[7]。但由于主动供暖存在施工工艺复杂、工序繁琐、后期运营成本太高及设备维护负担大等问题,因此隧道设计时,一般均采用被动防寒方式,主动供暖主要用于病害治理,且应用较少。1)隔热防冻措施:隔热防冻是指在衬砌表面或初期支护与二次衬砌之间敷设保温材料,利用保温材料尽量减小围岩中的热量放出或者是外部热量的侵入,借以保持隧道衬砌背后的围岩保持原有冻结或融化状态,不发生冻融循环。保温层的敷设方式主要有三种,如图5所示。昆仑山隧道和风火山隧道采用了夹心式,大阪山隧道和鹧鸪山隧道采用了即贴壁式,应用得都比较成功;离壁式在国内应用较少。2)排水系统防冻措施。主要包括:①保温水沟,通常采用侧沟形式,根据衬砌断面设计结构形式,水沟上部设双层盖板,在上下两层盖板间充填保温材料,保温层厚度一般不应小于30cm,下部为流水槽,沟底纵坡一般应与隧道纵坡相同,但不宜小于3‰;②深埋水沟,埋置于隧道仰拱以下,中心管中心至轨面距离为3.7m,中心管正上方铺设2m聚氨酯保温层,保温层厚度10cm,洞内中心深埋水沟及洞外深埋水沟均采用Φ600mm钢筋混凝土预制管,壁厚120mm;③防寒泄水洞,根据围岩的最大冻结深度外设计埋置深度,而且考虑泄水洞的施工不能影响隧道主洞的稳定性,泄水洞通常布置在隧道主洞下方。应结合隧址区的气温条件、冻结深度、地下水富集情况以及建设投资各方面因素考虑,对防寒泄水洞做出对比分析论证;④保温出水口,在严寒地区,深埋水沟、防寒泄水洞及洞外暗沟,均应设置保温出水口以保证水流至洞口时不致发生冻结,堵塞排水通道。3)注浆堵水防冻措施:破坏冻胀发生的基本条件,将地下水阻隔在隧道围岩最大冻结深度之外,可以避免隧道发生冻害,注浆是实现这一堵水防冻目的的主要工程手段之一。注浆材料主要采用纯水泥浆和水泥水玻璃双液浆,一般采用0.3~0.5MPa低压注浆方法,有承压水的地层注浆压力可适当提高。注浆范围大于最大冻结深度0.5~1m。2.3隧道内防寒技术1)隧道内防寒保暖措施:按两扇对称推拉设计形式,设置防寒保温门,在洞口路面内埋设钢轨滑道,上部门框内安装上行定向滑道和吊环。门由槽钢作框架,正背面为薄钢板焊接而成,中间空心部分用聚氨脂隔温材料填充,由工厂加工成型,现场安装,预先做好通信电缆管的埋设与穿线工作,处理好与二次衬砌结构边墙接触面的密封工艺。也可以在隧道内设置火墙或火炉进行加温。2)隧道施工通风空气预热:采用暖风机对进风进行预热,再把预热后的空气用通风管送入洞内,确保洞内环境温度为-5℃~5℃。通风机布置在井架的2层平台上,暧风机提供的热风要集中送到通风机入风口,采取铁皮风道集中送风的方法供热,通风机的全部进风都经由暧风机通过,暧风机布置见图6。供热循环系统由蒸气锅炉、热煤蒸气输送管道、阀门、暧风机散热器等组成,系统布置见图7。

3冬期施工安全教育及培训

根据冬期施工任务,编制各项安全技术措施,制定各工种安全技术操作规程,定期对各级生产及管理人员做好安全教育及培训,强化安全意识,提高安全重视程度,严格执行安全总监、安全员、工班三级安全交底制度,并监督落实到位,所有特殊工种必须持证上岗。对于无详细冬期施工安全技术交底的工种,严禁冬期施工。

4施工现场安全管理

建立冬期施工各级安全生产管理体系,组织制定冬期施工的各项安全生产管理制度,监督落实到人,做好现场监督把控。要求相应的冬期施工安全生产领导小组也务必要成立,工区长及安全总监任正、副组长,贯彻“安全第一,预防为主”的方针,健全安全保证体系,做到思想保证、组织保证和技术保证,确保施工中人身、设备安全。

5结语

本标段在冬期施工中,对混凝土砂石料场棚采用地暖保温、拌合站搭设保温棚、混凝土运输车采用保温套对车进行保温等措施,有效地解决了寒区隧道工程冬期施工过程中混凝土施工问题。在隧道洞口段和洞内也采用防寒保温措施,有效改善了洞内作业环境,减少了隧道工程冬期施工成本。上述防寒保温措施的应用,有力保证了项目寒冷季节安全、优质、高效、快速地施工,保护了隧道周边环境,取得了较大的经济、社会和环境效益。

参考文献:

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[3]马建新.高寒地区特长公路隧道温度场及保温隔热层方案研究[D].成都:西南交通大学,2004.

[4]张建勋.寒冷地区梯子岭隧道温度场测试与分析[J].交通世界(建养•机械),2011,18(6):174-176.

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[6]金龑.吉图珲高铁东兴隧道冻害防治技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2014.

[7]蔡荣和.修建防寒水沟的几点体会[J].路基工程,1992,10(3):4-5.

作者:王超朋 李岩 单位:1.中铁隧道集团二处有限公司 2.中铁隧道集团一处有限公司

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