齐康平 周晋筑 王根南
（中铁五局 贵州贵阳 816000）
摘 要 本文主要介绍在青藏高原多年冻土区特殊的自然环境和地质条件下，修建高原多年冻土区世界第一长隧——昆仑山隧道所面临的新的技术难题及采取的主要施工方法和技术措施，为高原多年冻土区隧道施工积累经验。
关键词 高原 多年冻土 铁路隧道 施工技术
1 工程概况
昆仑山隧道地处海拔4600~4800m的高原多年冻土区，全长1686m，是高原多年冻土区世界第一长隧。隧道通过昆仑山北麓低、中高山区，地质构造复杂，地形起伏大，山坡陡峻，坡面破碎。隧道除出口段位于R=1000m曲线上外，其余为直线段，洞身纵坡为单面坡，坡度14
‰、13.4‰。
隧道洞身通过区围岩为三叠系板岩夹片岩，节理裂隙发育，结构破碎，主要为Ⅳ~Ⅴ级围岩，属多年冻土。隧道进口分布有1.8m左右厚的饱冰冻土，其余为少冰、多冰冻土。多年冻土下限在隧道中部DK977+000~DK977+500段接近隧底。在多年冻土下限以下的融区内分布有基岩裂隙水，隧道正常涌水量为222.55m3托玛琳水杯/d，最大涌水量445.10m3/d。隧道设计地震烈度八度，最冷月平均气温-16.7℃。
昆仑山隧道独特的地理位置、严酷的自然环境、复杂的地质条件使其工程结构、施工工艺和施工方法不同于一般地区隧道。虽然国内在多年冻土区也修建过一些铁路或公路隧道，但都存在不少的病害，如漏水挂冰、衬砌受冻开裂剥落、冰幔道床等，有些工程甚至无法正常使用。由于缺乏成功的经验，使得昆仑山隧道施工面临前所未遇的困难。 2 主要设计特点
2.1 衬砌及支护设计
全隧道均采用曲墙带仰拱整体式模筑钢筋混凝土衬砌，模筑混凝土支护（厚度25~30cm）， 设格栅钢架，拱墙或局部设ф25中空锚杆，衬砌及模筑支护采用低温早强耐久混凝土。
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作者简介：齐康平，男，汉族，籍贯陕西，生于1953年，高级工程师，2001年毕业于中南大学，工学学士，主要从事铁道土木工程施工。
（1）昆仑山隧道防排水遵循“防、排、截、堵，多道防线，综合治理”的原则，以防、堵为主，排、截为辅。
（2）全隧拱部模筑支护背后进行回填压浆填充空隙，以保证其背后密实。
（3）DK976+832~DK977+635段结合中空注浆锚杆进行围岩注浆堵水。
（4）全隧洞内设双侧保温水沟，墙脚纵向设ф100mmPVC盲沟，通过“三通”及ф50mmPVC泄水管与洞内保温侧沟连接，及时将衬砌背后的水排入侧沟，侧沟水通过检查井与格尔木端洞外保温暗沟连接引排。洞内结合环向施工缝在模筑支护与防水层之间设
ф50mm环向盲沟，通过“三通”与衬砌墙脚纵向盲沟连接。泄水孔穿过防水板及隔热保温层处，两侧应粘贴橡胶垫进行防水处理。
（5）二次衬砌环向施工缝设置遇水膨胀止水条并用WJ水泥基界面剂处理。洞口300m范围结合施工缝设置伸缩缝，间距20~25m，在设置伸缩缝的断面处，模筑钢筋混凝土衬砌截面中间安设橡胶止水带，在靠近支护一侧衬砌外缘安置宽100mm遇水膨胀橡胶止水条，其余空隙用渣油麻筋或浸油木板充填。
（6）隧道全断面设防水隔热保温层，铺设于模筑支护与二次模筑钢筋混凝土衬砌之间，结构形式采用“复合防水板+隔热保温层+复合防水板”。
3 施工技术难点
（1）隧道穿越多年冻土区，冻土含冰量较高，洞身围岩级别主要为Ⅳ~Ⅴ级，风化严重、节理发育、结构破碎，开挖后围岩自稳性极差，加之冻土暴露后易融化，常发生掉块和坍塌。设计文件提出施工中应严格遵循“随开挖、随支护、早封闭、快衬砌”的原则，尽量缩短开挖面暴露时间，但由于模筑混凝土支护不能紧跟开挖面，难以及时封闭围岩，故在已
开挖地段围岩频繁出现掉块和坍塌，仅靠模筑混凝土支护已无法保证施工安全和进度，因此采用何种快速有效的的临时支护措施，是事关昆仑山隧道施工安全、质量、工期和效益的重要环节之一。在多年冻土隧道能否采用湿喷混凝土作为施工临时支护，怎样保证湿喷混凝土的强度、粘接强度、抗冻临界强度等达到设计和施工要求，是施工中遇到的一大技术难题。
（2）多年冻土区工程结构的病害绝大多数与水和低温有直接的关系，因此防排水结构和衬砌隔热保温层是昆仑山隧道中设计的特殊和关键的结构，其施工工艺和施工质量对保证昆仑山隧道工程质量至关重要。目前，国内外对高原多年冻土隧道防排水及衬砌隔热保温层的施工还没有成熟的经验，且一般地区隧道的防排水施工方法已不能适应昆仑山隧道施工的需要，因此确定合适的施工工艺，做好“防水层+隔热保温层+防水层”这一特殊结构，以确保达到防水、保温隔热的效果，是施工中需要解决的又一大技术难题。
（3）在高寒、昼夜温差大、蒸发量大的恶劣自然环境条件下，如何保证低温早强耐久混凝土衬砌质量也是施工中需要解决的技术难题。
（4）昆仑山隧道要求仰拱必须先行且一次全幅施工成型，如何减少仰拱施工对掘进的干扰，
降低仰拱作业的劳动强度，提高功效，加快施工进度，确保仰拱施工质量，同样是施工中需要解决的技术难题。
（5）多年冻土区隧道洞口开挖宜在寒季进行，以减少冻土热融坍塌。昆仑山隧道于2001年7月开工，由于工期十分紧迫，洞口开挖不可能等到寒季进行，而昆仑山隧道洞口分布有饱冰冻土，施工季节又是暖季最热的几个月，所以采取什么措施组织洞口开挖快速施工，把热融破坏减少到最小，保证洞口施工安全，是开工后面临的一个重要技术难题。
（6）由于高原特殊的气候条件，给隧道施工的辅助作业增加很大的困难，尤其是施工供水和通风。
4 主要施工方法及技术措施
4.1 湿喷混凝土施工
4.1.1 原材料及施工配合比
水泥：32.5R普通硅酸盐水泥（祁连山牌），用量在470~480kg/m3。
粗骨料：5~16mm级配良好的碎石。
细骨料：细度模数大于2.5，级配良好的中粗河砂（产地三岔河）。
水：合格的施工用水。
液体速凝剂：河北石家庄铁园生产，加热后初凝在3min内，终凝在12min内。
防冻剂：HS-1型复合防冻剂。
配合比：水灰比W/C=0.42时，水泥:砂:石:防冻剂:速凝剂=1:2.01:1.34:0.018:0.04。
4.1.2 施工方法
湿喷混凝土采用洞口混凝土搅拌站拌制，12t电瓶车牵引轨行式混凝土输送车运输至洞内作业点，卸料至混凝土湿喷机。工序安排在开挖爆破后进行初喷，根据围岩稳定情况，在出完碴或几个开挖循环后进行复喷。
4.1.3 主要技术要求
（1）施工机械采用改进型TK961混凝土湿喷机和强制式混凝土搅拌机。
TK961主要技术参数：
生产率：4~5m3/h；
工作风压：0.3~0.7MPa；
耗风量：10 m3/min；
最大输送距离：水平30m，垂直20m。
（2）混凝土拌制时必须加热原材料，暖季施工只加热水至35℃，拌合料出机温度控制在10℃左右；寒季施工将水加热至50~70℃，并利用地炉和保温大棚对砂石料进行加热，温度在16~30℃，速凝剂加热至45℃，拌合料出机温度控制在13~17℃。
（3）考虑高原低气温的气候特点，适当延长拌合料搅拌时间，一般为3min。
（4）湿喷混凝土出机坍落度控制在160~170mm，入喷射机前坍落度控制在90~130mm，
温度控制在10℃左右。
（5）喷射时系统风压不小于0.5MPa，喷嘴到喷射面距离0.8~1.0m，喷射角度90度左右。
（6）每次喷射完后必须立即清洗喷射机械。
4.2 防排水结构和衬砌隔热保温层施工
4.2.1 防排水及隔热保温层材料
防排水及隔热保温层材料规格及主要性能见表1。
表1 防排水及隔热保温层材料
材料名称 | 规格及主要性能参数 |
橡胶止水带 | 651型：300×Ф15×Ф30×8mm |
遇水膨胀止水条 | 沉没度>abs082BW-Ⅱ型：长×宽=30×20mm；100×20mm |
WJ界面粘接剂 | 处理前后抗渗标号提高值≥200%；抗剪强度提高≥打火机设备120%；抗折强度提高值≥110% |
软式透水管 | Ф50mm，透水性好，能承受不小于0.5MPa的压力 |
PVC管 | Ф100mm，扁平率电动绞磨50%无破坏或破裂 |
复合防水板 | 宽2.0m，长11m，无纺布/PVC；纵向拉伸强度≥15MPa；膜厚度≥1.0mm；断裂伸长率≥200%；低温柔性-35℃无裂纹； 水压0.2MPa保持24h无渗透。 |
PU聚氨酯板 | 长×宽×厚=2.0×0.5×0.05m；导热系数λ<0.03W/m·k；抗压强度：拱墙部位>0.3MPa，基底部位>0.5MPa；密度>60kg/m3；弹性模量E≥7~10MPa；体积吸水率≤3%，具有低毒性和阻燃性。 |
聚氨酯粘接剂 | TN-1型，密度1200kg/m3，导热系数0.057w/ m·k |
树脂胶 | OP型 |
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图1 水平施工缝工艺流程
图2 环向施工缝工艺流程
图3 止水带半埋入法施工伸缩缝工艺流程
4.2.2 施工缝和伸缩缝施工方法及工艺
施工缝采用预留止水条凹槽和涂刷WJ界面粘接剂的方法施工。伸缩缝采用止水带半埋入法施工。施工工艺见图1、图2、图3。
4.2.3 洞内防水层与衬砌隔热保温层施工方法及工艺
复合防水板采用粘贴工艺施工，保证其与模筑支护密贴牢固，隔热保温材料（PU板）采用工厂预制成型、洞内拼装工艺施工，PU保温板与复合防水板之间用树脂胶粘贴牢固。施工工艺见图4。
图4 仰拱、拱墙防水层及衬砌隔热保温层工艺流程
4.2.4 m6co主要技术要求
（1）定位橡胶止水带时，要求定位准确、牢固，其中间空心圆环应与变形缝的中心线重合，止水带在界面部位保持平展，不能有翻滚、扭转。在浇筑混凝土时，应防止止水带偏移，并振捣充分，以保证止水带和混凝土结合良好，起到很好的止水效果。
（2）防水层和衬砌隔热保温层的施工关键是选择适应昆仑山隧道特殊气候条件和施工要求的胶水粘贴施工，做到防水层无钉铺设，保证防水层无破损。选用的OP树脂胶性能可靠、施工方便、价格适中。
（3）采用工厂预制的无纺布/PVC复合的一布一膜取代以往施工中运用的先钉无纺布、后安装防水薄膜的方法，有效地保证了防水层质量且施工方便、铺贴平整。施工中拱墙复合防水板分为二块，从隧顶向两侧粘贴，在墙脚与仰拱复合防水板连接。
（4）复合防水板的接缝是防水层最薄弱的部位，必须保证接缝有足够的强度和可靠的防水性。施工中采用土工膜焊接机双焊缝焊接，焊接温度为200~250℃，焊接速度约为2.1档。接缝边缘未焊好或漏焊的部位用热风焊补焊完整，同时使复合防水板表面平整，便于粘贴保温板。
（5）对焊缝质量，设专人逐缝检查，要求平整、透明、均匀，不得有漏焊、焦糊、烧黄等现象。
（6）保温板采用工厂预制成块，洞内拼装粘贴施工，能有效地控制材料质量且施工方便，避免现场发泡产生的有毒气体危及洞内施工人员的健康。保温板接缝 采用TN-1型聚氨酯粘接剂粘接，其粘接强度和导热性能均能满足要求且施工方便，能有效提高保温板接缝的保温性能，从而保证保温层整体的隔热效果。
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