高原冻土层小断面隧道开挖技术研究
高原冻土隧道施工技术分析
高原冻土隧道施工技术中铁二十局集团有限公司吴应明摘要:风火山隧道是世界海拔最高的隧道，地质条件和气候条件均极为特殊,隧道的施工难度极大，施工中技术研究和科技攻关项目多，其特殊性及艰巨性在世界上独一无二。
本文从洞口施工、洞身施工、厚层地下冰施工、施工措施、施工保温、施工供氧、机械设备配备等方面介绍了该隧道的施工技术。
关键词：特殊条件；特殊地质；冻土隧道；施工技术青藏铁路风火山隧道，是目前世界上海拔最高的多年冻土隧道。
隧道地质构造特殊，穿越含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土、原始冰川、裂隙冰、夹冰断层、厚层地下冰、泥岩、砂岩、泥砂互层等,还有不可预见性的灾害性地质产生。
隧道区自然条件恶劣,空气稀薄、气压低、氧含量少、风雪多；因此施工条件也极为恶劣，其特殊性及艰巨性在世界上独一无二。
由于在这样的自然条件和特殊地质条件下修建隧道，施工难度极大，在世界上还是第一次，因此没有类似的经验可供借鉴，施工中技术研究和科技攻关的项目很多；该隧道是一条特殊地质、特殊施工条件的特殊隧道。
现将其施工技术作一简单介绍，供同行们参考。
1 工程概况风火山隧道全长1338 m，位于新建青(海）至（西）藏铁路格（尔木）拉（萨）段秀水河至二道沟区间，地处青藏高原腹地，在昆仑山与唐古拉山之间，穿越风火山；山顶海拔高度4995 m,铁路轨面标高4905m，隧道最大埋深100 m，最小覆盖层仅8 m，隧道区多年冻土层厚80～100 m。
隧道进口为山梁地带，坡度较陡，进口段分布含土冰层长160 m，厚度0.7~1。
2 m，上限为1。
36 m；隧道出口为山凹地带，坡度较缓，出口段分布含土冰层长220 m，厚度约1。
7 m,上限2。
11 m。
隧道穿过地段的地质情况为：进口地段砂粘土，厚度12 m,棕红色,土质不均，融化后坚硬，弱融沉,弱冻胀；出口地段砂粘土，厚度12 m，棕红色，土质不均，含少量碎石，融化后硬塑，上限以上为Ⅲ级硬土，上限以下为Ⅳ级软石，弱融沉，弱冻胀；洞身主要岩层为砂岩和泥岩，棕红色；砂岩为细平结构，层状构造,泥质、钙质、硅质胶结，风化由极严重至轻微；泥岩为泥质结构，层状构造，泥质胶结,风化由极严重至轻微;岩层产状进口为N88°,W/43°S，出口为N82°，W/80°S，成岩作用差,质软,上限以上为Ⅳ级软石，上限以下为Ⅴ级次坚石，弱融沉，弱冻胀。
小断面隧洞开挖施工技术研究与应用
小断面隧洞开挖施工技术研究与应用摘要:某导流兼深孔泄洪洞宽×高为4.0×6.0m，开挖断面20.48m2；断面为城门洞形，顶拱半径2.267m，顶拱圆心角123.86°。
关键词:断面；隧洞开挖；技术；研究。
一、隧洞开挖施工技术概述隧洞开挖的施工方法由岩体质量、洞室断面的大小等因素决定，不同围岩类别、断面大小的洞室开挖方法不一样。
对于小断面围岩较好的情况，一般选用全断面开挖；对于中小断面围岩差的洞室，采用短台阶法开挖；大断面较好围岩长台阶，采用分层分部开挖；大断面较差围岩，采用超前导洞法或者留核心土法施工。
对于不同围岩条件开挖，采用喷混凝土、挂网锚喷、超前锚固、管棚、钢支撑等措施进行加固围岩。
岩石走向、倾向、倾角“三要素”组成岩石产状。
洞轴线与岩层走向的关系，是决定塌方部位的首要因素。
围岩类别不同，自身承载时效也不同，超过自身承载时效就塌方，这是塌方发生的客观条件和规律。
选用适宜的开挖方式与安全支护措施是确保安全、经济的关键。
二、工程概况某水电站隧洞是以导流兼深孔泄洪为主的工程，全长475.72m，尺寸4.0×6.0m，顶拱半径2.267m，顶拱圆心角123.86°，开挖断面面积为20.48m2。
洞身段由渐变段、A型断面、B型断面、B1型断面、C型断面、C1型断面段组成，其中，渐变段长10m，洞形由方型渐变为城门洞形，A型断面为城门洞形，长度为140m，B、B1型断面为城门洞形，长度为295.72m，C、C1型断面为城门洞型，长度为30m。
洞顶上覆岩体厚17～90m，岩性为黑云母花岗岩，洞身段处于微风化～新鲜岩体内，岩体多呈块状构造，纵波波速4500～6000m/s，岩石中硬～坚硬，大部分岩体完整性较好，洞身段断裂构造不发育，节理裂隙局部较发育。
该洞身段处于地下水位（基岩裂隙水）以下，局部地段沿断层及节理裂隙面有渗水现象，围岩局部稳定性差，需喷锚或挂网喷锚支护，洞室施工需考虑施工排水。
高海拔严寒地区超长隧洞小断面开挖施工技术研究
开挖断面小 （ ３ ． ０ ｍ Ｘ ３ ． ５ ｍ） ，隧洞沿线地质复 杂多变 ，围岩总体 较差。施工 中，克服 了隧洞 围岩复杂 多变，长 距离供风 、供 电、运 输 ，冬季低温施工等不利条件 ，采 取 了一系列针 对性 的应 对措施 ，取 得 了高 海拔严寒地 区
长隧洞、小断面、无轨运 输平均开挖强度 １ ２ ８ ｍ ／ ￣ 的成绩 。
【 关键 词】 高海拔严寒地 区；超长 隧洞小 断面；开挖
中图分 类号 ：Ｔ Ｖ ５ ５ ４
文 献标 ８ ２ ４ １（ ２ ０ １ ６ ）１ １ － ０ ０ ０ ４ － ０ ４
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｃｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ － － ｌ ｏ ｎ ｇ Ｔｕ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｓ ｍａ ｌ ｌ － － ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
第ｌ １ 期（ 总第１ ４ ０ 期）
２ ０ １ ６ 年１ １ 月
中 国 水 能 及 电 气 化
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ ＆Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｎ ｏ ． １ ｌ（ Ｔ Ｏ Ｔ Ａ Ｌ Ｎ ｏ ． １ ４ ０ ）
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． １ ６ ６ １ ７ １ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ １ － ５ ５ ４ ３ ／ Ｔ Ｋ ． ２ ０ １ ６ ． １ １ ． ０ ０ ２
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｊ ｕ ｅ ｂ ａ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｔ Ｒｕ ｍｅ ｉ Ｔ ｏ ｗｎ ， Ｍａ ｎ ｇ ｋ ａ ｎ ｇ Ｃｏ ｕ ｎ ｔ ｙ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｄ ｕ Ｃ ｉ ｔ ｙ ，Ｔ ｉ ｂ ｅ ｔ Ａｕ ｔ ｏ ｎ ｏ ｍｏ ｕ ｓ
211256392_高海拔高寒地区隧道冬季施工技术研究
价值工程0引言目前我国公路建设正处于蓬勃发展的时期，施工技术和施工材料也日新月异的出现，近年来很多偏远地区或者气候条件恶劣地区也逐渐纳入国家公路系统网络，从而使得人民群众的出行更加便利。
但在青藏高原和四川西部高原等很多高海拔地区，由于其纬度低加之冰川雪山覆盖率高，使得该区域常年处于低温严寒状态，在该区域施工一方面影响人员的身心健康及日常施工操作水平，另一方面混凝土圬工方在拌制、运输、浇筑及养护方面的温度控制是否合理更是直接关系着工程质量。
在国道317线雀儿山隧道施工中，由于该隧道地处于高海拔高寒地区，不但对施工人员的生理极限提出了严峻考验，而且长时间的低温使得工程质量难以控制，甚至会造成已施工完毕的工程报废返工，产生极其不良影响。
为保证施工人员的身心健康，施工生产能够持续稳定，同时确保施工质量满足要求，项目部对此制定了详细的供暖保暖方案，从隧道施工人员作业区域和混凝土拌制、浇筑及保养等多个方面进行温度控制。
通过一系列举措，不但确保了施工人员的身心健康，施工生产能够持续稳定推进，而且工程质量也得到有效保障，避免了返工等情况的出现，大大加快了施工进度。
通过现场实际应用，该高海拔高寒地区隧道保暖控温技术在施工中取得很好的效果。
1工程概况国道317线雀儿山段是国道317线在四川境内最高的一段，是四川通往西藏的主要通道，本路段处于高海拔地区地形地质复杂，公路病害多，雀儿山越岭段已成为制约国道317线常年畅通的主要瓶颈路段。
本路段地势险峻、气候恶劣、地质复杂、海拔高（主峰海拔6168m ，公路通过垭口海拔5050m ），致使该路段道路崎岖狭窄、技术等级低、交通状况和通行能力差，灾难性的交通事故和非交通事故时有发生。
所以，加快项目的实施，在政治、经济、军事等方面均具有十分重要的意义。
国道317线雀儿山隧道项目位于四川省甘孜州德格县境内。
线路起止桩号K340+240~K349+200，长8.955km ，其中雀儿山隧道长7079m 。
高寒区小断面长隧洞单头掘进主要施工技术
锚杆 按设计 要求 和施 工规 范制作 ， 用 Ｙ ８型 风 采 Ｔ２
钻打 孔 ， 固剂 全长 锚 固 ， 锚 锚杆 施 工 安 排 在开 挖 作 业 循 环 中， 即每 一开 挖循环 后 ， 紧跟 打锚杆 锚 固 。
拔试 验焊 筋 和喷锚 网筋 。
２ ９ 最低 气温 － ３ ℃ ， 年冻 土深度 在 ２ 以上 。 ．￣ Ｃ， ８ 常 ｍ
２ 主要 施工 方 法
２ １ 隧 洞开挖 ．
隧洞 开挖 采用 新奥法 施工 ， 实施 光 面爆 破全 断 面一
次开挖。人工手持 Ｙ Ｔ一２ 型风枪 ， ８ 人工装入 ２ 岩石 ＃
１ 工程 概况
注浆 一插入 钢筋拉 杆 。
２ ２ ２ 钻孔 ．．
冷龙 岭 引水 隧洞横 跨 青 、 两 省 ， 处祁 连 山东 麓 甘 地 的高原 寒 区 ， 为甘 肃省 引硫 （ 磺沟 ） 济金 （ 工 程 的主体 昌） 工程 。洞长 ８ ６ｍ， 用 半 圆拱 直 墙 无 压 明 流洞 ， 断 ８６ 采 净 面尺 寸 为 ２ ｍ × ３ ｍ （ × 高 ） 进 口洞 底 高 程 ．９ ．４ 宽 ， ３ ３． ｍ， 口洞底 高程 为 ３ ２． ６ 洞 底纵 坡 １６０ ４６５ 出 ４ １４ ｍ， ／０ ， 设计 引水 流量 ７５ ／ ， ．ｍ３ｓ最大 限 制 流量 １． ｍ３ｓ为 三 ９５ ／ ， 等工 程 ， 洞体无 辅助 洞 口 ， 大埋 深 ６０ 洞外 氧 气 含 最 ６ ｍ， 量 １．５ （ 准 含 氧 量 为 ２ ） 全 年 平 均 气 温 为 ４ 标 ｌ ，
设 置 会车 道一 处 ， 约 ６ ￣１ ０ 长 ０ ０ ｍ。 ２ ２ 锚 喷支护 技术 ．
高原冻土公路隧道洞口工程保温开挖施工工法(2)
高原冻土公路隧道洞口工程保温开挖施工工法高原冻土公路隧道洞口工程保温开挖施工工法一、前言高原冻土地区的公路隧道洞口工程在施工过程中需要采取保温措施来保证隧道洞口工程的稳定和安全。
本文将介绍一种适用于高原冻土地区的隧道洞口工程保温开挖施工工法，来解决这一问题。
二、工法特点该工法是通过在隧道洞口工程施工过程中采取特定的保温措施，提高其在高原冻土地区的稳定性和安全性。
工法的特点包括：1）采取合适的保温材料，如聚苯板、岩棉等，以提供良好的保温效果；2）合理布置保温材料，保证其覆盖整个施工区域，避免冷热桥的形成；3）结合外部环境和施工工序，合理选择和运用不同的保温措施。
三、适应范围该工法适用于高原冻土地区的公路隧道洞口工程，对保温性能有较高的要求，并需要考虑到该地区的气候和环境条件。
四、工艺原理该工法的工艺原理是通过保温材料来减少施工过程中的热损失，提高隧道洞口工程的温度保持能力。
在施工工法与实际工程之间，具体分析和解释了工法的理论依据和实际应用，包括热传导原理、保温材料的选择和布置原则等。
五、施工工艺该工法的施工工艺包括多个施工阶段：准备阶段、保温材料布置阶段、保温层施工阶段、隧道开挖阶段、保温层设置阶段等。
每个阶段都进行了详细描述，以便读者了解施工过程中的每一个细节。
六、劳动组织根据施工工法的特点和施工阶段的要求，对劳动组织进行了详细说明，包括人员配置、作业安排、施工顺序等。
七、机具设备该工法所需的机具设备包括保温材料切割机、施工车辆、挖掘机等。
对这些机具设备的特点、性能和使用方法进行了详细介绍，以便读者了解和选择适合的机具设备。
八、质量控制为了保证施工过程的质量，采取了一系列的质量控制措施，包括严格按照施工规范进行操作、采用合适的保温材料和施工技术、进行质量检测和验收等。
九、安全措施在施工过程中，有一些安全事项需要特别注意，特别是对施工工法的安全要求。
本文介绍了施工过程中的危险因素和相应的安全措施，以确保施工安全。
高原多年冻土隧道施工技术及方案研究
气中的氧分压；⑤规定作业人员每月进行一次高压氧 舱的氧疗；⑥对洞内氧分压、湿度、温度、大气压力、巷 道风速、粉尘、ＣＯ、ＣＯ。等进行监测。据监测结果采取 相应保障措施。
３关键施工技术及工艺
３．１湿喷混凝土支护技术 湿喷混凝土作为一种成熟的施工支护技术在普通
的山岭隧道施工中得到广泛的应用。但在高海拔、高 寒的多年冻土地区铁路隧道施工中，高原高寒条件会 对喷射混凝土支护施工工艺产生较大影响。在大坂山 公路隧道施工中，由于将湿喷混凝土作为冻土围岩支 护的试验未取得成功［６］，故青藏铁路两座高原冻土隧 道均设计为模筑混凝土支护。但在施工中，在自然通 风条件下，尤其是拱部围岩表面温度常处于正温，加剧 了冻土的热融，像昆仑山隧道这种节理发育、破碎的围 岩，由于模筑混凝土支护很难及时对围岩进行封闭，易 频繁出现掉块，于是开展了湿喷混凝土支护技术研究。 通过施工工艺、配合比、喷射工艺系统合理温度、抗冻 和早强等添加剂合理的掺量、工艺规程及技术条件、强 度、抗冻融、与岩面的粘结强度等一系列试验，验证了 湿喷混凝土支护在高原多年冻土隧道施工中的可行 性，并在昆仑山、风火山隧道的施工中得到了推广应 用。试验结论为：①通过对水和砂加热，在昆仑山寒季 环境条件下，可以使混凝土拌合物温度达到２５℃左 右，能够满足湿喷混凝土对和易性以及速凝的要求；② 为满足湿喷混凝土速凝要求，需要对速凝剂进行加热 至１０℃以上，并同时保证混合时混凝土拌合物温度在 １０℃左右（搅拌至喷射时间间隔应控制在ｏ．５ ｈ以 内），初凝时间可以到达３ ｍｉｎ以内，但终凝时间较长， 一般在１０～２０ ｍｉｎ，基本可以满足喷射要求；③通过 对四种防冻剂的对比试验，选择确定了防冻剂品种及 掺量，其低温条件下的强度发展满足要求，选定的防冻 剂具有防冻、减水、提高早期强度的复合功能，将防冻 剂掺量由１．２％提高至１．８％，明显提高湿喷混凝土早 期强度；④在昆仑山隧道１号横洞低温冻土区完成的 喷射大板和喷层岩芯强度测试均达到Ｃ２０标准；⑤通 过隧道内３０ ｍ试验段施工表明，在昆仑山隧道实施 湿喷混凝土工艺完全可行，一次喷层厚度可达１０ ｃｍ 以上；⑥试验段施工大板试件强度测试表明，在高原冻 土区昆仑山隧道湿喷混凝土强度不但达到Ｃ２０标准， 并且质量控制水平达到优质，同时与围岩的粘接强度 也达到良好以上标准；⑦湿喷混凝土配比中，两种砂率 ５５％和６０％均可满足强度要求，建议采用６０％砂率； ⑧为降低回弹和控制喷层裂纹，建议在湿喷混凝土中
高寒地区小隧洞施工技术
登棚一级水 电站引水隧洞工程 ， 位于 四川省松潘县毛儿盖镇境 内。其进水 口底板高程 ３ ３ ８ ６ ． ５ ｍ， 全长 ５ ５ １ ０ ． １ ２ ｍ。城 门洞型 ， 围岩开 痒 号 饱孔 名 称 钻孔 直 藕 身 孔 距 孔 缸 药 去壹 单 Ａ 甍 慧 药 ｉ 藿 警 段 径 （ ∞ ） （ ） （ 。 ｍ ） 径（ 脯） 量（ ） （ ｋ ｇ ） 翱 挖断 面 ２ ． ４× ２ ． ９ ｍ， 砼衬砌厚度 ３ ０ ｅ ｍ， 顶拱 回填灌浆 。 属 于典型 的高 ｌ 掏槽孔 ４ ２ １ ７ １ ３ ２ １ ２ １ ２ Ｎ ｓ １ 寒地 区小 隧洞工程 。 隧洞 围岩 以中粒黑云母二长花 岗岩为主 ， 块 状构造 ， 中细粒 ， 在 较 近接触线为微 晶质 ， 岩 体裂隙发育 ， 岩体呈 强风化卸荷带 范 围裂 ３ 周边孔 ４ ２ ｌ ７ ５ ５ １ ３ ２ ５ ｏ ５ ６ ５ Ｎ Ｓ ５ 隙普遍张开充填夹泥 ， 局部地段如埋深浅跨 沟处 ， 裂 隙密集带 ， 挤压 ４ 辅 助孔 ４ ２ １ ７ ５ ５ ９ ２ ５ ｏ ８ ７ ２ Ｎ ｓ ７ 破碎带等地段 围岩成洞条件差 ， 易发生局部塌方 、 掉块等现象 。 ２ 隧 洞 施 工 方 法 ２ ． １ 石 方 开挖 合 计 ２ ． １ ． １ 开挖总方案 。隧洞开挖采用钻爆法 ， 以新奥法理论指导施 工 。 Ⅲ类 围岩采用全 断面开挖 ， Ⅳ类 围岩采用 微台 阶开挖 ， 光 面爆 表 ３ 隧洞塌方处理参考措施 破。 采用直线型掏槽 ， 按设计 开挖 轮廓线布置周边炮眼 。 工作面 同时 Ｈ ｝ 处理方法 适雨条件 圭要施工程净 开动 ２台 Ｙ ２ ８ 型气腿式凿岩机钻 眼作业 。２ 样 岩石硝铵炸药 （ 有 喷锚法 小塌方或边墙 塌 方处理， 亦常作为 综 ①搭设作业平台 ： ②ｔ 者 理岩面 ； ＠安 装锚杆 ； ④挂锢 水地段 采用乳化炸药 ） ， 周 边眼采用 中 ４ ） ２ ５光爆 小药卷 ， 簇联 非电 １ 台治理方法之 理大 塌方 筋 网： ⑤喷 混凝 土； ＠安装锚 索 （ 需采用锚索支护时） 毫秒导爆雷管起爆 。开挖进度指标为每循 环作业 时间 １ ２个小时， 平 均每天进尺 ３ ｍ ， 平均每月进尺 ９ ０ ｍ。 塌方两童 ｌ ｌ ６ ． ②安装锕顶撑 ； ③塌穴喷锚 ． ④出 ２ ． １ ． ２起爆方式 和钻爆 作业 。隧洞开 挖按光面爆破要求进 行钻 ２ 对质 芝 撑 法 塌穴面前沿机 顶 拱发生 小塌方 以后ｔ ０加 固 边墙和 掌子 面均无法 找到底粱 支点 渣 （ 塌穴高 度 大时， 重复① 潞 度：＠分段衬 砌； ＠ 爆设计 ， 周边 眼使 用小直径光爆炸药 ， 炮眼间距 ４ ５ ～ ５ ５ ｃ ｍ， 采用间隔 位置时的塌方 塌穴回填及加固 装药 ， 导爆索起爆 ， 孔 口堵塞长度 足够 。 炮孔痕迹在开挖轮廓面上均 边 ①将 圆 木或型钢穿过原支撼或 临 时架立 支 撑的１ 页 桨直 匀分 布 ， 炮 孔痕迹 Ⅲ、 Ⅳ类 围岩 保存率达 ７ ０ ％ 以上 ， 保证 开挖 面与 ３ 挑粱法 掌子面前沿顶拱发生小塌方 以后 ， 形成—排挑粱 ； ②在挑粱上架设术垛，填 墙和掌子面 均无法找 到底粱支点位 低掌于面 ， 置时的塌方 塞塌穴 ；③出渣 设计轮廓线一 致 ， 径 向超挖值 和开挖 岩面的起伏差均小 于 ２ ０ ０ ｍｍ， 平均 ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｍ。 围岩 中不得有明显可见的爆破震动裂隙 ， 不能有欠挖 。 ４ 插筋Ｈ 磲 法 塌 方堵寒全部工 作 面、 塌 青 况不明 ①紧贴掌于面架设铜支撑 ； ②在顶拱设计开挖线以外 掏槽眼 、辅助眼采用连续装药 ，毫秒延期导爆管雷管起爆 ， ３ ２ ★ 的大塌方或冒 顶 事故的 塌方 。 也 是实 按一定角度 （ ３ …１ ０ ）钻孔 ； ＠安 装钢筋 支 架形成 现护顶法， 混壤土 纵粱 法和 环形导 洞 掌子面超前支护： ④在钢筋支架保护下塌方体出 渣； ２ ０ ０ 、 ２ ＃ 岩石销铵炸药 ， 装填系数 ０ ． ７ — ０ ． ８ ５ 。考虑 围岩 的夹制力 ， 每 法等处理方法的 重要 施工程度之一 ． ＠喷混凝土；⑥按 ① 耀 序继续施工 ５ 护顶法 塌 方堵塞 高度超过掌予 面顶部 时 顶 ① 由 地袭钻孔或开挖旁通 同 进入塌穴上部空睦 ： ②找 循环 进尺控制 在 １ ． ５米左右 ， 掏槽 型式采用 直线方式 ， 确 保掏槽效 拱塌方 平塌穴下部塌渣 ： ⑧灌注水泥砂浆护拱或浇筑混凝土 果。 按照钻爆设计图准备好爆破材料 ， 装药前先用高压风清孔 ， 检查 护拱 ． ④出渣并作临时支护．⑤护顶 （ 或衬砌 ） ；⑥ 回填护顶以上塌穴 钻孔是否堵塞或坍孔 ， 然后接划定的区域装药连线 ， 各负其贡。 装药 ①导洞开挖；＠在导洞内钻孔灌注 ； ⑤分殷扩大；④ 顺序先上后下 ， 光两侧后 中间 。 导爆管连线采用“ 一把抓” 法， 配两个 ６ 导洞礁浆法 埋 置深度较大的地下工程塌方 分段衬砌 起爆雷管 ， 装药结束经安全检查后起爆。 中型地下工 程大塌方及 冒 顶事故 ①水平钻孔；＠埋设钳营；＠在钻孔内和钢管 内 灌浆 ２ ． １ ． ３爆破参 数 。隧洞 开挖 断面积 ６ ． ３ ｍ ，平 均炸药单 耗 ２ ． ６ ｋ ｇ ７ 钢 管陇辅去 大， （ 某必 奇 况下可不灌浆）；④塌方段分段开挖 出 渣； ⑤塌方段 段｝ 懈 ／ ｍ３ 。 要求按 以下爆破参数指导爆破作业。 见表 １ 光爆参数表 、 表２ １ Ｉ Ｉ Ⅳ类围岩钻爆参数表。 ８ 环形导 ｌ 伺 法 大型地下工 程的 大塌方或 冒 顶事故 ① 由 下而上开挖导洞群并回填混凝土，完成边墙顶拱 ２ ． １ ． ４出渣运输 。登棚一级隧洞独头掘进较大 ， 出碴运输的关键 环形支护结构 （ 亦可结合建筑物作为永久种砌 ） ：② 中央核心塌 体 出渣； ＠抻拱衬砌 是： 选择装运配套 的机械设备 ， 布置合理 的会让线路 。 为便于会 车和 调转 方 向， 每 １ ０ ０ — １ ５ ０米 布置避 车洞一处 ， 避车洞 尺寸 为 ： 外侧 长 ６ ｍ， 内侧 长 ３ ｍ， 宽 ２ ． ５ ｍ， 高２ ｍ。隧洞 出渣采用扒渣机扒 渣 ， 人工装 量风压不能满足隧洞通风要 求时 ， 可 以适 当增大风筒直径或 串联一 渣， １ ｔ 翻斗 车运输 ， 运输 至骨料加工场或者弃渣场 。 台通风机进行升压 。 ２ ． ２ ． ２ 通风机械 ２ ． ２ 隧洞通风 ２ ． ２ ． １ 通风总体方案。 在隧洞开挖前面 ３ ０ ０ ｍ洞挖采用压人式通 ２ ． ２ ． ２ ． １ 洞口３ ０ ０ ｍ压人式通风选择 ２ ２ ｋ ｗ轴 流通风机 。 ２ ． ２ ． ２ ． ２隧 风， ３ ０ ０ ｍ 以后采用混合 式 ， 即爆破完毕后 ， 压 入式风机 与抽 出式风 洞混合式通风选择 ： 压入风机用 ４ ５ ｋ ｗ轴流风机 ， 抽 出风机用 ２ ８ ｋ ｗ 。 ． ２ ． ２ － ３ 为使工作面能在 ３ ０分钟排除有毒有害气体 ， 满足 工作要求 ， 机同时工作。 考虑到沿途 风量损失 ， 可以间断停 一下压风机 ， 调整一 ２ 用压缩气体辅助通风 。２ ． ２ ． ２ ． ４当压人风机 下洞 内通风状 况 ， 待掌子面炮烟被抽 出后 ， 立即关 上抽出式风机 ， 压 必要时可增加压风散烟 ， 人式风机工作 ， 保证掌子面与沿途有新鲜空气流动 。当风机输 出风 不能满足风量风压要求时 ， 依次增加轴流风机 。
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高原冻土层小断面隧道开挖技术研究
摘要：随着我国不断发展强大，西部大开发是发展的趋势之一。
西部高原地
区的小断面隧道也在不断建设。
而高原地区的冻土层施工一直是高海拔地区隧道
施工的难点。
高海拔地区具有独特的高寒缺氧冻土特征，在这种特殊的气候和围
岩条件下修建变截面小断面隧道更是难上加难，遇到的是全新的技术课题。
基于此，研究中结合高原隧道项目，对影响高原冻土层隧道的影响因素及常规开挖方
法的弊端进行理论分析，重点阐述科学合理的高原冻土层小断面隧道开挖方法，
旨在为高海拔冻土层小断面隧道施工人员提供一些帮助。
关键词：高原冻土层；小断面隧道；小型掘进机；隧道开挖
引言：由于高原冻土层不稳定的特性，小断面隧道开挖的合理性、科学性直
接影响到隧道工程施工的整体质量及施工进度，为防止和预防爆破作业对高原冻
土层小断面隧道开挖造成的弊端，缩短施工工期，保证施工质量，高原冻土层小
断面隧道开挖技术的科学性、合理性、创新性至关重要。
由此，本文探究高原冻
土层小断面隧道开挖方法是非常有必要的。
正文：
一、高原隧道工程概况
高原隧道项目位于西藏自治区阿里地区，隧道跨度为3.5m跨和4m跨两种截面，隧道长度为200m，属于典型的小断面隧道。
本工程所处地区昆仑山系高山峻岭，终年有积雪，海拔在5200-5600m之间，属于高寒气候，自然环境恶劣、社会依托差、有效施工期短、资源匮乏。
全年气温较为低下，年平均气温-15℃；而日夜温差达到20℃-25℃之间。
每
年10月-次年5月为冬季，温度低，极端低温零下35摄氏度，不利于施工。
每
年5月-9月为夏季，平均气温10摄氏度左右，气温适宜，有利于施工。
该地区
地质普遍为冻土层，施工较为困难。
二、高原冻土层的工程特性
高原冻土层的工程特性主要包括含冰性、力学性质、冻胀性及泥结性。
1.高原冻土层的含冰性
高原冻土层的冰来源于两个方面，一是地表积雪融化，高原地区每年10月
至来年5月为寒冬季节，雪量较大，积雪深度达1m厚，每年6月至9月为夏季，雨水较多，随着温度升高，积雪融化，雨水及雪水下渗至地表以下，温度降低后
土壤中雪水结冰，与土壤融合，形成冻土。
二是地下泉水，地下水汇合，不断向
周边土壤渗透，地下温度较低，结冰后形成冻土。
2.高原冻土层的力学性质
冻土的强度与变形特性取决于冻土层中的冻冰，其力学性质主要由胶结冰决定，而胶结冰的强度随着温度的升高而降低。
高原冻土层的强度受气温、附加压
力以及外力扰动的改变而发生很大变化：①当气温下降时，冻土的强度随之升高；
②冻土的强度受外围压力的影响很大，冻土的强度是随着外围压力的升高而升高，随着外围压力的降低而降低，在冻土层隧道开挖过程中，拱顶处于悬空状态，外
围压力不变，拱顶冻土的强度随之降低；③当受到升温影响，对冻土的扰动越大
冻土的强度越低，甚至有塌方的危险。
3.高原冻土层的冻胀性
在高海拔多年冻土地区，当温度降低到土体的冻结温度以下时，土中的水分
就会结冰，并填充土颗粒间隙，冻土体积一般会增大至原来的9%，当土中水的体
积膨胀到足以引起土体颗粒间的相对位移时就会引起土的冻胀。
4.高原冻土层开挖完成后的泥结性
高原冻土层由土体和冻冰组成，开挖完成后，由于温度升高，冻土易结泥饼，流动性较差，隧道掌子面开挖完成后，较为泥泞，施工环境较差，对出渣造成一
定的困难。
根据高原冻土层的以上这些特性，若采用常规性的爆破作业对高原冻土层小断面隧道开挖施工，势必对冻土层造成较大的破坏，从而导致隧道塌方、隧道空洞、断面超挖的问题出现。
三、高原冻土层小断面隧道常规开挖方法的弊病
现在我国隧道开挖所采取的普遍常规开挖方法为爆破作业，爆破作业开挖方法适用范围一般为地质条件较好及围岩强度较高的隧道，因围岩强度较高，爆破作业对地质的破坏性较小。
而高原冻土层小断面隧道地质较为脆弱，受到多方面影响，爆破作业开挖对冻土层隧道影响较大。
1.爆破作业对冻土层小断面隧道扰动较大
根据高原冻土层的特性，冻土的凝结力较弱，若采用爆破作业对冻土层隧道进行施工，势必对冻土层产生较大影响，爆破作业施工完成后，隧道拱顶处于一短时间的悬空状态，加上高原施工处于夏季，温度升高，冻土层冰层融化，会造成隧道塌方的隐患。
2.冻土层小断面隧道爆破作业断面不规则
由于爆破作业对冻土层小断面隧道扰动较大，加上扰动后对冻土层结构产生破换，爆破断面较设计断面大，加上温度升高冻土层脱落，形成超挖现象，初级支护需加大混凝土的喷射，造成资源浪费，成本增加。
3.爆破作业造成空洞现象
爆破作业后冻土层塌方严重，墙身及拱顶形成较大空洞，由于各种原因，初级支护不及时，初级支护完成后，拱顶形成较大空洞，随着后期空洞顶部冻土不断坍塌，对主体结构造成严重破坏。
4.爆破作业所用炸药为危险品，安全隐患较大
常规的爆破作业所采用的多为乳化炸药，由于高原地区没有乳化炸药，乳化炸药从内地经过多道手续审批采购后，运送至施工现场，并进行专人管理。
由于手续复杂，所经办的人手较多，而且从内地到高原地区路途遥远，高海拔地区气
候干燥，乳化炸药的运送及存储都有一定的危险性，中途一旦存在管理漏洞，就
有引爆的可能，并且现在施工的小断面隧道多位于边境，乳化炸药管控极其严格，所以采用乳化炸药对隧道爆破存在较大的安全隐患及弊端。
四、小型掘进机对高原冻土层小断面隧道开挖的优势
1、小型掘进机自身特点
小型掘进机小巧轻便，非常适合小断面隧道开挖，该设备为新型切割机构，
配备圆锥台形切割头，双螺旋线截齿排布，布置合理，破岩能力较强；该设备具
有智能电控及保护功能，同时配有软启动、遥控功能，在施工围岩较差的掌子面
开挖时，可遥控指挥，安全性较高，且选配除尘风机，在小断面施工时可有效改
善工作环境；该小型掘进机机械臂可180度旋转，即使隧道中有侧洞，也可轻易
开挖。
悬臂式小型掘进机图例
2、小型掘进机对冻土层小断面隧道开挖扰动较小
小型掘进机对冻土层小断面隧道开挖施工原理为转动圆锥台形切割头，在开
挖过程中，切割头转速可达80转每秒，小型掘进机利用开挖机头自身的转速对
隧道掌子面开挖的同时，对机身周围的冻土层有一定的挤压，使冻土层中冰与土
体挤压至一体，加固了冻土层的稳定性，即使开挖完成后隧道拱顶有一段时间的
悬空状态，隧道拱顶出现土体塌方的可能性较小。
小断面隧道长度较短，最短的
为76m，最长的为176m，小型掘进机后方联接传送带，掘进机后的渣料通过传送
带掉落于隧道口部的出渣车中，避免出渣车进入隧道，减少了机械进出隧道对冻土层的扰动。
小型掘进机工作图例
3.小型掘进机对冻土层小断面隧道开挖断面超欠挖控制较好
采用小型掘进机施工，超欠挖控制较好，开挖轮廓成型效果好，节约喷射砼材料，提高施工进度，喷射砼与岩面密贴，控制了围岩的二次变形，节省衬砌费用。
4.小型掘进机对冻土层小断面隧道开挖安全系数较高
相对于常规的爆破开挖作业，小型掘进机对冻土层小断面隧道开挖采用全机械作业，有专业的机械操作人员控制，机械运送到施工现场后进行拼装，然后进行施工作业，危险性较低，相对于乳化炸药爆破作业，安全系数较高。
5.小型掘进机可协助加快初级支护
小断面隧道施工时，掘进机掘进隧道施工完成后，可使用切割部上方的临时支护平台及托架器进行立架、喷浆施工，避免更换设备进出隧道，即节约工期有提高了机械使用效率，节约成本。
6.小型掘进机可加强开挖掌子面除尘效果，改善施工环境
小型掘进机具有机载除尘风机，处理风量为800m³/min，主要用于30 m²以下的断面。
采取轴流风机压入新鲜风至掌子面后方约5m处，配合掘进机上的除尘器处理掌子面持续产生的粉尘，改善掌子面施工环境。
7.小型掘进机可循环使用
常规的爆破开挖作业采用乳化炸药，属于消耗品，一次性使用完成后不可再利用，且乳化炸药价格较贵，从内地的运送至高原，成本较高。
而小型掘进机可重复施工，工程结束后可调配至其他项目，高海拔冻土层土质较为松软，对机械磨损较小，循环使用次数较多，从而降低损耗，节约成本。
五、结束语
高原冻土层小断面隧道开挖是高原冻土地区隧道建设较为棘手的问题，如果按照常规爆破作业施工，势必会破坏冻土层的稳定性，之前很多高原隧道项目都是前车之鉴。
在高原冻土层隧道施工前，工作人员应掌握该地区冻土层的结构及特性，结合现场施工条件及现有施工水平，再采用小型掘进机对冻土层小断面隧道开挖，利用其科学性、合理性、创新性，制定出完善合理的方案，保证小断面隧道冻土层的稳定性和安全性，既节约了施工成本，又保证了施工质量及施工工期。
参考文献：
[1]刘铁银，冻土工程特性及其冻土地基施工方法[J].施工方法，2010（02）:134-135.
[2]丁靖康.韩龙武.李永强.贾海峰，青藏铁路多年冻土工程特性与冻土工程[J].施工研究，2005（02）:328-332.
[3]江亦元.高原多年冻土隧道施工技术及工艺实验研究[J].施工技术研究，2005（02）:78-85.
[4]全国矿山机械标准化委员会.隧道掘进机选型方案[J].施工机械研究，2017（02）:7-10。
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