季节性冻土地区隧道冬季施工防寒保温措施

盖青山

【摘 要】在黑龙江省、内蒙等季节性冻土区的公路、铁路建设中,隧道工程所占的比例越来越高.为了满足工期要求,隧道工程进行冬季施工尤为重要.以博牙隧道工程为例,提出了暖风炉隧洞洞内供热措施,有效地解决了季节性冻土区隧道冬季施工防寒保温问题,延长了施工时间,加快了施工进度,节约了成本,取得了明显的经济和社会效益,为今后同类隧道的冬季施工提供借鉴与参考. 【期刊名称】《华北水利水电学院学报》 【年(卷),期】2012(033)002 【总页数】3页(P127-129)

【关键词】隧道工程;冬季施工;防寒保温;工程措施 【作 者】盖青山

【作者单位】中铁十三局集团有限公司,吉林长春130033 【正文语种】中 文

近年来，在公路、铁路等建设中，有较多的隧道工程，且大多数为建设项目的控制性工程.由于隧道施工准备时间较长，一般实际开工时间较计划开工时间要晚些，再加上隧道围岩变化等因素影响，隧道实际施工工期不易控制在计划施工工期内［1－3］，这一点特别体现在黑龙江省、内蒙等季节性冻土地区.为了保证工期要求，隧道冬季施工非常重要.如何组织好冬季施工，同时节约成本是其控制重点.季节性冻土地区隧道冬季施工防寒保温措施的研究和应用，不仅有效地解决了隧道工

程冬季施工的取暖问题，也有利于施工的成本控制.笔者依靠改变取暖设施的热源结构和热量传递的载体，提出新的防寒保温措施，从而克服常规取暖方法中的弊端，达到节约工程造价、保证冬季施工质量和工程进度的要求.

绥满国道主干线博克图至牙克石段高速公路位于我国东北部的内蒙古自治区牙克石市境内.工程的起点位于博克图腰梁子山隧道口，终点位于牙克石市西侧301国道上(海满火车站与大雁之间).该项目是绥满国道主干线(GZ15)的重要组成部分，也是内蒙古自治区“三横九纵、十二出口”干线公路的重要组成部分，拟建项目是国道主干线系统中重要的“一横”，是联系我国东北地区各省区的重要通道，也是我国东北以及东北亚地区各国通往俄罗斯、蒙古及远东地区最主要的国际通道之一.博牙隧道是该项目的控制性工程.

博牙隧道进出口地层主要由第四系沉积砂砾石、粘土、泥土层、冲积砂砾卵石、细砂和第四系堆积的碎石土或亚粘土、亚砂土夹碎石构成，承载力较高.在隧址地区存在软土和多年岛状冻土，在低洼地段和山间阴坡也大量存在.岛状多年冻土目前处于退化阶段，具有低海拔、高纬度、不稳定等特点，容易形成冻土地区的工程病害.隧道局部见砂层，部分地段含水量较高，围岩呈软可塑状态，自持能力差. 隧道地处温带大陆性季风气候，春季干燥风大，夏季湿凉短促，秋季气温聚降霜冻早，冬季寒冷漫长.年平均气温 －5.2℃ ～ －2.5℃，年最高气温35.0℃ ～42.6℃，最低气温 －50.2 ℃ ～ －35.0 ℃，最大冻土深度3.0 m，年平均降水量250.0 ～514.0 mm，年最大降水量946.4 mm，最小降水量140.1 mm;年平均降雪天数为20～75 d，积雪天数平均80～172 d，最大积雪厚度18～50 cm;夏季降水量占全年降水量的70%左右.

博牙项目所在区属中温带大陆性半湿润气候.隧道工程受温带大陆性季风影响，冬季寒冷漫长，每年中有将近6个月处于冬季，极端最低气温达到－50.2℃，隧洞施工保温难.在以往的隧道冬季施工组织中，隧道洞内取暖的一般方法为:在洞外的

合适位置设置锅炉房，采取水暖锅炉带暖气片方式取暖，并利用锅炉蒸汽对需要急剧升温处进行加温处理［4－5］.此取暖方案根据隧道冬季施工计划选择合适的锅炉型号，同时根据隧道洞内空间和施工作业面温度要求等因素测算暖气片设置组数和设置距离.施工中水暖锅炉存在如下几种问题.

1)能源浪费大.锅炉的型号选择需要根据冬季施工计划进行，锅炉的额定功率要满足冬季施工中、后期对热量的需要.一般情况下，在冬季施工前期，锅炉的有效利用率为40% ～50%;在冬季施工中期，锅炉的有效利用率为60% ～80%;在冬季施工后期，锅炉的有效利用率为80% ～90%.根据锅炉的使用规定，锅炉点火后又不允许随时关炉，能源浪费很大.

2)施工造价高.根据冬季施工计划，锅炉的型号选择一般较大.为了保证取暖面积的温度，需要根据暖气片的散热功率计算暖气片的设置组数和设置间距.暖气片的数量和暖气片之间的送水管道和回水管道联通所需要的钢管数量都比较大，价格较高.为了保证水循环，还需要增设加压泵等.而且，锅炉、暖气及管道需要专业人员进行设计和安装.

3)施工干扰大.施工作业面少、作业空间狭小、作业面距离受限、施工工序多是隧道施工的主要特点.然而，为了保证冬季施工中达到各工序作业面的温度控制要求，需要将暖气片铺设到相应的位置.顺接暖气片需要较长时间，暖气片安装中，附近的其他工序无法进行，尤其是在山岭隧道施工中对爆破作业的干扰尤为突出.即使是碎石、砂料仓和掌子面等也需要蒸汽加温，蒸汽管道的舒展和收拢对主体工程的施工进度干扰也很大.

4)施工工期长.锅炉和暖气片的安装需要较长的时间，安装完成后还需要进行调试.随着工程的进展，暖气片的安装伴随着整个施工过程向前延伸，调试取暖工作也贯穿整个冬季施工.

由于该地区冬季来临早且漫长，在2012年隧道竣工前需跨越4个冬季.博牙隧道

又为该项目的控制性工程，工期压力较大，为了确保总工期的实现，必须进行冬季施工.为了节约工程造价，保证冬季施工质量和工程进度，该项目冬季施工供暖方案采取暖风炉供暖.

暖风炉由4部分组成，燃烧炉、热源炉、风机、输送管带.它是利用燃烧炉的燃烧，将热源炉和燃烧炉之间的空气升温，高温空气沿着输送管带传送到需要升温的地点后散发，依靠空气流通交换热量达到对环境升温的目的.暖风炉的输送动力来源于风机.风机的主要作用是将外界冷空气吸入热源炉内，同时将热源炉内的热空气吹出，并沿着输送管带到需要升温界面.根据工程需要，在热源炉顶部可以设置多个出口，沿着指定的输送管带输送热空气.具体设计如下.

1)改变热量传送载体.锅炉带暖气片传送热量的载体一般为水，由于水的循环和热量散发的需要，势必会增加管道和暖气片数量，从而增加成本.其实，环境温度的升降是靠空气的流动来实现的，故此，构想改变热量传送的载体，直接利用空气的流动来实现环境的升温.

2)改变热量输送装置.为了保证热量的有效利用，参照隧道通风机的空气顺送方式，采用管道进行热空气的传送，使得在需要迅速升温的场所，温度能够在最短时间内达到预控要求.

3)改变热源结构.根据水套锅炉的设计原理，改变热源结构.将火炉分解，设计成一个燃烧炉和一个热源炉，热源炉镶套燃烧炉.热源炉和燃烧炉之间的空气采取风机进行更换.

按照冬季施工期间，当地最低气温－35℃和洞内正常施工温度15℃计算，隧道内每延米所需热量

式中:Q为所需热量，kJ;C为空气比热，为1 kJ/(kg·℃);m为隧道每延米空气质量，kg，1 m3空气质量为 1 294.64 g，隧道每延米体积按照100 m3计算，所以 m=129.464 kg;Δt为温差，℃.

由上式计算可知，Q=5 185.6 kJ.1个暖风炉额定散热功率为1.1 ×106kJ，则1.1 ×106kJ/Q=212.13.因此，暖风炉需每200 m布设1个.根据以往施工经验，洞内温度距离洞口越远，地热温度效果越明显.考虑暖风炉的自身特点，只在洞口100 m范围内布设2个暖风炉就可满足冬季施工控温需要.冬季施工中，不仅进行了隧道的开挖和初期支护，而且有效地组织了隧道仰拱及仰拱填充、中心排水沟施工和二次衬砌施工.各项工作质量经呼蒙质监站检测均满足设计及施工规范要求. 博牙隧道所在地区冬季寒冷、漫长，隧道工期压力大，必须进行冬季施工.若采用以往隧道冬季取暖保温措施，在洞外的合适位置设置锅炉房，采取水暖锅炉带暖气片方式取暖，并利用锅炉蒸汽对需要急剧升温处进行加温处理，则存在能源浪费大、施工造价高、施工干扰大、施工工期长等弊端.设计并成功应用暖风炉方案，改变了热量传送载体、热量输送装置以及热源结构，便于能源的有效、多次利用，从根本上降低了施工造价，减小了施工干扰，从而也缩短了施工工期，满足了隧道冬季施工的要求.在季节性冻土区隧道冬季施工中，采用暖风炉方案，还可以取得诸多经济和社会效益，且对今后同类隧道的冬季施工具有较高的参考价值.

【相关文献】

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