高海拔特长隧道低压低氧环境施工控制技术研究——供氧技术标准、关键通风技术、施工人员组织、施工装备效率

为解决高海拔地区低压和低氧环境带来的隧道施工供氧、通风等技术难题,采用现场试验及测试的方法,对高海拔隧道施工人员缺氧状况、供氧效果、机械排污量等进行研究,结合理论推导及数值计算,得到如下结果:人体的缺氧危险等级分为严重缺氧(Ⅰ)、缺氧(Ⅱ)、存在缺氧危险(Ⅲ)和不缺氧(Ⅳ)4级;基于肺泡氧分压与氧气体积分数关系的不同缺氧等级下的氧气体积分数控制标准;不同海拔CO体积分数控制标准模型;基于风管开口处流量理论的风管漏风率海拔修正系数计算公式;风机风压、功率的海拔修正系数公式;考虑人体劳动的平均能量代谢率海拔修正系数的不同海拔下施工人员劳动强度指数及强度等级。     

高海拔寒区隧道施工机械选型配套研究

高海拔、缺氧、低温的特殊条件下，机械设备输出功率下降，使用性能降低。不仅如此，这些恶劣的条件还会导致设备寿命缩短，维护频率升高等问题，大大降低了其使用的可靠性和经济性。本文初步探讨了低温缺氧环境对施工设备的影响，以及采取的适应性措施，提出了高海拔寒区隧道施工机械设备的配套原则，在此基础上介绍了白茫雪山1#隧道机械设备的选型、配套使用方案及维修保养技术，供类似工程应用参考。     

高海拔隧道通风、供氧、防灾与节能技术的发展

为保障我国高海拔隧道建设的大力稳固发展,采用调研分析的方法总结近年来我国在高海拔隧道建设、通风、防灾救援以及节能通风等方面完成的研究成果。得到高海拔隧道低压、低氧和低温等环境下的通风控制标准、风机特性、施工供氧技术等综合技术,探明高海拔地区火灾烟气流动特性,明确高海拔地区人员逃生能力及隧道疏散结构参数的确定方法,并介绍高海拔隧道通风照明等节能新技术的发展及应用。     

山岭隧道施工人员辐射剂量评估方法及应用

为合理评估山岭隧道施工阶段的辐射对施工人员的影响,通过测试隧道内环境的γ辐射剂量率、空气氡浓度、粉尘质量浓度、围岩放射性核素比活度等环境参数,以工人年均个人剂量为主要评估指标,推荐了一套基于新奥法施工的山岭隧道施工阶段辐射对施工人员影响的评估方法。运用该方法对摩岗岭隧道不同施工工序下的各项辐射指标进行测试和评估,研究得出： 摩岗岭隧道施工人员各工序年均个人剂量为0.203~1.13 mSv,隧道内部辐射环境对施工人员的影响处于较低范围。该评估方法不仅考虑了隧道不同工序施工人员接受辐射时间、辐射来源等问题,而且辐射指标的选取符合山岭隧道施工的实际情况,对隧道穿越辐射异常区的施工安全和辐射防治具有指导作用。     

中国隧道工程技术发展40年

简要介绍中国隧道工程的基本情况,特别是改革开放40年来中国在修建隧道工程上取得的成绩。已建成的36 103 km交通隧道中有34 708 km是在改革开放后建成的,占96%。重点从特长隧道、深埋隧道、大断面隧道、高海拔隧道及复杂条件下的隧道工程等方面阐述中国在修建重大隧道工程中遇到的挑战及取得的成就,指出:特长隧道面临的主要技术挑战是地质勘察的准确性、快速施工以及运营防灾等问题;深埋隧道面临的挑战主要有高地应力、高水压、高地温的"三高"难题;大断面隧道不仅在设计方面技术难度大,在施工方面也面临诸多挑战;高海拔隧道面临的主要挑战是冻融问题和高原缺氧问题;在各种复杂环境下修建了大量的隧道工程,包括岩溶、瓦斯、高地应力、高压富水、膨胀岩等各种复杂地质条件下和在复杂城市环境下修建的浅埋、大跨、城市地下立交等隧道工程,并在隧道工程修建技术上取得了新突破。从勘察、设计、施工、运营等方面提出中国隧道工程今后的发展方向主要是从发展速度向发展质量的转变。中国隧道工程40年来的成就离不开国际隧道工程技术的发展,而中国隧道工程的发展也对国际隧道工程的发展做出了贡献。     

高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估方法研究

隧道工程在高寒高海拔地区施工时，受海拔、温度、冻土等影响，施工人员、机械的工作效率大幅降低，冻融、冻胀等灾害发生概率增长，隧道洞口施工的安全风险增大。但目前已有的隧道洞口失稳风险评估方法未引入高寒高海拔地区特有的因素，缺乏一定的针对性。因此，为了更好地判断高寒高海拔地区隧道洞口的施工状态，降低事故的发生，通过分析高寒高海拔地区地质、海拔、温度、冻土等特殊条件对施工安全的影响，构建了具有针对性、可操作性、完整性的高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估体系，并以久马高速公路海子山1号隧道为例，采用层次分析法计算其洞口失稳的风险等级及可能性，通过与已有专项评估结果以及实际情况进行对比分析，验证本文提出的隧道洞口失稳风险评估方法的可行性。     

高海拔寒区隧道施工粉尘及有害气体监测与控制技术

高海拔寒区隧道恶劣的施工环境是限制施工进度的瓶颈,为了研究施工粉尘、有害气体的浓度及分布规律,采用滤膜测尘法和便携式CO检测仪分别对鸡丑山隧道粉尘和CO进行现场监测,用统计法对数据进行处理。结果表明： 不同的施工工序粉尘和有害气体含量差别较大,喷浆作业粉尘浓度最高,爆破作业有害气体浓度较高,出渣作业粉尘和有害气体浓度均较高,只有立架作业时隧道空气条件相对较好,无轨出渣是制约高海拔寒区隧道施工环境问题的最关键因素。结合高海拔地区隧道施工环境的特殊性,提出粉尘和有害气体的控制措施,并对提出的措施进行现场监测效果验证。研究结果对高海拔寒区隧道施工环境的控制具有借鉴意义。     

风火山隧道施工机械配套技术

针对高海拔、缺氧、低温的特殊条件，介绍了风火山隧道机械设备的选型、配套使用方案及维修保养技术，初步探讨了低温缺氧环境对施工设备的影响，以及采取的适应性措施，为类似施工提供了依据。     

雪山梁高原特长隧道施工通风关键技术三维数值模拟

为解决高原特长隧道施工期间缺氧低压、通风困难的问题,以雪山梁隧道工程为研究对象,针对高原地区特长隧道施工通风技术展开研究。结合雪山梁隧道各施工阶段隧道内的空气质量监测数据,从理论上对施工通风需风量、高原地区通风阻力做出计算和分析,选择合理的通风设备,适应不同阶段的通风方式。依托工程,基于Fluent流体力分析学软件及相关理论,对隧道主洞在压入式通风气流运动条件下采用三维紊态k-ε双方程湍流模型进行数值模拟,得到了隧道在掘进过程中扬尘浓度和气体流场的变化情况;通过模拟结果与实体监测数据相互佐证,对现有施工通风方案进行验证。     

圭嘎拉高海拔隧道施工人员体力劳动强度评价

为探究圭嘎拉高海拔隧道施工人员体力劳动强度水平,评价施工工序劳动强度,选择圭嘎拉隧道进口段（海拔4 300 m）及1#斜井段（海拔4 560 m）的施工人员作为测试对象,分别测量不同工序下施工人员的生理指标（心率、血氧饱和度、耗氧量）。基于耗氧量计算能量代谢率,进而计算各工序的劳动强度指数。结果表明： 1）260 m的海拔高差造成的施工综合劳动强度指数差异具有统计学意义（P<0.05）; 2）二次衬砌钢筋绑扎是所测施工工序中劳动强度最大的工序,该工序下施工人员的心率、血氧饱和度和平均能量代谢率都出现超过卫生限值的情况,劳动强度指数达到35（极重）; 3）海拔为4 300~4 560 m时,隧道各施工工序劳动强度大部分为中度-极重度。     

当金山特长隧道设计方案研究

在高原、高寒地区修建单线单洞特长隧道,面临隧道勘察选线、施工方法选择、长距离通风、深竖井施工、生态脆弱区环境保护以及低氧环境下施工等一系列世界性技术难题。结合敦煌至格尔木铁路当金山特长隧道的设计全过程,对特长隧道的勘察设计进行全方位介绍。针对当金山特长隧道"三高(高海拔、高地应力、高地震烈度)"、"两低(气温低、气压低)"的地域特点,以及"三长(单面坡长、独头通风距离长、反坡排水距离长)"、"两多(断层破碎带多、不良地质多)"、"两大(埋深大、水量大)"等工程特点,对"钻爆法、TBM法、钻爆法+TBM法"3种施工方案进行系统的经济技术比选,最终确定大型机械配套的钻爆法施工方案。最后对单线铁路特长隧道的设计与施工提出了一些建议:1)特长隧道选线时重视物探技术;2)处理好勘察与设计的关系;3)高海拔特长隧道应加大机械化施工;4)特长隧道应充分发挥平行导坑的作用;5)重视环境设计。     

小净距公路隧道模型试验研究

通过对福建三福高速公路两小净距公路隧道施工的相似模拟试验研究,得到了小净距公路隧道在相似模拟开挖中的位移规律和隧道围岩最终位移,可为国内外公路隧道及地下工程设计施工人员提供工程实例及参考。     

关角隧道空气质量分析

为解决当前相关规范对空气质量要求的局限性,以及对高海拔低气压地区特定环境的不适用性,结合关角隧道地处高海拔低气压地区的特点,对关角隧道施工环境的空气质量进行分析,说明高海拔低气压地区空气环境的物理特性与普通地区的不同之处,提出补充和修正规范的主要建议：各种气体体积分数限值按照不同海拔给出合理的限值界定;氧气质量浓度不准低于224g/m3。     

FLK防冻保温材料在隧道施工中的应用

合作北隧道地处青藏高原东北边缘,属高海拔、高寒湿润气候。为了解决好高海拔高寒地区隧道隧道保温问题,隧道采用FLK防冻保温板隔热法进行保温,有效防止洞内路面结冰,提高运营安全,装饰隧道美观。在施工中获得了在高海拔高寒地区隧道保温的基本经验和一些施工关键技术。该工程的成功建设,为我国西部修建高海拔高寒地区公路、铁路隧道保温提供了宝贵的经验和施工技术。     

小净距公路隧道模型试验研究

通过对福建三福高速公路两小净距公路隧道施工的相似模拟试验研究，得到了小净距公路隧道在相似模拟开挖中的位移规律和隧道围岩最终位移，可为国内外公路隧道及地下工程设计施工人员提供工程实例及参考。     

高海拔地区特长高瓦斯隧道施工的通风方案

为了制定高海拔地区特长高瓦斯隧道施工的通风方案,以宝鼎2号隧道在建工程为依托,对其进行详细的施工通风方案设计。同时以此隧道为研究对象,计算隧道施工过程中最大需风量,合理划分通风工区,根据计算结果选择通风设备,优化通风设备布置的位置,并对部分参数进行优化,对方案进行动态调整,最终确定合理的施工通风方案。结果表明:通过以上通风方案的设计和现场的控制,既能保证高海拔地区特长高瓦斯隧道施工通风需求,又能节约施工通风成本。     

我国高海拔地区长大隧道建设发展综述

近年来,我国高海拔地区长大隧道建造技术引起国内外广泛关注。通过众多典型实例资料分析,高海拔长大隧道建设具有地形地质复杂、设计限制因素多、施工条件极差、运营管理代价高昂等特点。根据实例资料估测得到高海拔长大隧道的概略性技术经济指标,分析了影响指标的因素。经过多年实践,我国在高海拔地区长大隧道的建造技术方面取得了丰硕成果,同时也暴露出很多实际问题亟待解决。未来,我国交通建设的政策和投资环境良好,隧道工程行业与相关产业蓬勃发展,隧道建造技术不断提高,项目组织和管理都有所创新和加强,高海拔地区长大隧道工程建设前景广阔。     

莫洛瓦斯隧道通风设计

根据贵州省县县通高速公路实施的情况,结合贵州地形及地质构造条件,以提高施工质量及保障施工人员的安全性为目的,对莫洛瓦斯隧道的通风设计进行了研究。首先介绍了工程概况,继而给出了隧道施工作业环境卫生及设计依据标准,并对风量、隧道通风阻力的计算方法及要求进行概述,最后构建了隧道通风系统,并进行了实证研究。     

高海拔特长公路隧道下穿高压电杆的加固措施

为保证高海拔浅埋特长公路隧道下穿高压电杆施工过程中电杆的安全稳定,通过对高海拔隧道围岩和注浆加固区进行物理力学试验,建立三维有限差分模型,模拟隧道下穿电杆施工全过程,并结合现场监测数据,研究隧道周围管棚支护与上方地表注浆对近接电杆的稳定性加固效果。研究表明:隧道开挖对既有高压电杆基础的竖向沉降影响较大,水平位移影响较小;地表注浆、管棚加固可改善软弱岩体的整体性与强度;在隧道下穿高压电杆过程中,电杆沉降位移满足控制标准,预注浆加固效果显著。     

公路隧道穿越富水软弱围岩段支护优化分析

隧道在穿越富水软弱围岩地质段时,易发生突泥、突水、塌方、软岩大变形等地质灾害,严重危害隧道施工人员和设备安全。本文依托某隧道为工程研究对象,结合现场地质条件和施工作业环境,提出了4种隧道支护结构加固方案,并运用FLAC3D软件分别对四种支护方案进行了模拟分析,对比分析四种支护方案的塑性区、应力云图及位移大小。结合现场监控量测数据,认为方案四为最优方案,验证了FLAC3D软件的模拟结果可靠性,为类似工程提供依据。