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在青藏高原修隧道,面临的挑战多到你无法想象
http://www.chinaboli.cn  作者:网易新闻2020年7月28日 阅读次数:35

一个多月前,拉萨纳金山隧道全线贯通,这条隧道分为左右两线,长度都在1.6公里左右,按理说,这个规模对于中国的施工人员来说应该不算什么,但由于高海拔的影响,许多在低海拔区原本简单的施工都会变得十分复杂。
(一)纳金山隧道施工难在哪儿?
要说纳金山隧道,首先不得不提拉萨的地形地貌。
拉萨市城区位于拉萨河河谷地带,受南北两面山体限制,在过去,拉萨的城市发展只能向东西延伸,随着拉萨城市规模的迅速扩展,为了打破地理的限制,拉萨市的公路环线开始紧锣密鼓地修建。
其中,拉萨市东环线北线建设项目道路全长18公里,大致由西向东沿拉萨河北岸铺设。
拉萨地处高原,周围被崇山峻岭环绕,拉萨东环线正好穿过纳金山,需要修建一条1.6公里长的隧道,这就是纳金山隧道。
纳金山隧道为双向六车道城市主干线隧道,位于拉萨市城关区嘎巴村与达孜区叶巴村之间,由西向东横穿纳金山。项目于2018年12月正式开工建设,为三车道分离式隧道,左线长1640米,右线长1615米,属于长隧道。
(纳金山隧道施工场景)
隧道主洞开挖面积约165平米,共设人行通道3处,车行通道2处,洞身最大埋深约276米,隧道进口段存在的80米浅埋段为施工重点、难点。
由于高海拔的影响,许多在低海拔区很简单的施工也会变得十分复杂。
(二)高原施工与普通施工有什么区别?
同时,还要使用大功率制氧机增加隧道内的含氧量,保障机械和人员的正常工作。
高原施工的关键在于确保施工人员的健康。
拉萨纳金山隧道的海拔高度超过3700米,空气稀薄,含氧量只有平原地区的七成,在这样的环境中别说进行施工这样的高强度工作,一般人就算只是跑几步都会明显体力不支,甚至会产生高原反应。
在施工分类上,这一海拔为较高风险区,人的动脉血氧饱和度只有平常的87%,很容易发生危险。
在这样的环境下进行隧道施工,首先要加快施工人员的轮班,缩短连续工作时间,降低劳动强度,还要在掌子面进行弥散式供氧,并放置备用氧气包以备不时之需。在洞口还要设置简易氧吧,让有需求的人员随时吸氧。施工人员还要定期进行高原反应的相关检测,确保人员的身体健康。
除了对施工人员的影响,缺氧对施工设备也会造成影响。
随着海拔的升高,内燃机械中吸入的空气含量会逐渐减少,空燃比也会相应发生改变,如此不仅降低了发动机功率,也降低了气缸内的有效压力,甚至可能导致施工机械无法正常工作。
此外,高原上的低温也对施工机械存在较大的不利影响,容易冻坏蓄电池、冻裂发动机,轻则降低使用和施工效率,重则造成机械损坏。
因此,在高原施工中,必须对相关的施工机械进行改良,高原施工机械要配置更有效地低温启动装置,安装多级滤清或湿式空气滤清器,采用风冷增压型发动机,使用低温油料和防冻冷却液,将液压、液力系统的散热性和流动性提高。
在使用高原型施工设备时,为确保设备能够正常运行,还要采取多项措施,比如增加清洗次数、加大进气量、强化放电能力、改善启动时间、增加发动机保养数、预热和保温发动机等。
相比起外部结构的施工,隧道施工在某些情况下,施工条件还略微有利。在高寒季节,隧道内可以利用围岩中的地热进行保温。
为尽量保存围岩地热对结构物的有利效应,减少洞外高寒气流长期对隧道内的侵袭,隧道施工还会在隧道口构筑防寒隔热门,能够有效预防冻害及确保隧道的正常安全施工。
在修建完成的隧道中,还要在二次衬砌表面铺设保温材料以达到保温效果,保温材料的铺设厚度需要经过严格的计算,采取科学的保温措施,使隧道免于冻害。
(三)高原高寒对于混凝土施工有哪些挑战?
高原地区的昼夜温差大,气候干燥多风,在高原环境中进行混凝土施工,需要面临原材供应、混凝土运输、施工养护等诸多问题。
在夜间、冬季的低温环境下,混凝土中的水冷冻结冰会导致体积增加,使得结构发生破坏。因此,在高原高寒地区的混凝土施工,用水量必须控制得较低,并使用防冻外加剂。
这种外加剂可以降低水的凝结点,确保负温条件下混凝土中依然有足够量的处于游离态的液相水,使水化作用能够顺利完成,防止液相水发生凝结导致水化作用终止,或对已经成型的内部结构造成破坏。
水泥发生水化反应时,会产生很大的热能,若能在混凝土表面覆盖一层保温材料,则能良好的保证入模温度,避免水化热散失,并且保温材料还能防止外部低温侵袭。
单靠被动的保温见效过慢,人们还会使用外源升温设施来提高施工环境中的温度,加速混凝土的硬化成型。
保温工作不仅仅是在养护过程中,在混凝土的运输过程中,也要对罐车进行保温和升温。同时,还要对运输时间进行严格控制,防止混凝土在运输中发生冻结。
(四)与青藏高原的地应力作斗争
青藏高原的地质环境与一般的高原还不相同,这里是亚欧板块和印度洋板块的交界缝合处,地壳的相互挤压使得地层内部有着丰富的地应力。
(青藏高原的板块构造)
当进行隧道开挖时,地层内部会发生应力重分布,如同弯曲的筷子被掰断,很容易发生危险。隧道内的岩石会随机发生崩爆,极其危险。岩爆没有任何规律性,可能在任何时间、任何表面发生,威力大小也无法预测。
因此,在青藏高原进行隧道施工,对人员的防护和对隧道的支护要求都比其他地方要高。
将隧道分为左右两线进行修建,也有降低地质风险的考虑。
隧道的直径过大,会使得隧道壁附近岩层承受的应力过大,降低安全性。将两线分开布置,可以减小隧道的工程量和对山体结构的改变,在满足公路通行功能的前提下,尽可能地降低施工难度和风险。
结语
纳金山隧道于2020年6月7日双线全线贯通,已开展机电安装、路面工程、排水工程等各项附属工程,预计今年国庆节前即可通车。
纳金山隧道建成后,拉萨市东环线北线和拉萨市东环线南线将通过达孜大桥连接,将进一步拓展拉萨城市发展空间,有效缓解交通拥堵等问题,带动沿线经济发展。届时,汽车途径纳金山时不必翻山越岭,原来15分钟左右的路程有效缩短至2分钟,沿线经济发展得到显著带动。
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