青海大学 黄崇杰 810016
【摘要】 青藏铁路格尔木至拉萨段昆仑山隧道和风火山隧道位于青藏高原海拔4 500 m以上的多年冻土区,是目前世界上在高原多年冻土区这一特殊气候及围岩条件下修建的最高海拔的隧道工程.在高寒缺氧的高原环境下,隧道施工中保护冻土以及隧道的支护是本工程的技术难点.
【关键词】 高原 严寒 多年冻土 隧道 施工技术
On the plateau region permafrost tunnel project
【Abstract】 Qinghai-Tibet Railway from Golmud to Lhasa, and Kunlun Mountain Tunnel Fenghuoshan Tunnel in the Qinghai-Tibet Plateau elevation of 4,500 m above permafrost zone, which is the world altitude permafrost zone in this particular climate conditions and rock construction under the highest elevation The tunnel project. hypoxia in the alpine plateau environment, the protection of permafrost tunnel construction, as well as supporting the tunnel project is the technical difficulties.
【Key words】 high altitude cold permafrost tunnel and construction technology
青藏铁路是目前世界上海拔最高、线路最长的高原铁路。青藏高原地理位置独特，自然条件、地质条件极其复杂，修建铁路面临诸多全新的技术难题，其中昆仑山隧道和风火山隧道位于青藏高原海拔4500 m以上的多年冻土区,是目前世界上在高原多年冻土区这一特殊气候及围岩条件下修建的最高海拔的隧道工程.在高寒缺氧的高原环境下,隧道施工中保护冻土以及隧道的支护是本工程的技术难点.
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。会使建筑的地基承载力减弱，后果是很多方面了，比如，房子下沉，开裂。冻土会随温度变化，是制约青藏铁路修建的主要难题。寒季时，冻土像冰一样冻结，体积会随着降温而膨胀，建在冻土
上面的铁路路基和钢轨，就会被膨胀的冻土顶得凸起。到了夏季，融化的冻土体积缩小，路基和钢轨又会随之凹下去。
世界上最长的高原冻土隧道——昆仑山隧道
昆仑山区属中支低丘区，地质构造复杂，地形起伏大，植被稀少，海拔4500 m-4800 m，以古冰川、现代冰川作用及寒冻风化地貌形态为主，石海、石冰川、冻胀丘、冰椎、融冻泥流、滑坍等不良冻土现象发育，多年冻土上限1.5 m-2.8 m，厚度60 m-120 m，年平均地温-0.5 C°-2.6 C°，属于稳定和基本稳定多年冻土区，高寒冰凉冻土所占比重较大，约48%，且含冰量分布不均匀，冻土工程地质条件较差。在海拔4767米的昆仑山口附近，坐落着世界上最长的高原冻土隧道——全长1686米的昆仑山隧道。
奋战在这里的青藏铁路建设者们，冒着青藏高原严酷的自然环境，修筑这条世界上最长的高原冻土隧道。在冻土区进行隧道施工比在平原地区施工难度大得多。由于隧道在夏季时洞内温度上升，冻土容易融化，常有冰块掉下来，这给施工带来很大困难。为了顺利打通隧道，建设者采用“长隧短打”方案， 在未形成有轨运输之前，采用人工钻眼，光面爆破，分断面台阶开挖，轮式机械出碴及运输。形成有轨运输后，采用三臂台车钻眼，光面爆破，全断面开挖，立爪装碴机、电瓶车、梭矿出碴。衬砌均采用泵送混凝土，液压式衬砌台车施工。对于软弱破碎地质或浅埋地段采用台阶法施工，并遵循超前支护及短进尺的原则。在洞内形成多个工作面施工，推广冻土施工湿喷混凝土、防排水结构等多项新成果、新技术、新工艺，并摸索出高原机械功率恢复、低温启动等方法，从而提高了机械设备在高原施工的适应性能。为了防止和减少冻土病害对隧道稳固性能的影响，昆仑山隧道在施工过程中采取比平原地区多一倍的工序，在平原地区隧道施工只需在锚喷支护后，外加一层混凝土即可，但在冻土地区隧道施工，还需要设两道防水层和一道保温板，起到防水保温作用，最后再衬砌一道混凝土。这就相当于给隧道穿上了防水保暖衣，有效地解决了冻土隧道施工难题。
为了保障施工人员的身心健康，规定四小时轮班作业制度，每天向隧道内的工人提供足量氧气，并定期检查隧道内的空气质量。在昆仑山隧道口，一条黄色的通风管道犹如一条缎带横贯隧道，这条缎带将隧道外的新鲜空气源源不断输入隧道内，确保了隧道施工的氧气含量。他们还将急救中心设在隧道口，并在工地
建立了一座高压氧仓，员工宿舍也配备了氧气瓶。
经过一年艰苦施工，2002年9月26日，昆仑山隧道顺利贯通 . 世界上最高的高原冻土隧道——风火山隧道
风火山隧道 是世界上海拔最高的铁路隧道，位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人区”边缘，全长1338米，轨面海拔4905米，是世界上海拔最高的隧道，有“世界第一高隧”之称。也是青藏铁路重点控制工程。来到风火山隧道，首先被隧道口前那巨幅对联所吸引：“乘白云抚蓝天搏击雪域缚苍龙，踏清风邀明月洞穿世界最高隧”。风火山地区气候环境极为恶劣，年平均气温零下7摄氏度，最低气温达零下40摄氏度左右，严寒、缺氧。.
隧道所在区域地质复杂，主要为含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土，还有裂隙冰、融冻泥岩等病害性地质。这里平均海拔4900米左右，年均气温零下7℃，寒季最低气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50％左右，被喻为“生命禁区”。隧道冻土层最厚达150米、覆盖层最薄处仅有８米，施工稍有不慎，就会导致大塌方，工程难度之大前所未遇。
风火山高原冻土隧道设计和施工中，研制、使用了适应冻土隧道施工的低温早强混凝土，采用了防水、保温等新技术和新工艺，攻克了浅埋冻土隧道进洞，冰岩光爆等技术难关，掌握了高原冻土路基和隧道施工的有效办法，使之达到了国内外冻土隧道施工的领先水平。在风火山不良地质地区打隧道，关键是解决围岩热融问题。施工单位把攻克饱冰冻土地质施工作为首选目标，并借鉴国内外冻土隧道施工的经验，研制、投产了两台特大型隧道空调机组，形成洞内空气冷冻室和冷气空调室，把洞内温度控制在±５℃以内，从而解决了不同冻土地质条件下的热融问题，为确保工程顺利进展探索出了新路。先后购进了400余台（套）一流的高原施工机械，实现了机械化作业，大大降低了职工劳动强度，提高了生产效率。风火山隧道是青藏线上浅埋层最长的隧道，为避免出现塌方，针对不同地质的喷护和支护提出了一揽子工法方案。在富冰冻土地段，采用大管棚加小管棚的双层超前超强支护法，利用中空锚杆和加温后的水泥浆锚注，使围岩上层形成一种相对稳定的环境。同时，实行“弱爆破，快支护、快初衬”，使富冰冻土区段得以安全通过。对裂隙冰地质，采用“先抢格栅架，快焊钢筋网，边焊边喷护”的方法，取得了良好效果。对融冻泥岩地质，采取“用水玻璃进行双液注浆，
首先稳定山体结构，待水玻璃与水泥浆凝固后，再进行谨慎开挖”，很快就制止了融冻泥岩的塌落，保证了施工的正常进行。2002年10月19日，风火山隧道—这条世界上最高的高原冻土隧道经过建设者们整整一年的奋战，终于顺利贯通。
参考文献
[1]青藏铁路格拉段环境影响报告书，铁道第一勘察设计院，2002
[2]覃仁辉. 隧道工程.北京：人民交通出版社，2001
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