浅谈高原寒冷地区冬季施工——以旁多灌溉输水洞为例

浅谈高原寒冷地区冬季施工——以旁多灌溉输水洞为例

陈思雄

中国水电基础局有限公司西藏公司、西藏拉萨850000

一、前言

在高原寒冷地区隧道冬季施工的优点及缺点：1、能满足工期要求。水利工程施工具有典型的季节性，但旁多水电站根据业主的要求，必须进行冬季施工，否则，工期将会拖延一至两年，造成不可估量的社会和经济损失。2、高寒地区冬季混凝土施工风险大。工程所在地气温低，昼夜温差大，没有完善的冬季施工方法，混凝土极易受到冻害，会产生降低混凝土强度、出现裂缝、钢筋锈蚀、降低耐久性等质量问题，严重影响质量和工期。3、缺乏类似工程施工经验。工程所在地海拔在4000米以上，西藏无冬季混凝土施工经验可供借鉴，必须对其他工程冬季混凝土施工方法加以创新。

二、工程概况

旁多水利枢纽工程地处西藏自治区拉萨河流域中游，坝址位于林周县旁多乡下游1.5km，距下游拉萨市直线距离63km。旁多水利枢纽工程的开发任务以灌溉、发电为主，兼顾下游防洪和供水，为Ⅰ等大（1）型工程，主要由碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝、泄洪洞及泄洪兼导流洞、引水发电系统、发电厂房和灌溉输水洞等组成。坝顶长1052m，坝顶高程4100m，最大坝高72.3m，总库容12.3×108m3。

工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等，大坝为1级建筑物。正常蓄水位4095m，设计洪水位4096m，校核洪水位4098.7m，水库总库容12.3×108m3。本工程场地的地震基本烈度为Ⅷ度，大坝的地震设计烈度采用Ⅸ度。工程坝址所处河床覆盖层深、两岸表层岩石破碎、地质结构复杂，其施工难度之大，技术要求之高，都堪称世界级，是国内水利专家公认的极具挑战性的一项水利枢纽工程。

西藏旁多水利枢纽工程位于拉萨河流域，属高原温带季风气候，空气稀薄，日照充足，昼夜温差大、年温差小。旁多坝址多年平均气温仅2℃，极端最高气温为27.4℃，极端最低气温为-29.3℃，多年平均相对湿度为47%，最大冻土深度为1.3m。拉萨河流域冰期为11月至次年3月中旬，冬期气温一般在-5℃～-20℃。

灌溉输水洞工程全长16.827km，建筑物级别为3级，设计为无压隧洞，进口高程4061.60m，断面结构为4m×4m的直墙拱顶式，设计引用流量10.0m3/s，洞内最大流速2.02m/s，设计灌溉面积65.28万亩。灌溉输水洞工程第Ⅰ标段工程桩号0+000m～1+500m，埋深（30m～150m），地下水丰富并高出洞顶10m～100m，石炭系、三迭系地层分布有软岩，围岩为中等风化二长花岗岩（E2-E2J），断层发育带集中，卸荷裂隙，节理发育破碎。项目年平均气温3.9℃，极端最低气温为-29.3℃，多年平均降水量为533.2mm，最大冻土深为1.3m，工程具有高海拔、高地震烈度、高地应力等特点。灌溉输水洞进口段工程地质情况复杂，是该合同段控制性关键工程。

三、冬施准备

（一）冬施时间

根据施工规范要求，当室外日平均气温连续5天稳定低于-5。C进入冬季施工。根据旁多地区的气候状况，冬期施工时间一般为当年11月1日~第二年3月15日。

（二）冬施范围

根据工期要求，本工程将跨越2011～2012、2012～2013两个冬期季节，冬期施工内容为：2011年~2012年冬期施工项目为隧道开挖、初期支护、固结灌浆；2012年~2013年冬期施工项目为部分隧道开挖、初期支护、二次衬砌、启闭机室浇筑及其附属工程。

（三）材料准备

物资部门按现场需要以及材料计划落实进场材料，冬施期间所需要使用的保温材料要在工序开工前准备就绪。

1、提前购进有质量认证并经检测合格的防冻剂、早强剂（指定厂家）、钢管、草袋、草帘及棉被、塑料薄膜、施工及取暖用煤等物资。

2、安排试验人员到砼拌合站现场负责监督冬季施工混凝土及外加剂的掺配、试验、施工配合比控制工作。

3、职工宿舍和办公室的采暖设施及设备。

（四）机械准备

施工前对机械设备全面进行一次检查，机械车辆更换低温燃料、油料及添加防冻液，在冰雪天车辆安装防滑链等措施；对机械传动部位要及时检查，如有缺陷，及时维修、调整；修建保温车库、设备库。

四、冬季施工措施

为了保证工程质量达到承诺的标准及在冬季施工期间安全、质量满足施工规范要求；进度满足施工进度计划要求，在冬施期间，除了按照实施性施工组织设计方案施工外，在施工过程中拟采取如下加强措施：

（一）钢筋工程

冬季施工期间的钢筋加工安排在钢筋加工棚内进行，钢筋棚内采用火炉取暖，保证棚内温度在0摄氏度以上，顶棚安装引风机引排电焊产生的烟气。

1、从事电弧焊施工的焊工必须持证上岗，电弧焊施工须按国家标准GB9488有关规定执行；在每批钢筋正式焊接之前，必须进行相同条件下的焊接性能试验，合格后方可正式生产。

2、钢筋原材料、成品和半成品堆放应注意比地面垫高150mm，上面覆盖五彩布或塑料布，防止钢筋生锈，保持钢筋清洁。

3、在环境温度低于-5℃的条件下宜采用多层控温施焊工艺，与常温焊接相比宜增大焊接电流，减低焊接速度，既要防止焊后冷却速度过快，也要防止接头过热。焊接过程中采用“回火焊道施焊法”，既最后回火焊道的长度比前层焊道在两端各缩短4~6mm，以消除或减少前层焊道及过热区的淬硬组织，以改善接头的性能。焊接后应及时清渣，焊缝表面应光滑，焊缝余高应平缓过渡，弧坑应饱满；当环境温度低于-20℃时不宜进行施焊作业。

4、钢筋焊接头或焊接制品要分批进行质量检查和验收，包括外观检查和机械性能（拉伸、抗剪、弯曲试验），试件每批三个接头，每批次以200个同类接头为一批。

（二）砼工程

1、2011—2013年冬季根据本工程特点及现场施工条件，混凝土的拌和站采用全封闭保温措施。拌和站采用暖棚保温，内设蒸汽锅炉控制棚内温度及进行原材料、拌和用水升温。制拌过程均在棚内完成，棚内温度保持在5摄氏度以上。拌好的混凝土料从拌和站通过混凝土运输车送至现场，运输过程中对车辆进行覆盖保温。拌制前对各项材料温度进行测定，当各项材料温度能够满足混凝土拌和所需温度时，方可开盘拌料；当材料原有温度不能满足需要时，考虑在保温棚内加设地火龙上盖钢板对集料加热，确保拌和出料温度满足施工要求，同时提高喷射用水温度。拌和投料顺序：热水冲洗搅拌机、骨料投放、热水搅拌，水温降低到40。C左右时，再投入水泥继续搅拌到规定时间，要绝对避免水泥假凝，搅拌时间较常温延长50%。出料时，检查出机温度不得低于10。C，否则，需对拌和料进行再次加热或调整集料温度。

喷射混凝土用料宜随拌随用。无速凝剂掺入的混合料，存放时间不应超过2小时，混合料掺速凝剂后，存放时间不得超过20分钟。

2、混凝土运输采用混凝土罐车，运到输送泵内，经泵管将砼送到作业面。混凝土罐上包裹保温材料，减少运输过程中热量损失。混凝土到现场出机温度不宜低于10。C，入模温度不得低于5。C。

3、混凝土的保温养护

由于砼施工面位于隧道内，常温在0。C以上，冬施采用覆盖一层塑料薄膜进行保温养护。最短养护时间为7天。

4、混凝土质量检查

冬季施工的混凝土，除按有关规定进行质量检查与控制外，试验室还要对混凝土硬化过程中的混凝土温度、环境温度、养生期限等进行控制、检查和测量。

（1）测水、外加剂溶液和骨料的加热温度及加入搅拌时的温度。

（2）测混凝土出机温度和浇筑时温度，每个班至少检测4次。

（3）混凝土试块增加至少两组同条件试块，分别用于检验受冻前的混凝土强度和转入常温养护28天的混凝土强度。

（三）冬期施工测温与保温措施

1、施工现场在入冬前建立测温组织，对每天大气温度、混凝土温度、喷砼混合料温度进行监测。项目部试验室主任负责本工程的测温工作，并派专人测温。专职测温人员要认真负责，测试数据真实可靠。

2、试验人员每天至少测量3次环境气温。

3、测温时间和所测温度值详细记录，每天由资料员整理归档。

4、测温人员保持与供热、保温人员联系，如发现供热故障或保温措施不

当使温度急剧变化或降温过快等情况，立即向技术负责人报告进行处理。

5、水井及管线提前做好保温工作，防止受冻；暂设工程的水管、供热管在入冬前做好保温维持工作。

6、办公室加强与气象部门联系，及时掌握天气变化，提前通知做好防寒准备。

7、对测温保温人员及管理人员应专门组织技术业务培训，学习本工作范围内有关知识，明确职责。组织参加冬期施工的工长、施工班组业务学习，以提高冬期施工和质量意识。

8、指定专人进行气温观测并作记录，收听当地气象台预报广播、电视天气预报，与当地气象部门联系预定中长期天气预报，做好防止寒流突然袭击的物资准备。

9、材料部门按现场需要以及材料计划落实进场材料，冬期施工期间需要使用的保温材料在开工前准备就绪。

10、做好冬期施工混凝土、砂浆及掺外加剂的试配、试验工作，提出适宜冬季施工的配合比。

（四）洞口暖棚施工措施

为保证洞内冬季施工的顺利进行，确保洞内冬季施工的质量、安全，按期为业主提供一个优质的工程产品。对灌溉输水洞进口段采取如下冬防措施及设备：

1、洞口采用特制保温门帘封闭洞口，进洞内十米加设一道保温门帘进行保温；在里层门帘内洞上部安装电热风幕进行升温，保证洞内温度高于5℃。冬季气温过低时，在两层门帘之间加设火炉及铁火箱，进行辅助升温，确保洞内温度。

（五）拌和站保温措施

由于本工程地处旁多，海拔在4100米左右属高寒低氧低气压地带。冬季寒冷漫长，根据工期要求冬季除避开最冷月份正常施工。砼搅拌采取如下措施：

１、搭设保温棚。

砼拌合站主要设在保温房内，保温房顶采用钢骨架，围墙内设钢管骨架，围墙、顶棚采用彩钢板结构。底部基础用浆砌石结构，厂房面积为1120m2左右，净高为14m。

２、锅炉房

拌和站保温房旁设置锅炉房，主要用于加热砼拌和所用的原材料。锅炉房为浆砌石结构基础，四周为彩钢板结构，长10m，宽7m，高5m。

3、加热水

拌和用水取用拌和站的水池内用水，水池采用蒸汽锅炉加热，在水池内安装蒸汽管，管上钻孔径约4mm水孔，孔数按其总面积等于汽管截面积计算。

4、加热骨料

骨料在料堆内用蒸气直接加热，在每座骨料堆内埋设钻孔钢排管，通过蒸汽及管壁对材料加热。排管采用φ8０㎜的厚壁无缝钢管，竖直布设，管的间距为０.5m。为了提高砂的加热效果，在加热管的下面喷射压缩空气，利用空气在砂、石内扩散传热。

（六）管道保护

在生产工地上“三管两线”就像我们人体的血管一样重要，所以保证管线畅通就显得尤为重要。在高寒地区对管线的保护一定要万无一失，特别是我们隧道施工中的水管，一般从高位水池进洞都有几十米甚至几百米的长度。在零下十几二十度的情况下一旦有一个疏忽导致一处受冻，那整条管道不可避免的将全面上冻。所以在隧道施工过程中，我们采用保温材料包裹管道并深埋的方式。洞口等无法埋入地下段，就采用埋入砌体的方式。

在本隧道的施工中，我们还采用了循环使用水的方式。由于本隧道所处高原寒冷地区，冬季气温长期低于-10℃，施工废水和隧道渗水无法正常通过水沟排出洞外。考虑这种境况，结合本隧道为单洞隧道，在不要求衬砌的地段多设集水塘。

所以在施工初期，集水塘中用水坝分段做成沉淀池，再从沉淀池中将水抽至洞内水箱供掌子面钻爆时风钻使用。如此水就不用排出洞外且减小了正常用水功耗。在高寒地区，除了要保护风管水管外，对我们的电线也要实施保护。2007年底的南方雪灾就给了我们一个很好的教训。雨雪很有可能压垮压断我们悬在高空的电缆线。所以即使是一些临时用电线路也应该尽量埋入地下。

（七）机械维护

在寒冷的冬季，由于环境温度过低。造成工程机械发动机启动困难、运转机件磨损加剧以及机械安全性能降低等现象的发生，使得工程机械作业条件下降，所以机械维护与保养非常必要。

总接归纳为以下几点：（1）低温对发动机启动性能的影响。低温时柴油黏度大，表面张力大，同时由于低温时发动机转速低，使喷油压力下降，两者共同作用造成喷油雾化质量变差，延长了混合气着火的滞后期，是着火趋于困难。（2）低温对发动机工作性能的影响。当发动机罩下空气温度较低时，会使发动机出现可燃混合气燃烧不充分、功率降低、油耗增加、运动机件润滑不良等故障，危害很大。（3）低温对发动机冷却性能的影响。当温度低于0℃时，发动机冷却系统的冷却水将会结冰，易造成发动机缸体、冷却水箱及管路的胀裂和损坏。（4）在工地建造保温修车棚，并储备常用易损耗配件，使普通机械故障能及时修理。

针对以上几点，我施工队采取了以下措施：（1）在不施工期间洞内设置停车点（回车道）。由于该隧道宽4m左右，所以单侧停车会影响隧道内正常运行。隧道口挂上棉布帘子后，洞内温度基本可保持在10℃以上。在这种温度下一般工程机械车辆启动都没有问题。（2）给机械使用防冻液和-35号柴油。保证机械的正常运转。（3）安排专人对空压机、发电机等机组每天不等次检查。像发电机等不常用机组在不工作时应将机油散热器等散热装置中的水排空，防止水结冰膨胀后损坏设备。（4）建立保温修车棚，并聘请专人在施工现场设置维修点，及时维修机械、设备。

五、施工安全与消防安全

（一）施工安全

１、安全教育

开展冬季施工安全宣传教育，是各级领导和广大职工认识到安全生产的重要性、必然性，懂得安全生产的科学知识，牢固树立“安全高于一切，责任重于泰山”的思想，自觉遵守各项安全生产法令和规章制度，提高全体职工的安全意识和自保、互保能力。

１、安全检查

（１）每项工程施工前，对投入的机电设备和施工设施进行全面的安全检查，未经有关部门的验收的不准使用。

（２）项目部对生产中的安全工作，组织定期和不定期检查。定期检查，经理部每月组织一次；工区每周组织一次。

（３）加强安全生产的组织领导，每次定期的安全生产检查，领导干部必须亲自挂帅，并由有关人员组成检查领导小组，针对安全生产中存在的实际问题制定具体计划，提出明确的目标和要求，充分做好宣传动员工作，有计划、有步骤、有重点地进行检查。

（４）安全生产检查时做到自检与互查结合，上下结合的方法，坚持横向到边、竖向到底，不留死角，做到边检查、边整改，条条有着落，件件有交待。

（５）针对施工专业性的特点还要进行专业性安全检查和整改。

３、安全保护

（１）冬季施工，为施工人员配发防滑靴，及时清除冰雪，保证人员设备安全；

（２）施工中接触热水要防止烫伤。

（３）防止工人在施工中冻伤，做好在室外工作时的保温保暖。

４、安全用电

（１）室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置；

（２）各类电器开关和设备的金属外壳，均应设接地或接零保护；

（３）防火、防雨配电箱内不得存入杂物，并且要设门加锁，专人管理；

（４）移动的电气设备的拱电线路使用橡胶电缆，穿过场内行车道时。穿管埋地敷设，破损电缆不得使用：

（５）检修电气设备时必须停电作业，电源箱或开关握柄上挂“有人操作，严禁合闸”的警示牌并设专人看管，必须带电作业时要经有关部门批准；

（６）现场架设的电力线路，不得使用裸导线。临时敷设的电线路，必须安设绝缘支撑物，不准悬挂于钢筋模板和脚手架上；

５、机械安全

（１）驾驶室或操作室应保持整洁，严禁存放易燃、易报爆物品，严禁酒后操作机械，严禁机械带病运转或超负荷运转；

（２）各种机械有专人负责维修、保养，并经常对机械的关键部位进行检查，预防机械故障及机械伤害的发生，严禁对运转中的机械设备进行维修、保养、调整等作业；

（３）定期组织机电设备、车辆安全大检查，对检查中查出的安全问题，按照“三不放过”的原则进行调查处理，制定防范措施，防止机械事故的放生。

（二）消防安全

贯彻“以防为主，防消结合”的消防方针。逐级建立防火责任制，落实责任，确保施工安全。具体措施如下：

１、工地建立防火责任制，职责明确。按规定设专职防火干部和专职消防员。

２、按规定建立义务消防队，有专人负责，定出教育培训计划和管理办法。

３、重点部位（暖棚、隧道内、危险仓库、油漆间、油库、木工间等）必须建

立有关规定，有专人噶，落实责任。按要求设置警告标志，配置相应的消防器材。

４、建立动用明火审批制，按规定分级别，明确审批手续，并有监护措施。

５、非重点仓库及宿舍，明确明火手续，并有监护措施。

６、酸碱泡沫灭火器有专人维修、保养，定期调换药剂，标明换药时间，确保灭火器效能正常。

7、对生产区或生活区火炉、锅炉等明火设备必须有专人24小时看守值班。防止火灾及预防煤气中毒事件发生。

8、对施工现场四周加强防火巡检，消灭事故隐患。

9、施工场地布置时明确了留出消防通道，配齐现场消防器材，并有专人监督检查。

六、健康保证措施

（一）施工尘埃控制

１、为降低粉尘浓度，采用潮喷混凝土的施工工艺；加强隧道通风；工人进入隧道戴好防护用具。

２、施工场地及道路适时清扫，减轻扬尘污染。土、石、砂、水泥等材料运输和堆放进行遮盖，减少尘埃污染。

（二）体检制度

定期组织员工进行检查，保证员工的身体健康。对确诊患有职业病的，按照有关规定予以治疗和妥善安置。

（三）劳动保护用品发放使用

１、作业工人的劳动保护要正确使用，如焊接防水板、喷涂防水隔离层、震捣、混凝土操作者，要穿胶鞋、戴胶皮手套和特殊口罩。喷射混凝土的操作人员作业时，必须戴防尘罩、防尘帽等防护用具。

２、每个职工宿舍和办公室安置暖气或配备液体电暖气或空调，确保室内的温度。

（四）施工场地、生活区卫生环境

１、建立现场各区域的卫生责任制制度，责任人名单上墙。定期搞好环境卫生，清理垃圾和堆雪，保持现场无臭味。

２、保持宿舍清洁、干爽、整洁有序，桌床、衣柜尺寸统一。

３、施工作业层保证良好的通风，设置茶水桶。

４、在现场设置医务室，随时为职工提供医疗服务。

５、施工现场坚持工作料清，施工面的废料必须做到随做随清，集中袋装，及时清运，并倒往指定地点。

七、文明施工、环境保护措施

１、结合本标段工程实际情况，成立以项目经理为组长的冬季文明施工领导小组，对项目经理部及各作业队负责人进行明确分工，落实文明施工现场责任区，制定相关规章制度，确保文明施工现场管理有章可循。

２、落实“门前三包”责任制，保持施工区和生活区的环境卫生及时清理垃圾，运至指定地点进行掩埋或焚烧处理，生活区设置化粪设备。

３、工程车辆的行使路线和时间要严格遵守交管部门的要求，禁止超载、超高、超速行驶，对工地周围的道路派专人清扫，保持周边环境的整洁。

４、燃料、燃油必须采用专用车辆运输。并要有专人负责保护。

作者简介：

陈思雄，（1985-），男，云南省镇雄县坪山乡，工程助理工程师，本科，主要从事建筑经营与管理。