花久公路冻土路基及隧道施工关键技术

李士栋

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 工程概况

成都至香日德公路花石峡至久治（省界）段公路工程项目起于玛多县境内国道214线，路线止于大武镇西南侧处，与拟建的大武至久治公路相接。路线自西北向东南方向延伸，经过下大武乡后翻越知亥代垭口，沿哈龙河阴靠峡至雪山乡曲格那降魔白塔，此后路线经阳靠峡、优池、东倾沟乡岔口后至玛沁县大武镇，路线终止于大武镇西南侧，路线全长155.86 km。本项目全线按双向四车道一级公路标准建设，整体式路基设计宽度19 m，分离式路基宽度设计10 m，设计速度80km/h。

2 工程场地自然条件

花石峡至大武公路扩建工程位于青海省果洛州藏族自治州境内，沿阿尼玛卿山北坡河谷布线，地势总体中部高，两侧相对较低，海拔介于3700~4600 m之间，属典型的高原亚寒带半干旱-半湿润气候区，空气稀薄缺氧、气压低、日温差变化大，四季不分明，春季叫干旱，夏季多冰雹 ，雨量集中，冬季严寒而漫长。玛多县年平均气温-4.1℃，年均降雨量120.9 mm,最大冻深2.46 m；玛沁县年平均气温-0.6℃，年均降雨量141.1 mm，最大积雪深度16 cm，主导风向为西风，最大冻深2.77 m。遂址区海拔高，寒季气候寒冷漫长，多风雪，易成雪灾，积雪最大厚度可达80-100 cm。隧址区多年冻土为主要特殊性岩土，属高温不稳定型多年冻土。

3 冻土路基工程施工技术

3.1 路基总体施工技术

路基施工先进行地表处理及地基加固处理。路基填筑前均进行地基应力条件分析。路基按“三阶段、四区段、八流程”进行填筑施工。过渡段与相邻路基按相同高度一起同层施工。全线路基特殊地基有水草地、积雪路基两种，在保证路基填筑质量和沉降控制要求同时，为运架梁施工创造条件。

富含冰量冻土分布地段路堑在寒季进行开挖，在暖季早期完成基底、边坡的换填和隔热处理；低含冰量冻土分布地段路堑及石质冻土路堑尽量安排在寒季，以减少热扰动。富含冰量冻土路堑根据路堑长度分段施工，开挖一段，处理一段，快速施工，连续作业。少冰冻土、多冰冻土采用机械开挖。机械无法开挖时，采用爆破方法开挖。采用全断面分层分段开挖的方法施工。

3.2 多年冻土路基处理

（1）少冰、多冰冻土路段处理

路基填高以不小于2.5 m控制，不清表，直接填筑30 cm砂砾（或石渣），采用重型碾压，并冲击碾压25遍补强，然后填筑30 cm砂砾及路基填土；当路基填高由于地形限制不能满足要求时，填筑50 cm砂砾（或石渣）并冲击碾压补强，然后填筑30 cm砂砾及路基填土、砂砾土填筑，路基土中粉、粘粒含量要求小于 12%。坡脚排水不畅、附近易积水路段设置护坡道。若地表以下为砂砾（厚度不小于1.0 m）或岩石路段，按一般路基处理。

（2）富冰、饱冰冻土区

一般采取片块石路基，片块石层厚度在富冰冻土区取1.2 m，路基最小填筑高度以2.8 m控制；饱冰冻土区根据地质一般采用1.5 m厚片块石路基，对地质条件复杂路段采用热棒-XPS板复合路基，路基最小填筑高度以3.1 m控制；当路基填高由于地形限制不能满足要求时，地表填筑80cm砂砾（或石渣）并冲击碾压补强，并加铺XPS隔热板，XPS板距路床顶面50 cm，换填砂砾材料颗粒组成应满足垫层材料的级配要求。若地表以下为砂砾（厚度不小于2.0 m）或岩石路段，按一般路基处理。

（3）含土冰层路段

对于含土冰层路段，根据冻土地质状况，选择方案，对于冻土地质状况良好路段拟定方案为片块石路基，片块石层厚度1.5 m，路基最小高度以3.3 m控制；对于冻土地质情况较差路段拟定方案为热棒-XPS板复合路基；当路基填高由于地形限制不能满足要求时，地表填筑80 cm砂砾（或石渣）并冲击碾压补强，路基采用热棒-XPS板复合路基，XPS板距路床顶面50 cm，换填砂砾材料颗粒组成应满足垫层材料的级配要求。若地表以下为砂砾（厚度不小于1.0 m）或岩石路段，按一般路基处理。

（4）多年冻土区挖方路基

少冰、多冰多年冻土区的挖方路基，地表换填80 cm砂砾并冲击碾压补强，换填砂砾边坡开挖成1:0.5，其下部设置一层隔水土工布，坡脚设置Φ25带孔PVC管，排水管与排水系统顺接；富冰、饱冰及含土冰层路段，路基两侧及路中位置设置热棒，路面层下50 cm，加铺XPS隔热板。换填砂砾材料颗粒组成应满足垫层材料的级配要求，宜粗不宜细，当挖方深度小于4 m时，采用1∶2～1∶3边坡坡度，当挖方高度大于4 m时，采用1:2边坡坡度，并在边坡上垂直埋设间距为4 m，的热棒，防止冻土边坡熱融滑塌。路基热棒长度为12 m，边坡热棒长度为6 m。

（5）多年冻土区陡坡路基

少、多冰冻土段对地表挖台阶填筑至水平，采用路基换填80 cm处理。富冰、饱冰多年冻土段对地表挖台阶填筑至水平，采用路基换填80 cm，然后采用富冰、饱冰冻土区片块石方案；当路基最小填土高度不满足控制高度时，采用路基换填80 cm并加铺XPS板，XPS板距路床顶面50 cm，换填材料宜采用干净粗颗粒石砾或石渣。

（6）多年冻土半填半挖路基

对于少冰、多冰多年冻土区半填半挖路基，路基以下边坡坡度开挖成 1∶0.5，开挖深度为路面结构层下80 cm，底面成2%横坡，其下部设置一层隔水土工部布，隔水土工布在挖。填到路面结构以下80 cm高度层全层铺设。路面结构层以下80 cm至边坡与地面线相交处高度区间挖台阶逐层压实，台阶从最底层开挖，开挖台阶宽度为2.0 m，向开挖面内倾2%～4%横坡，填挖交界处每1 m进行一次重锤夯实，夯实宽度 8 m，以减少路基横向不均匀沉降，挖台阶后全部用洁净砂砾或石渣填筑。半填半挖路基当填方高度>5 m或处于陡坎时，在开挖台阶碾压层从上到下续铺设四层钢塑土工格栅，间距为100 cm。土工格栅采用双向塑钢土工格栅，，其抗拉强度均大于80 kN/m，延伸率小于等于3%；在富冰、饱冰及含土冰层多年冻土区的半填半挖，除进行以上处理措施外，还需在路面结构层以下50 cm加铺XPS板。

4 冻土隧道工程施工技术

4.1 知亥代隧道进口工程概况

知亥代隧道进口地处青海省果洛藏族自治州久治下大武乡境内，隧址属冰原水流构造侵蚀中高山地貌，进口斜坡为冰碛堆积碎块石，高寒草甸发育，坡面可见较多冰碛块石孤立。进口围岩为少冰冻土、多年冻土，局部可能呈富冰冻土，岩性为碎块石，充填砂砾及粉土，为高温极不稳定多年，冻土融化洞壁呈渗流出水。

4.2 隧道工程施工方法

隧道结构设计为洞口段防雪棚洞、明洞衬砌、洞身采用复合式衬砌结构，并进行了防寒保温设计，在左右洞之间设一座防寒洞。施工采用新奥法原理，加强监控量测，用量测信息指导施工；施工中坚持“管超前，短进尺，弱爆破，强支护，早封闭，勤量测”的原则组织施工。隧道开挖：Ⅴ级围岩永久冻土段采用 CD法或三台阶七步开挖；Ⅴ级季节性冻土围岩采用环形开挖预留核心土台阶法开挖；Ⅳ级围岩采用台阶法开挖。泄水洞采用人工持凿岩机钻孔，全断面法开挖。隧道衬砌：多年冻土隧道采用保温结构三次衬砌，季节性冻土隧道采用二次衬砌。凿岩、岀碴、砼运输及泵送、砼模筑、施工通风均采用机械化配套设备，提高机械化作业程度，降低劳动强度。

（1）防雪棚洞施工。洞门施工后，防雪棚洞易在冬季来临之前施工完成，防雪棚洞矮墙基础和矮墙施工前应先核对地基承载力满足设计要求，按设计施做混凝土垫层和XPS板，再施工防雪棚洞矮墙基础、矮墙和地梁，矮墙和地梁整体浇筑，混凝土浇筑至墙顶标高按设计预埋防雪棚洞钢拱架预埋钢板；防雪棚洞构造间距每10米设一道变形通缝，按设计安装型钢拱架和玻璃钢板。

（2）洞身开挖方法。隧道暗洞采用新奥法施工，隧道Ⅴ级围岩永久冻土段采用CD法开挖或三台阶七步开挖；隧道Ⅴ级围岩季节性冻土采用环形开挖预留核心土台阶法；Ⅳ级围岩采用台阶法开挖。泄水洞采用人工持凿岩机钻孔，台阶法开挖。

（3）隧道开挖工艺。隧道开挖严格按新奥法原理施工，坚持加强监控量测，用量测成果指导下一步开挖工法和支护参数，开挖采用光面爆破，减少超欠挖，减少对围岩的扰动。

图1 Ⅳ级围岩台阶法开挖炮眼及掏槽眼布置图

台阶法、三台阶七步法开挖采用光面弱爆破。光面爆破参数应通过爆破试验方法确定。同时，在药量选择上还要考虑爆破振动速率对隧道结构物以及地表建筑物的影响。钻爆设计以Ⅳ级围岩台阶法施工为例，炮眼布置及爆破参数如图1所示。

（4）路面工程。隧道进口100 m为多年冻土路面，洞口其余200m为季节性冻土路面，洞口300米往里主洞路面为水泥混凝土路面。多年冻土路面为53 cm复合式路面，其结构层为C20素混凝土20 cm+24 cm水泥砼+5 cm中粒式沥青混凝土+SBR改性4 cm细粒式沥青混凝土；季节性冻土路面为53 cm复合式路面，其结构层为C20素混凝土20cm+24cm水泥砼+5 cm中粒式沥青混凝土+4cm细粒式沥青混凝土；主洞路面为46 cm水泥混凝土路面，其结构层为20 cm厚C20素混凝土+26 cm水泥混凝土。

砼面层：砼集中拌合，砼输送车运输、滑模摊铺机摊铺、整平，插入式及平板式振捣器振捣、真空吸水工艺、抹光机抹光，切割机锯缝、刻纹机刻纹。

（5）隧底保温装饰工程。本隧道地处高海拔高寒地区，隧道明洞为多年冻土段外保温装饰，偏压明洞拱圈部分，耳墙内侧及偏压强外侧（根据地面高度确定）铺设5 cm福利凯保温材料；明洞仰拱隧底铺设XPS板后再进行仰拱及明洞施工。

多年冻土隧道保温装饰：知亥代隧道进口100 m为多年冻土隧道保温装饰（含明洞），设二层保温层，第一层保温层为5 cm厚福利凯保温材料，设在一次衬砌和二次衬砌之间；第二层保温层为5 cm厚福利凯保温材料外挂6 mm厚FL纤维增强板组成，设在二衬混凝土表面。

季节性冻土隧道保温装饰：知亥代隧道进口100 m处至贯通面为季节性冻土隧道保温装饰设计，在二衬混凝土表面设置一层5 cm厚福利凯保温材料外挂6 mm厚FL纤维增强板保温层。

5 结语

本文以自己施工的花久公路多年冻土路基施工为背景，对冻土路基施工的特点和要点进行了关键部分阐述，花久公路采用了本文所陈述的方法施工，取得了很好的效果。本文还结合了冻土隧道几个根据冻土有关的分布施工技术进行了讲解，概括了冻土隧道施工的特点，施工现场顺利的完成了隧道的施工任务。