1）对施工人员的影响

诸多研究表明高温环境下工作对人体健康有重要影响，甚至威胁到工作人员的生命安全。图1为高温环境、作业人员和隧道间的相互关系，当隧道温度较高时会增加工人紧张焦虑情绪，使工人应激反应增强，认识能力降低，从而降低工人劳动生产效率，严重时甚至影响施工人员的身体健康（体温调节、代谢功能等）和生命安全，如使工人出现热射病、脱水昏迷等症状。

图 1　高地温环境带来的危害

2）对TBM设备的影响

在高温环境下，TBM设备主电机功能下降，会降低TMＢ的掘进效率。同时，高温环境可能造成TBM电缆短路以及设备电气故障，损坏TBM设备，造成额外的经济损失，同时还将导致工期的延后。

3）对支护结构的影响

高温环境下，会加速喷射混凝土中水分的蒸发，从而降低混凝土的黏结强度，使喷射混凝土容易开裂以及脱落。由于高温下水分的快速蒸发，会影响水泥的水化热反应，从而使混凝土的强度降低。同时，高温下混凝土水化热不易消散，进而在混凝土内产生附加温度应力而引起混凝土开裂、剥落。另外，高温下可能在围岩内部造成热脆效应，加剧岩爆的发生。

国内相关规范对地下洞室温度控制标准相差不大，具体如下。

(1)TB10003―2016《铁路隧道设计规范》规定，运营阶段隧道内气温不得高于28℃。

(2)JTGD70/2-2014《公路隧道设计规范》规定，作业环境气温不高于30℃。

(3)《矿山安全条例》，工作面温度不得高于28℃；《煤矿安全规程》，工作面温度不得超过26℃，温度超过30℃须停止作业。

国外对于地下洞室温度控制标准如表1所示。综合对比国内外地下洞室温度控制标准，不影响洞内正常作业的温度标准值在28℃左右，同时我国TB10003—2016《铁路隧道设计规范》也规定，铁路隧道运营期的最高温度不得超过28℃，在此温度下才能保证过往人员舒适度，隧道施工作业环境温度也应不大于28℃方能保证作业人员工作效率。综合考虑后建议复杂艰险山区铁路隧道温度控制标准限值采用28℃，地温超过28℃的区段需采取相应的降温措施，保证隧道施工安全高效进行。

表 1 国外地下洞室温度控制标准

1）工程概况

某复杂艰险山区铁路沿线位于青藏高原或其边缘地带，高海拔低压缺氧，洞内外温差显著，全线地热区域属于地中海—喜马拉雅地热带.据地勘资料显示全线隧道预测地温以中高温带为主，中高温带Ⅱ₁：(37℃ 2(50℃ 60℃）长度3.41km。该铁路上某一特长隧道隧址区地下温泉呈带状分布，是目前全线预测水温最高的隧道，隧道热害属于岩热＋热水型，该特长铁路隧道极有可能采用TBM施工，通过调研国内外高地温隧道工程措施，结合该隧道高地温的具体情况，提出了一套适用于复杂艰险山区铁路隧道系统的热害处治措施。

2）高岩热TBM隧道施工应对措施

2.1 TBM隧道降温

(1)通风降温

对于高岩热TBM隧道，目前常采用加大通风量的降温方法，该隧道夏季洞外最高温度约22.7℃，洞内外温差大，有利于同洞内环境进行热交换，降低隧道内环境温度，隧道采用压入式独头通风方式，最大独头通风距离长达11.59km，由于通风距离长，供风过程中风筒内外热量交换明显通风风筒可采用隔热风筒（采用双层隔热风筒或外包隔热材料的风筒等），减小供风过程中的热量交换，提高掌子面附近集中作业区域的降温效果。

TBM掌子面附近机械设备多且功率大，机械自身产生的热量高，施工通风具有一定的降温作用，但受风机最大供风量及功率的影响，其降温长度是有限的，若仅采用加大通风量的方式，难以使掌子面附近温度得到有效控制，因此，要降低TBM掌子面附近温度，还须结合其他降温措施。

(2)洒水降温

TBM掘进时，为了降温除尘，可对刀盘进行洒水喷雾。根据现场情况，该隧道存在临近河流，有洒水降温水源可供利用，可直接用水泵将冷水输送至设在掌子面的空气冷却器，如图2所示。但当隧洞内湿度较高时，采取洒水等措施无法通过水蒸发吸热来降低隧洞内温度，同时，利用江水等天然冷源制冷具有较大的局限性，还需结合其他降温措施。

图2  空气冷却器

图3  制冷机组

2.2 TBM设备降温

(1)电气设备

不同的电气元器件有各自相应的允许工作环境温度，当超过允许温度时，部分元器件工作效率降低，需特殊设计或降容使用，如软启动器（一般40℃无降容，40~60℃降容使用)、断路器(一般40℃无降容，40~70℃降容使用)等；部分元器件无法在较高温度时使用，如CPU(一般60~70℃)、变频器(一般55℃)等。由此，施工时要及时检测相应元件的工作温度，必要时可在设备区域增设冰块降温，使TBM设备元件在其允许温度范围内工作。

(2)流体系统

常规主驱动密封允许温度-20-80℃，特殊设计后允许温度-20℃~100℃；常规菲驱动齿轮油停机温度为60℃，高地温环境可采用粘稠度高的齿轮润滑油；地温高于40℃时，对风冷变压器、风冷空压机、风冷电机等影响较大，需考虑降容或采用冷水及冰块降温。

TBM散热设计和部分电气、液压等系统需特殊考虑，加强设备冷却和散热能力，降低进水温度，根据水温情况必要时对隧道进水管进行隔热防护，或在TBM施工段落主要工作区域放置冰块，以便设备冷却水维持较低温度，避免TBM设备过热停机无法掘进。设备设计选型阶段根据环境条件进行针对性设计，提高设备的允许作业温度。

2.3 支护体系隔热

(1)结构形式

合理的衬砌支护结构与材料，可以有效的隔绝地热热源、减少热交换，保障洞内温度环境。对于实测地温未超过37℃的地段，可采用普通复合式衬砌结构形式；对于实测地温在37℃~50℃之间地段.宜采用复合式耐热衬砌结构；对实测地温超过50℃的地段，采用复合式隔热衬砌结构，考虑温度应力，衬砌采用加强配筋的钢筋混凝土材料，同时，控制衬砌一次浇筑长度，以减轻开裂现象。

(2)支护材料

喷射混凝土：通过在普通喷射混凝土材料中掺加掺和料替代部分水泥，掺加减水剂，降低水灰比等措施减小热害影响，包括使用高炉矿渣水泥、添加0.03%高效引气剂等。

二衬：采用添加高性能外加剂、复合掺和料.衬砌混凝土优选掺和粉煤灰(25%)

防水板：高地(水)热段落在岩热50℃以下时采用普通EVA防水板；50℃以上应采用耐热型复合防水板。

隔热层：隔热材料有硬质聚氨酯泡沫塑料＋干法硅酸铝纤维板和稀土隔热材料，三种材料各有优势，硬质聚氨酯泡沫塑料应用较多，目前正在开展隔热材料的深入研究。

2.4 其他

地温高于37℃时，隧道内工作人员需加强个人防护。个人防护包括冷却服等个人防护用品，空调休息室、供应清凉饮料等.合理安排施工组织，缩短当班工作人员时间，做好劳动卫生保障工作。

3）高水温TBM隧道施工应对措施

在全线地温预测中，该隧道地下温泉水温最高，并呈带状分布，TBM在施工过程中遭遇热水涌出的风险较大，应按照“防堵热水为主，引水排水结合”的原则进行防治。

可采取加强超前地质预报、注浆堵水和热水归管引排等措施，采用TBM配备的超前钻机等装置加强超前探水工作，根据水量和隧道坡度计算TBM关键部位被淹的抢险缓冲时间、对分散出水点采用局部径向注浆封堵，全断面散水采用全环径向注浆封堵，防止热水涌出：对集中服状热水设管引排采用隔热水管引排，以隔离热辐射、减少热水蒸汽而降温，同时设置加强的排水系统、统筹考虑隧道排水系统与TBM设备排水系统、如图4所示。还可设置应急排水泵，根据流量和扬程进行泵的选型、集水井设置及管路设计。

图4 应急排水泵

为了解决复杂艰险山区铁路TBM隧道施工中可能会遇到的高地温问题，本文在基于调研已有高地温隧道施工案例的基础上，结合某特长铁路隧道“岩热＋热水型”高地温具体分布情况，制定了复杂艰险山区铁路TBM隧道高岩热、高温热水的综合防治方案。

(1)复杂艰险山区铁路高岩热可从3个方面进行防治.可采用加强通风、洒水降温、冰块降温、人工制冷等降温技术进行隧道降温；可配备TBM冷却设备、人工制冰等进行TBM设备降温，设备元器件通过特殊设计或降容以减少因元器件受热损害导致TBM故障的频率；还可改变支护结构形式和材料，形成隧道支护隔热体系进行岩热防治。

(2)复杂艰险山区铁路高温热水的防治应按照“防堵为主，引水排水相结合”的原则进行防治，可采取超前预报、注浆堵水和热水归管引排等措施，同时采用钢瓦片挡护TBM施工，避免直射的涌喷水影响TBM正常作业。

(3)针对复杂艰险山区特长铁路隧道“岩热+ 热水型”地热，为节约经济、减少热害防控对施工进度的影响，应采取热害分级防控措施，按地温大小将隧道热害分为4个等级。当热害程度为I级时，加强通风、洒水即可满足现场施工要求；当热害程度为Ⅱ级时增加冰块局部降温等措施并要求人员做好个体防护，同时采用耐热衬砌防止结构破坏；当热害程度达到III级及以上时，增添机械制冷、TBM制冷降温等高强度降温措施，形成了一套复杂艰险山区铁路隧道系统的地热处理方案。

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知识点：复杂艰险山区铁路高地温 TBM 隧道施工应对措施研究