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风火山隧道是青藏铁路的铁路隧道,位于青藏高原可可西里无人区边缘,穿越风火山。隧道全长1338米,轨道面海拔4905米,是目前世界上海拔最高的隧道,也是世界上海拔最高的高原冻土隧道。[3]该隧道属于青藏铁路工程第七标段,由中国铁道建筑总公司属下的中铁二十局承建,于2006年7月正式通车。[2]
风火山隧道位于海拔近5千米的高原冻土,施工面对不少难题。首先是气候环境极为恶劣,年均气温零下7℃、最低气温可达零下41℃。空气含氧量只有海平面的一半,氧气气压只有10.87千帕,比人类生存极限11千帕还要低。[4]为解决氧气不足,隧道内实施弥漫式供氧,并于隧道两端各建设一个大型制氧站,以输氧管道把氧气直接送入隧道,令空气含氧量增加至近似格尔木地区的水平。[5]隧道内则装设流动氧吧车,工程人员休息时可以坐在车内吸氧,解除疲劳。[1]
风火山一带地质结构复杂,主要为含土冰层、富冰冻土、饱冰冻土,还有裂隙冰、融冻泥岩。冻土中的含土量不足20%,其馀均为冰体(一般冻土含土量由50%至90%不等)。[4][6]隧道经过的冻土厚达150米、相当于一座横亘的冰山。[3]冰体对工程所造成的温度变化比较敏感,遇热即溶,冻结时膨胀,严重者可导致大面积塌方,对工程造成危害。为避免塌方,工程人员采用“被筒爆破法”,每次爆破后都迅速向掌子面(钻挖面)输送冷风,防止富冰冻土遇到爆破热力而融化。同时对混凝土进行支护,确保周围岩石稳定,也快速提高混凝土强度。[1]
隧道工程掘进222米后,有一段长296米的浅埋地段。工程人员采用“浅埋暗挖法”,在相当接近地表的地底进行地下钻挖施工。[7]当时隧道拱顶2.5米范围内全是富冰和饱冰冻土,周围的岩石温度约为2至5℃,裂隙冰开始融化,并形成融化圈。为避免融化圈范围扩大,造成大面积塌方,工程人员在挖掘的时候对隧道壁进行温度探测及围岩监测,掌握隧道内各位置不同时间的温度变化,并控制温度至熔点以下。经过三天的试验性温度监控,工程人员制定了名为“弱爆破、短进尺、严控温、强支护、预留核心土”的施工方案,并在近六十天的试验性施工取得良好效果。[1]
已浇筑的混凝土需采取适当的养护,控制混凝土的入模温度及湿度,以获得预定的力学性能。[8]可是高原环境的低温并不适合混凝土养护。工程人员初时在隧道内用炉加热,不但未能有效提升温度,反而造成隧道内空气污染,影响人员健康。后来改用暖风机,效果仍然未如理想。为此,中铁二十局与石家庄铁道学院开发了大型隧道专用空调通风机,直接把冷气输送到掌子面,控制掌子面温度在正负5℃之间。同时在隧道口设立“拌合站”,装设两台高压蒸气锅炉,两座保温棚,24小时集中供热,确保拌合站温度保持在10℃以上,使混凝土入模温度不低于5℃。另一方面利用暖气管道输送热量,以“蒸汽养生法”控制混凝土养生温度。[3][1]
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