青藏铁路风火山隧道科技成就
按语
在青藏铁路建设的壮阔征程中，中铁二十局勇闯“生命禁区”，以非凡智慧与无畏担当，在风火山之巅铸就了世界高原冻土隧道建设的里程碑。面对高寒缺氧、复杂冻土、极端地质等世界性难题，他们打破西方“无法修建”的断言，建成全长1338米、轨面海拔4905米的“世界第一高隧”，不仅创造了无塌方、无伤亡、高原病零死亡的施工奇迹，更攻关34项科研课题、形成10项核心技术，填补了冻土隧道施工领域的多项空白——从世界海拔最高的制氧站到SDTK-100型高原隧道专用空调机组，从冰岩微振动光爆技术到冻土热棒温控体系，每一项突破都凝聚着建设者的创新汗水，最终摘得国家科技进步奖二等奖等重磅荣誉，将中国高原工程技术推向国际领先水平。
《中铁二十局风火山隧道施工技术难题及解决方案深度研究》的报告，是对风火山隧道建设经验的系统性梳理与深度复盘，兼具技术专业性与实践指导性。全文以“工程概况—难题分析—创新方案—成就意义”为脉络，既精准拆解了高寒缺氧环境下人员设备保障、冻土热熔控制、地热层穿越等五大核心难题，又详细阐述了制氧供氧系统、地质超前预报、混凝土温控集成等技术方案的原理与应用;既有具体参数支撑(如爆破振动速度控制在2-10cm/s、混凝土入模温度不低于5℃)，又有实操流程解读(如“弱爆破、快支护”施工原则、二级医疗保障网络建设)，更收录了设备改造、后勤供给、健康管理等全链条保障经验，堪称高原隧道施工的“技术宝典”。
转发此文，既是对中铁二十局“敢为人先、攻坚克难”精神的致敬，更旨在为后续高原工程建设提供借鉴。当前，川藏铁路、新藏公路等重大工程正稳步推进，风火山隧道积累的冻土保护、极端环境施工、风险防控等经验，已在兰新铁路祁连山隧道等项目中成功应用，其“科技创新+系统保障”的建设思路，对所有高原基建工程都具有重要指导意义。希望各单位认真学习研究其中的技术逻辑与管理智慧，将这份宝贵的“高原建设经验”转化为推动工程高质量发展的动力，为中国基建事业再添新功。
编者
2025年11月8日
中铁二十局风火山隧道
施工技术难题及解决方案深度研究
1. 工程概况与建设背景
1.1 风火山隧道基本情况
风火山隧道位于青藏高原腹地、昆仑山与唐古拉山之间的风火山上，是青藏铁路第七标段的重点控制性工程。该隧道全长1338米，轨面海拔4905米，山顶海拔高达5010米，是目前世界上海拔最高、冻土区最长的高原永久冻土隧道，被誉为"世界第一高隧"。
风火山隧道为单线铁路隧道，最大埋深100米，最小埋深仅8米，洞身全部位于永久冻土层以内。隧道设计为时速100公里，进出口分别设置35米和23米的明洞，采用斜切式明洞门设计。隧道穿越的地层地质主要为砂岩、泥岩，层状结构风化严重，全风化层厚度大于20米，地质条件极为复杂。
1.2 青藏铁路建设的技术挑战
青藏铁路格尔木至拉萨段全长1142公里，其中有550公里穿越连续多年冻土区，是世界上穿越冻土区最长的高原铁路。风火山隧道作为青藏铁路上的冻土隧道科研试验段，其建设面临着高寒缺氧、多年冻土、生态脆弱三大世界性工程难题。
在风火山地区，年均气温零下7摄氏度，寒季最低气温达零下41摄氏度，空气中氧气含量仅为平原地区的50%左右。隧道穿越的冻土层最厚达150米，地质主要为含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土、裂隙冰等病害性地质，挖掘出的弃渣几乎全是冰块，含土量仅有15%至20%。
西方媒体曾断言"中国人打不通风火山"，认为在这种极端地质条件下修建隧道是不可能完成的任务。然而，中铁二十局集团承担了这个世界第一高隧的施工任务，通过科技创新和技术攻关，最终创造了人类铁路建设史上的奇迹。
2. 五大技术难题深度分析
2.1 高寒缺氧环境挑战
2.1.1 高原反应对施工人员的影响
风火山隧道施工面临的首要难题是高寒缺氧环境对施工人员身体健康和工作效率的严重影响。隧道所在地海拔近5000米，空气稀薄，含氧量仅为内地的一半，氧气分压仅10.78Kpa。在这种极端环境下，施工人员普遍出现头痛、恶心、呼吸困难等高原反应症状，严重影响了施工进度和质量。
根据医学研究，在海拔4500米以上的高原环境中，人体的血氧饱和度会显著下降，劳动能力下降约40-50%。风火山隧道施工期间，300多名建设者需要在平均海拔4900米的环境中作业，面临着"生命禁区"的严峻考验。传统的施工方式在这种环境下几乎无法正常进行，必须采取特殊的技术措施和保障体系。
2.1.2 设备性能下降问题
高寒缺氧环境对施工机械设备的性能影响同样严重。在高原低气压、低氧环境下，内燃机功率下降，油耗增加，启动困难，热负荷升高。风火山隧道施工需要大量的机械设备，包括凿岩机、装载机、运输车辆等，这些设备在高原环境下普遍出现功率下降30-40%的情况，严重影响了施工效率。
同时，低温环境对设备的润滑系统、液压系统、电气系统都造成了严重影响。在零下30摄氏度的严寒中，润滑油粘度增加，液压油流动性降低，蓄电池容量下降，这些都导致设备故障率大幅上升，维修保养难度加大。
2.1.3 施工环境的极端恶劣性
风火山隧道位于可可西里"无人区"边缘，自然环境极其恶劣。年平均气温零下7摄氏度，寒季最低气温达零下41摄氏度，昼夜温差极大，最大可达30摄氏度以上。在这样的环境中，施工人员不仅要承受高原反应的折磨，还要抵御严寒和强风的侵袭。
施工期间，建设者们需要在零下30摄氏度的严寒中进行作业，确保混凝土浇筑后不会因冻胀而开裂。同时，高原地区紫外线强烈，气候多变，暴风雪、沙尘暴等极端天气频发，给施工带来了极大的不确定性和安全风险。
2.2 复杂地质条件挑战
2.2.1 含土冰层和饱冰冻土的处理
风火山隧道穿越的地层地质条件极其复杂，主要为含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土、裂隙冰等病害性地质。这些地质具有极高的含冰量，在隧道开挖过程中容易发生融化，导致围岩失稳和塌方。特别是在浅埋段，覆盖层最薄处仅有8米，施工稍有不慎就会导致大塌方。
含土冰层的特点是冰层中含有一定量的土颗粒，但整体强度较低，开挖后极易失稳。饱冰冻土则是指土颗粒间的孔隙完全被冰填充，在温度变化时会产生强烈的冻胀和融沉现象。这些地质条件给隧道开挖和支护带来了前所未有的挑战。
中铁二十局在施工中发现，风火山隧道炸出的不是土石，几乎全是冰碴子。这种特殊的地质条件要求施工方法必须进行根本性的创新，传统的隧道施工技术在此几乎无法应用。
2.2.2 地质构造的不稳定性
风火山隧道所在地区地质构造复杂，地震活动频繁，地质结构运动剧烈。隧道穿越的地层主要为砂岩、泥岩，层状结构风化严重，全风化层厚度大于20米。这种地质条件下，围岩稳定性极差，容易发生坍塌和滑坡。
特别是在裂隙冰地质段，由于冰的存在，岩体被分割成大小不等的碎块，在开挖过程中极易失稳坠落。同时，隧道还要穿越多条地质断层，这些断层带往往充满了冰水混合物，给施工带来了极大的安全隐患。
地质条件的复杂性还体现在不同地段地质条件的差异性上。有的地段是坚硬的冻岩，有的地段是松散的含土冰层，有的地段则是裂隙发育的破碎岩体。这种地质条件的多变性要求施工方案必须具有很强的适应性，能够根据不同的地质条件及时调整施工方法。
世界第一高隧
2.3 冻土施工技术挑战
2.3.1 冻土热熔控制难题
冻土施工的核心难题是如何在开挖过程中控制冻土的热融，避免因温度升高导致冻土融化而引起围岩失稳。风火山隧道的施工原则是"保护冻土、减少人为因素对冻土层的热扰动"。然而，在实际施工中，开挖、爆破、支护、混凝土浇筑等作业都会产生热量，对冻土造成热扰动。
施工过程中的热源主要包括：爆破产生的高温气体、机械设备运行产生的热量、混凝土水化热、施工人员和照明设备产生的热量等。这些热源如果不能有效控制，会导致隧道周围的冻土融化，形成融化圈，进而引起围岩变形、坍塌等问题。
为了控制冻土热熔，施工中需要将隧道内的温度严格控制在-5℃至5℃之间。这一温度范围的控制要求极高，温度过低会影响混凝土的正常凝固，温度过高则会导致冻土融化。因此，必须建立一套精确的温度控制系统，实时监测和调节隧道内的温度。
2.3.2 浅埋冻土隧道进洞技术
风火山隧道进出口均位于冻土区，进洞施工是整个工程的关键环节。浅埋冻土隧道进洞面临着覆盖层薄、地质条件差、热扰动敏感性强等难题。隧道进口段覆盖层最薄处仅有8米，在这样的条件下进洞，极易发生坍塌事故。
传统的隧道进洞方法在冻土环境下几乎无法应用。由于冻土的特殊性，不能采用大开挖的方式进洞，也不能采用常规的爆破方法。必须采用特殊的进洞技术，既要保证开挖面的稳定，又要最大限度地减少对冻土的扰动。
进洞施工的另一个难题是如何在冻土中形成稳定的开挖面。冻土在开挖后会迅速暴露在空气中，如果不能及时支护，会因温度升高而融化，导致围岩失稳。因此，进洞施工必须遵循"随开挖、随支护、早封闭、快衬砌"的原则。
2.3.3 冰岩光面爆破技术
在冻土环境下进行爆破作业是一项极具挑战性的技术难题。传统的爆破方法会产生大量的热量和振动，对冻土造成严重的热扰动和结构损伤。因此，必须研究适合冻土环境的光面爆破技术，既要保证爆破效果，又要最大限度地减少对冻土的影响。
风火山隧道采用了微振动光面爆破技术，通过精确控制爆破参数，将爆破振动速度控制在2-5cm/s(冻土边坡)和5-10cm/s(隧道掘进)范围内。同时，采用了盐水炮泥封堵炮孔的技术措施，利用盐水的低温特性降低爆破产生的高温气体温度，降温效果达到70%，远高于水介质的55%。
冰岩光面爆破的技术要点包括：采用小直径药卷、减少装药量、控制爆破段数、优化炮孔布置等。通过这些技术措施，成功解决了冻土爆破中的热扰动和振动控制难题，保证了隧道开挖的质量和安全。
2.4 温度控制技术挑战
2.4.1 地热层穿越的技术难题
风火山隧道在施工中还面临着穿越地热层的技术难题。隧道要穿越六条复杂的地热层，岩石散发出的热量使隧道内温度过高，给施工带来困难。地热层的存在打破了原有的地温平衡，使得隧道内的温度场分布变得极其复杂。
地热层的温度一般在20℃至40℃之间，局部地区甚至更高。在这样的高温环境中，冻土会迅速融化，导致围岩失稳。同时，高温环境也会影响混凝土的正常凝固，降低混凝土的强度和耐久性。因此，必须采取有效的降温措施，将隧道内的温度控制在适宜的范围内。
地热层穿越的技术难题还体现在温度的不均匀分布上。由于地热层的分布不规则，隧道内不同位置的温度差异很大，有的地段温度很高，有的地段温度很低。这种温度的不均匀分布给施工带来了极大的困难，需要采用不同的技术措施应对不同的温度环境。
2.4.2 混凝土施工温度控制
在高寒冻土环境下进行混凝土施工是风火山隧道建设的关键技术难题之一。混凝土施工的温度要求与冻土保护的温度要求存在着根本性的矛盾：混凝土施工需要正温环境(不低于5℃)才能正常凝固，而冻土保护要求低温环境(不高于5℃)以防止融化。
为了解决这一矛盾，施工中采用了综合的温度控制技术。首先，在洞门口安装了两台大型蒸汽锅炉，24小时集中供热，并建成了两座保温大棚，把拌合站、砂石料、施工用水全部放进保温大棚，使拌合站温度始终保持在10℃以上。其次，采用了加热水拌合混凝土的方法，确保混凝土入模时的温度不低于5℃。
同时，为了防止混凝土浇筑后受冻，采用了保温养护措施。在混凝土表面覆盖保温材料，并在隧道内设置了加热设备，使混凝土在凝固过程中保持适宜的温度。通过这些措施，成功解决了低温条件下混凝土施工的技术难题。
2.4.3 隧道内环境温度调控系统
为了精确控制隧道内的环境温度，中铁二十局研制了SDTK-100型高原隧道专用空调机组，使隧道内的温度控制在±5℃之间。这一温度控制系统采用了先进的自动控制技术，能够根据隧道内不同位置的温度变化自动调节制冷或制热。
温度调控系统的技术特点包括：采用了双制冷系统设计，确保在极端低温环境下仍能正常工作;配置了高精度的温度传感器，能够实时监测隧道内各部位的温度变化;建立了智能化的控制系统，能够根据施工需要自动调节温度。
在寒季施工时，采用SDTK-100型暖风机进行加热，保证隧道内空气温暖、新鲜。在暖季施工时，利用早晚及夜晚通风，避开高温时段，通过通风系统调节隧道内的温度。通过这套完善的温度调控系统，成功实现了隧道内温度的精确控制，为冻土保护和混凝土施工创造了良好的环境条件。
穿越高山
2.5 施工环境保障挑战
2.5.1 设备保障与维修体系
在高寒缺氧的极端环境下，施工设备的保障和维修是确保工程顺利进行的关键。风火山隧道施工共投入了400余台(套)一流的高原施工机械，实现了机械化作业。然而，这些设备在高原环境下面临着诸多挑战，必须建立完善的设备保障和维修体系。
设备保障体系的建立包括：首先，根据高原环境的特点，选择适合高原作业的设备型号，重点考虑设备的高原适应性、低温启动性能和可靠性。其次，建立了设备维修保养基地，配备了专业的维修人员和先进的维修设备，能够及时处理设备故障。
维修体系的特点是采用了预防性维修策略，定期对设备进行检查和保养，及时发现和排除故障隐患。同时，建立了设备故障应急处理机制，配备了应急维修队伍和备用设备，确保设备故障时能够快速恢复生产。通过这些措施，设备完好率达到了90%以上，保证了施工的连续性。
2.5.2 后勤供给与生活保障
风火山隧道位于可可西里"无人区"边缘，距离最近的城镇也有数百公里，后勤供给和生活保障面临着巨大的挑战。施工期间，需要为300多名施工人员提供生活物资、医疗保障、文化娱乐等全方位的服务。
后勤供给系统的建设包括：建立了大型物资储备仓库，储备了足够的粮食、饮用水、燃料等生活物资;建立了运输车队，定期从内地运输物资;建立了生活服务设施，包括食堂、宿舍、浴室等，为施工人员提供基本的生活保障。
生活保障方面，为施工人员提供了营养丰富的饮食，配备了充足的保暖衣物和防护用品。同时，建立了文化娱乐设施，丰富施工人员的业余生活，缓解工作压力。通过这些措施，确保了施工人员在极端环境下的基本生活需求得到满足。
2.5.3 医疗保障与健康管理
在高原"生命禁区"施工，医疗保障是确保施工人员生命安全的最重要保障措施。中铁二十局先后投入资金组建了拥有高压氧舱、B超等先进医疗设备的"工地医院"和9个基层工地卫生所，配备医护人员34名，形成了健全的二级卫生保障网络。
医疗保障体系的特点包括：建立了24小时值班制度，确保随时能够为患者提供医疗服务;配备了先进的医疗设备，能够进行常规检查和急救处理;建立了与内地医院的远程医疗系统，遇到危重病人时能够及时得到专家会诊;建立了高原病防治体系，定期对施工人员进行体检，及时发现和治疗高原病。
健康管理方面，制定了严格的作息制度，保证施工人员有充足的休息时间;建立了轮换制度，定期安排施工人员到低海拔地区休息;配备了充足的抗高原反应药物和氧气，确保施工人员的身体健康。通过这些措施，创造了参建职工和劳务人员无一人因高原病死亡的奇迹。
勇士风采
3. 技术创新与解决方案
3.1 高寒缺氧环境应对技术
3.1.1 高原制氧与供氧系统
针对高寒缺氧的严峻挑战，中铁二十局与北京科技大学等科研单位合作，研制建成了世界上海拔最高的风火山隧道制氧站。这套制氧系统采用了先进的变压吸附制氧技术，通过2000多组工况实验，在失败200多次后，终于攻克了高原低气压和昼夜温差大影响制氧系统的难题。
制氧站的技术参数达到了国际先进水平：每个制氧站每小时可产氧气20立方米，氧气纯度达到94%以上，氧气产量大于20m³/h，氧气浓度达到92%以上。风火山隧道共建设了3座制氧站，向隧道内进行弥漫式供氧，有效提高了隧道内的氧气含量。
供氧系统采用了创新的设计方案，包括隧道掌子面弥散式供氧和隧道氧吧车供氧两种方式。在隧道内安装了氧吧车，方便作业人员随时吸氧，解决了3000多名施工职工、民工施工、生活用氧难题。通过这套制氧供氧系统，使隧道内氧气含量达到了80%左右，工作人员仿佛在海拔3700多米的拉萨施工。
3.1.2 人员高原适应措施
为了提高施工人员的高原适应能力，项目建立了完善的高原适应措施体系。首先，对所有进高原的施工人员进行严格的体检，确保身体条件适合高原作业。其次，制定了循序渐进的高原适应计划，让施工人员逐步适应高原环境。
在施工过程中，坚持每日测量血氧饱和度，随身携带氧气瓶，确保施工人员的生命安全。同时，为施工人员配备了红景天、21金维他等高原保健药品，增强身体抵抗力。在海拔5000多米的地段，建设人员还需要背负5公斤的氧气瓶作业，工地宿舍内安装供氧管道，职工随时可以吸氧。
作业轮换制度是保障施工人员健康的重要措施。根据高原医学研究，在海拔4500米以上地区连续作业时间不宜超过4小时，因此制定了严格的作业轮换制度，确保施工人员有充足的休息时间。同时，定期安排施工人员到低海拔地区休息，缓解高原反应的影响。
3.1.3 设备高原适应性改造
针对设备在高原环境下性能下降的问题，中铁二十局对施工设备进行了全面的高原适应性改造。首先，对内燃机进行了增压改造，通过增加进气压力来补偿高原低气压的影响，使发动机功率恢复到平原地区的85%以上。
其次，对液压系统进行了改进，采用了低温液压油和保温措施，确保在低温环境下液压系统能够正常工作。对电气系统进行了优化，加强了绝缘和防护，提高了系统的可靠性。对润滑系统进行了改进，采用了适合高原低温环境的润滑油。
设备改造还包括对冷却系统的改进。由于高原空气稀薄，传统的冷却系统效率降低，因此加大了散热器的面积，提高了冷却风扇的转速，确保设备在高原环境下不会过热。通过这些改造措施，使施工设备在高原环境下的性能得到了显著提升，满足了施工需要。
3.2 地质条件复杂应对技术
3.2.1 地质超前预报与监测系统
为了应对复杂多变的地质条件，风火山隧道建立了完善的地质超前预报和监测系统。采用了地质雷达、超前钻探、TSP地震波探测等多种手段，对隧道前方的地质条件进行提前探测，为施工方案的制定提供科学依据。
监测系统包括对围岩变形、应力、温度、地下水等多个参数的实时监测。在隧道内布置了大量的监测点，通过传感器和数据采集系统，实时采集各种监测数据，并通过计算机系统进行分析处理。根据监测数据的变化趋势，及时调整施工方案，确保施工安全。
信息化施工管理是这套系统的核心特点。通过实时监测冻土层温度、围岩变形等数据，动态调整施工方案，确保施工安全。监测数据不仅用于指导当前的施工，还用于预测未来的变化趋势，为施工决策提供科学依据。通过这套系统，成功实现了对复杂地质条件的有效控制。
3.2.2 针对性支护技术创新
针对不同的地质条件，中铁二十局开发了一系列针对性的支护技术。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"的施工方法，使富冰冻土区段得以安全通过。
在裂隙冰地质段，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。这种方法的特点是快速封闭开挖面，防止裂隙冰暴露在空气中后融化导致围岩失稳。在融冻泥岩地质段，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"的方法，很快制止了融冻泥岩的塌落。
支护技术的创新还体现在材料和工艺的改进上。研制了低温早强抗冻复合型速凝剂，使喷砼在负温下迅速凝结硬化，达到抗冻临界强度。采用了湿喷混凝土技术替代传统的干喷技术，提高了混凝土的密实度和强度，同时减少了粉尘污染。
3.2.3 应急预案与风险控制
面对复杂多变的地质条件，建立完善的应急预案和风险控制体系至关重要。风火山隧道制定了详细的地质灾害应急预案，包括塌方、涌水、岩爆等各种可能发生的地质灾害，并针对每种灾害制定了相应的应急处置措施。
风险控制体系包括风险识别、风险评估、风险控制和风险监控四个环节。通过对施工过程中可能出现的各种风险进行全面识别和评估，制定相应的风险控制措施，并在施工过程中进行实时监控。一旦发现风险指标超过预警值，立即启动应急预案，采取有效措施控制风险。
应急保障体系的建设包括：建立了应急救援队伍，配备了专业的救援设备和工具;建立了应急物资储备库，储备了充足的应急物资;建立了与外界的通信联络系统，确保在紧急情况下能够及时得到外部支援;建立了应急演练制度，定期组织应急演练，提高应急处置能力。
科学施工
3.3 冻土施工技术突破
3.3.1 冻土热融控制技术
冻土热融控制是风火山隧道施工的核心技术难题，中铁二十局通过技术创新，成功开发了一套完整的冻土热融控制技术体系。首先，采用了"热棒技术"——在隧道周围插入导热管，把地下的热量导出，防止冻土融化。这种技术利用了热棒的单向导热特性，在夏季能够将地层中的热量导出，在冬季能够阻止热量传入，有效维护了冻土的热稳定性。
其次，建立了精确的温度监测和控制系统。在隧道周围布置了大量的温度传感器，实时监测冻土的温度变化。根据监测数据，通过调节通风量、控制施工热源等手段，精确控制隧道周围的温度场，确保冻土不发生融化。
保温隔热技术是冻土热融控制的重要组成部分。在隧道衬砌结构中设置了隔热层，采用高效的保温材料，减少隧道内外的热量交换。同时，在隧道底部设置了隔热层，防止地热对冻土的影响。通过这些措施，有效控制了冻土的热融，保证了隧道结构的稳定性。
3.3.2 浅埋冻土隧道进洞技术创新
浅埋冻土隧道进洞是整个工程的关键环节，中铁二十局开发了一系列创新技术。首先，采用了"预留核心土"的开挖技术，即在冻土层中预留部分核心土体，维持冻土的稳定性。这种方法的特点是在开挖过程中始终保持开挖面的稳定，避免因开挖导致的围岩失稳。
其次，采用了超短台阶施工方法，上、下断面平行开挖、支护，采用微震光面爆破开挖，减少对冻岩的扰动。在进口、出口Ⅴ级围岩地段，采用小导管超前支护，弧形导坑预留关键土法开挖，采用弱爆破开挖技术，炮眼深度不大于1.0m。
进洞施工还采用了特殊的支护措施。在含冰土层揭露后，立即铺设土工布进行临时防护，然后用粗颗粒土换填2.5m后，再喷20cm混凝土来防止冻土融化，保证顺利施工。通过这些技术措施，成功解决了浅埋冻土隧道进洞的技术难题。
3.3.3 冰岩光爆技术体系
风火山隧道建立了完整的冰岩光爆技术体系，这是冻土隧道施工技术的重大突破。光面爆破技术的核心是通过精确控制爆破参数，使爆破后的隧道轮廓线符合设计要求，同时最大限度地减少对围岩的损伤。
爆破参数的优化是这套技术的关键。通过大量的现场试验，确定了适合冻土环境的爆破参数：在冻土边坡中的最大爆破振动速度控制在2～5cm/s为宜，在隧道掘进中对围岩最大爆破振动速度控制在5～10cm/s为宜。采用了分段微差爆破技术，通过精确控制各段爆破的时间差，减少爆破振动的叠加效应。
盐水炮泥封堵技术是这项技术的重要创新。采用NaCl盐水炮泥封堵炮孔，达到降低工作面温度和降尘的效果。研究结果表明，水介质对爆生气体的降温效果为55%，而NaCl盐水介质对爆生气体的降温效果高达70%，降温效果十分显著。这项技术不仅解决了爆破过程中的热扰动问题，还起到了降尘的作用，改善了施工环境。
3.4 温度控制技术创新
3.4.1 地热层穿越技术方案
针对地热层穿越的技术难题，中铁二十局开发了综合的技术解决方案。首先，采用了超前地质预报技术，通过地质雷达、超前钻探等手段，提前探测地热层的分布情况，为施工方案的制定提供依据。根据地热层的温度分布和范围，制定相应的穿越方案。
降温技术是这套方案的核心。在穿越地热层时，采用了循环冷却水系统，通过在隧道周围布置冷却水管，循环输送冷水，降低围岩的温度。同时，采用了强制通风系统，通过大功率风机向隧道内输送冷空气，降低隧道内的温度。
隔热技术的应用也是重要措施。在隧道衬砌结构中设置了隔热层，采用耐高温的隔热材料，减少地热向隧道内传递。同时，在混凝土中添加了特殊的外加剂，提高混凝土的耐高温性能，确保混凝土在高温环境下仍能正常凝固和达到设计强度。
3.4.2 混凝土温控系统集成
风火山隧道建立了完整的混凝土温控系统，成功解决了低温条件下混凝土施工的技术难题。这套系统包括原材料加热、混凝土拌合、运输、浇筑、养护等全过程的温度控制。
在原材料加热方面，采用了蒸汽加热的方法，对砂石料和水进行加热。在洞门口安装了两台大型蒸汽锅炉，24小时集中供热，确保原材料的温度符合要求。同时，建成了两座保温大棚，把拌合站、砂石料、施工用水全部放进保温大棚，使拌合站温度始终保持在10℃以上。
混凝土拌合过程的温度控制尤为重要。采用了热水拌合的方法，确保混凝土出机温度不低于10℃。在运输过程中，采用了保温罐车运输，减少混凝土热量的损失。在浇筑过程中，对模板和钢筋进行预热，确保混凝土入模温度不低于5℃。
养护期间的温度控制是保证混凝土质量的关键。采用了综合养护措施，包括覆盖保温材料、设置加热设备、控制环境温度等。通过这些措施，确保混凝土在凝固过程中始终保持在适宜的温度范围内，保证了混凝土的强度和耐久性。
3.4.3 智能温控系统设计
风火山隧道的温控系统采用了智能化设计，实现了温度的自动监测和控制。这套系统包括温度传感器、数据采集器、控制器、执行机构等组成部分，形成了一个完整的闭环控制系统。
温度传感器采用了高精度的Pt100铂电阻传感器，具有精度高、稳定性好的特点。在隧道内不同位置布置了大量的传感器，实时采集温度数据。数据采集器将传感器采集的数据进行处理和转换，通过通信网络传输到中央控制器。
中央控制器采用了工业控制计算机，运行专门开发的温控软件。软件具有数据采集、处理、分析、控制等功能，能够根据预设的温度控制策略，自动调节各种控制设备，实现温度的精确控制。控制策略采用了模糊控制算法，能够根据温度变化的趋势和幅度，自动调整控制参数，提高控制精度。
执行机构包括空调机组、风机、加热设备等，根据控制器的指令进行相应的动作。通过这套智能化的温控系统，实现了隧道内温度的精确控制，温度控制精度达到±1℃，完全满足了施工要求。
二十局将士的精神风貌
3.5 施工保障体系建设
3.5.1 设备保障与维修体系
风火山隧道建立了完善的设备保障与维修体系，确保施工设备在极端环境下能够正常运行。设备保障体系的建设首先从设备选型开始，根据高原环境的特点，选择了适合高原作业的设备型号，重点考虑设备的高原适应性、可靠性和维修便利性。
设备配置方面，隧道进出口各配备了2台250GF型移动式发电机组(250KW)和1台HDV325型移动式发电机组(264KW)，确保施工用电需求。空压机方面，配备了3台750HH型美国寿力移动式空压机，公称容积流量为21.2 m³/min，满足了隧道施工的用风需求。
维修体系的建设包括：建立了设备维修基地，配备了专业的维修人员和先进的维修设备;制定了详细的设备维修保养计划，定期对设备进行检查、保养和维修;建立了设备档案，记录设备的使用、维修、保养等情况;建立了设备故障预警系统，通过监测设备的运行参数，及时发现潜在的故障隐患。
应急保障措施也很完善，配备了备用设备，确保在设备故障时能够及时替换;建立了设备配件储备库，储备了充足的易损件和关键配件;建立了与设备厂家的技术支持体系，遇到复杂故障时能够得到厂家的技术支持。
3.5.2 后勤供给系统优化
风火山隧道的后勤供给系统经过精心设计和优化，确保能够满足300多名施工人员在极端环境下的生活需求。供给系统的建设包括物资采购、运输、储存、分发等各个环节的优化。
物资采购方面，建立了与内地供应商的长期合作关系，确保物资的质量和供应的及时性。制定了详细的物资需求计划，根据施工进度和人员数量，提前计算各种物资的需求量。在采购过程中，特别注意物资的质量，确保能够适应高原环境的特殊要求。
运输系统的建设是后勤保障的关键。建立了专业的运输车队，配备了适合高原运输的车辆，并对驾驶员进行了专门的高原驾驶培训。制定了详细的运输计划，根据施工需要和路况条件，合理安排运输时间和路线。在冬季和恶劣天气条件下，制定了特殊的运输方案，确保运输安全。
储存系统采用了分类储存的方式，建立了食品仓库、生活用品仓库、燃料仓库等，对不同类型的物资进行分类储存。仓库采用了保温设计，确保物资在储存过程中不受低温影响。同时，建立了物资管理信息系统，实时掌握各种物资的库存情况，及时进行补充。
3.5.3 医疗保障体系完善
风火山隧道建立了完善的医疗保障体系，这是确保施工人员生命安全的最重要保障措施。医疗保障体系采用了二级医疗保障网络的设计，包括1个"工地医院"和9个基层工地卫生所，配备医护人员34名。
"工地医院"配备了高压氧舱、B超、心电图机、X光机等先进的医疗设备，能够进行常规检查和急救处理。医院设置了病房、手术室、治疗室等功能科室，能够满足一般疾病的治疗需求。同时，建立了与内地医院的远程医疗系统，遇到危重病人时能够及时得到专家会诊和治疗指导。
基层卫生所分布在各个施工区域，主要负责日常的医疗服务和急救处理。卫生所配备了基本的医疗设备和常用药品，能够处理常见的伤病。医护人员实行24小时值班制度，确保随时能够为患者提供医疗服务。
高原病防治是医疗保障体系的重点。建立了高原病防治体系，定期对施工人员进行体检，及时发现和治疗高原病。制定了高原病应急预案，对急性高原病、高原肺水肿、高原脑水肿等危重病症制定了详细的救治方案。配备了充足的抗高原反应药物和氧气，确保能够及时救治高原病患者。
健康管理方面，建立了施工人员健康档案，记录每个人的健康状况和疾病史;制定了健康检查制度，定期对施工人员进行体检;建立了健康宣教制度，定期开展健康知识讲座，提高施工人员的健康意识;制定了作息制度，保证施工人员有充足的休息时间。
隧道中的弥散式供氧
4. 工程成就与历史意义
4.1 关键技术指标与创新记录
风火山隧道的建设创造了多项世界纪录和技术指标。隧道全长1338米，轨面海拔4905米，是世界海拔最高的铁路隧道，这一纪录已被载入《吉尼斯世界纪录大全》。隧道全部位于永久冻土层内，穿越的冻土层最厚达150米，覆盖层最薄处仅8米，是世界上穿越冻土区最长的高原永久冻土隧道。
在技术创新方面，风火山隧道取得了一系列重大突破。中铁二十局攻关34项科研课题，形成10项核心技术，填补了冻土隧道施工技术空白。这些技术创新包括：建成世界海拔最高的制氧站，氧气纯度达到94%以上;研制出SDTK-100型高原隧道专用空调机组，实现了隧道内温度的精确控制;首次研究了高原多年富冰冻土、冻岩条件下隧道湿喷混凝土施工技术;首次采用"防水板+隔热层+防水保护层"的防水保温结构形式等。
施工过程中创造的技术记录还包括：创造了没有塌方、没有伤亡的安全纪录;提前10个月完成施工任务;建成了当今世界上海拔最高的铁路隧道;创造了参建职工和劳务人员无一人因高原病死亡的奇迹。这些成就充分展示了中国在高原冻土隧道建设领域的技术实力。
4.2 科技奖项与荣誉认可
风火山隧道工程获得了广泛的社会认可和多项重要奖项。2005年，"世界第一高隧—青藏铁路多年冻土带风火山隧道施工技术"获国家科学技术进步奖二等奖。此外，还获得了青海省科技进步奖一等奖、财政部科学技术二等奖、詹天佑大奖等多项省部级和国家级奖项。
在社会影响方面，风火山隧道被评为"2002年中国公众关注的十大科技事件"和"2002年中国十大高校科技进展"。这充分说明了风火山隧道建设的重要意义和社会影响力。2004年，风火山隧道以"世界海拔最高的铁路隧道"入选吉尼斯世界纪录，经过两年多的公示和相关机构人员严格的审查，最终获得吉尼斯世界纪录认证。
这些奖项和荣誉的获得，不仅是对风火山隧道建设成就的肯定，更是对中国高原冻土隧道建设技术水平的认可。风火山隧道的成功建设，标志着中国在高原冻土隧道建设领域已经达到了世界领先水平。
4.3 世界高原冻土隧道建设史上的地位
风火山隧道在世界高原冻土隧道建设史上具有里程碑式的意义。它是世界上在高原多年冻土层这一特殊围岩环境条件下修建的最高海拔的隧道工程。在风火山隧道建设之前，西方专家曾断言"青藏铁路过不了风火山"，认为在这种极端地质条件下修建隧道是不可能的任务。
风火山隧道的成功建设彻底打破了这一预言，向世界证明了中国在高原冻土隧道建设领域的技术实力。该隧道的建设成功，使世界海拔最高的多年冻土隧道不渗不漏，成为精品工程，创造了人类铁路建设史上的奇迹。
在技术发展史上，风火山隧道的建设成功标志着中国冻土工程技术达到国际先进水平。风火山厚层地下冰试验路基的成功建设，验证了"保护冻土"设计思想的科学性，为后续工程奠定了理论与实践基础。风火山隧道和清水河试验段等试验工程的成功实践，标志着中国冻土工程技术达到国际水平。
4.4 对后续工程的指导意义
风火山隧道的建设经验对后续高原工程建设具有重要的指导意义。作为青藏铁路试验段阶段，风火山隧道率先总结出了成套的高原冻土隧道施工技术，对青藏铁路的全面开工及顺利修建具有较大的指导意义。总结的关键技术成果，与青藏铁路的隧道、桥梁、涵洞、路基等工程施工有非常密切的联系，具有很好的推广应用前景。
在技术传承方面，风火山隧道的技术成果已经在后续工程中得到了广泛应用。例如，在兰新铁路第二双线祁连山隧道施工中，中铁二十局应用了风火山隧道的技术经验，成功解决了"碎屑流"及"极高地应力"等世界级施工技术难题。在川藏铁路、新藏公路等后续高原工程中，风火山隧道的技术经验也发挥了重要作用。
风火山隧道的建设还培养了一批高原隧道建设的专业人才。项目负责人任少强从一名一线技术员成长为中国铁建"首席专家"、北京交通大学博士、"百千万人才工程"国家级人选，享受国务院政府特殊津贴。这些人才成为了中国高原工程建设的中坚力量，为后续工程的建设提供了人才保障。
施工人员在氧吧内吸氧
5. 经验总结与技术传承
5.1 技术创新点与专利成果
风火山隧道建设过程中产生了大量的技术创新点和专利成果。在制氧供氧技术方面，开发了高海拔变压吸附制氧技术，研制成功了当时世界上海拔最高的风火山隧道制氧站，氧气浓度达到92%以上。这项技术填补了世界高海拔制氧技术的空白，获2008年国家科技进步特等奖，成果推广应用至青藏铁路建设全线，创造了15万建设大军高原病零死亡的世界奇迹。
在温度控制技术方面，研制了SDTK-100型高原隧道专用空调机组，实现了隧道内温度在±5℃之间的精确控制。这项技术解决了冻土保护与混凝土施工温度要求之间的矛盾，是冻土隧道施工技术的重大突破。
在混凝土施工技术方面，首次研究了高原多年富冰冻土、冻岩条件下隧道湿喷混凝土施工技术，研制了低温早强抗冻复合型速凝剂。这项技术使喷砼在负温下迅速凝结硬化，达到抗冻临界强度，解决了冻土隧道喷射混凝土的技术难题。
在防水保温技术方面，首次采用"防水板+隔热层+防水保护层"的防水保温结构形式，沿隧道全长全断面铺设，形成隧道二次衬砌完全和地层隔离。总结了防水、保温复合结构的"无钉法铺设"新工艺，确保风火山隧道不渗、不漏。
在爆破技术方面，首次采用盐水水炮泥封堵炮孔的技术措施，达到降低工作面温度和降尘的效果。这项技术的降温效果达到70%，远高于传统水介质的55%，是爆破技术的重要创新。
5.2 关键决策点与风险控制
风火山隧道建设过程中有几个关键决策点对工程的成功起到了决定性作用。首先是制氧站建设的决策。面对严重的高原反应问题，项目团队果断决定建设世界上海拔最高的制氧站，这一决策彻底解决了施工人员的高原反应问题，为工程的顺利进行奠定了基础。
其次是温度控制系统的研制决策。面对冻土保护与混凝土施工的温度矛盾，项目团队决定研制专门的高原隧道空调机组，这一决策成功解决了温度控制的技术难题。
在施工方法的选择上，项目团队做出了多项重要决策。例如，采用"弱爆破，快支护、快初衬"的施工方法，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等。这些决策都是在充分研究地质条件和施工经验的基础上做出的，实践证明这些决策是正确的。
风险控制方面，项目建立了完善的风险识别、评估和控制体系。通过对施工过程中可能出现的各种风险进行全面分析，制定了相应的风险控制措施。特别是在地质风险控制方面，通过地质超前预报和实时监测，及时发现和处理各种地质风险，确保了施工安全。
5.3 管理经验与组织模式
风火山隧道建设形成了一套适合高原环境的项目管理经验和组织模式。在组织架构方面，建立了高效的项目管理体系，实行局指挥部统一领导下的施工队负责制。局指挥部由一名副指挥长主管隧道施工，下设风火山隧道施工队，施工队下辖两个分队，分别担负隧道进口段(605m)、出口段(580m)施工。
在人员配置方面，风火山隧道队配备施工人员、管理人员358人，其中一分队、二分队各安排159人，队部管理人员40人。这种配置既保证了施工的需要，又避免了人员过多带来的管理困难。
在施工组织方面，采用了两边同时向前掘进的施工方法，配备两套施工机械设备，分别由隧道进口队、隧道出口队施工。这种施工组织方式提高了施工效率，缩短了工期。
在技术管理方面，建立了科技创新管理小组和技术攻关小组，由项目负责人担任组长，组织技术人员开展技术攻关。通过与高等院校、科研单位的合作，充分利用外部技术资源，加快了技术创新的步伐。
在质量管理方面，贯彻"开工必优、一次成优、全面创优"的方针，工程一次验收合格率达到100%，优良率达到90%以上，减少了质量通病，未发生一起等级安全责任事故。
5.4 对中国高原工程建设的贡献
风火山隧道的成功建设对中国高原工程建设做出了重要贡献。
首先，它确立了中国在世界高原冻土隧道建设领域的领先地位。风火山隧道的技术成果综合鉴定为国际领先水平，其中"风火山成功破解冻土技术"、"风火山隧道制氧与供氧系统研究"两项课题分别被评为"2002年中国公众关注的十大科技事件"和"2002年中国十大高校科技进展"。
其次，风火山隧道的建设为中国培养了一批高原工程建设的专业人才。项目团队中的许多技术人员后来成为了中国高原工程建设的骨干力量，参与了川藏铁路、新藏公路等重大工程的建设。
第三，风火山隧道的技术成果为后续工程提供了宝贵的经验。例如，在川藏铁路建设中，许多技术方案都借鉴了风火山隧道的成功经验。在高原铁路、公路、水利等工程建设中，风火山隧道的技术成果都得到了广泛应用。
最后，风火山隧道的建设展现了中国工程建设者的创新精神和拼搏精神。面对"生命禁区"的严峻挑战，建设者们没有退缩，而是通过科技创新和艰苦奋斗，创造了人类工程建设史上的奇迹。这种精神成为了中国工程建设的宝贵财富，激励着一代又一代的工程建设者。
中铁一局铺架队成功穿越风火山隧道
北京交通大学谭忠盛教授与工作团队
风火山隧道的成功建设，不仅是中国工程建设史上的一座丰碑，更是人类征服自然、改造自然的伟大壮举。它向世界证明了中国人民有志气、有能力建设世界一流的工程，为人类的工程建设事业做出了重要贡献。其技术突破与建设经验不仅彰显了中铁二十局的硬核实力，更填补了行业技术空白，为后续川藏铁路、新藏公路等高原重大工程提供了宝贵的 “中国方案”。
(注：文档部分内容由 AI 生成)
通车庆典
编辑：开门见喜
