導(dǎo)語：公路隧道豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方案一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：城開特長(zhǎng)公路隧道擬采用三區(qū)段縱向式送排風(fēng)方案，開縣端設(shè)置為送排風(fēng)豎井。細(xì)致闡述了豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，尤其是對(duì)鎖口圈及交叉口部位的設(shè)計(jì)。同時(shí)，介紹了本隧道豎井采用的施工方案，以及各復(fù)雜部位的施工注意事項(xiàng)。最后得出以下結(jié)論：①豎井鎖口圈及交叉口部位宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；②通風(fēng)聯(lián)絡(luò)道與隧道主洞交疊部位間距不宜小于5m；③結(jié)合豎井地質(zhì)情況、水文條件、井口場(chǎng)地、運(yùn)輸條件、技術(shù)設(shè)備及工期要求等選擇合理的施工方案。

關(guān)鍵詞：豎井;通風(fēng)聯(lián)絡(luò)道;鎖口圈;交叉口

近年來在國(guó)家戰(zhàn)略交通先行的背景下，我國(guó)交通投資、建設(shè)規(guī)模持續(xù)攀升。崇山峻嶺之間建設(shè)高速公路，需要修建越來越多的特長(zhǎng)隧道，長(zhǎng)度甚至超過10km。為滿足運(yùn)營(yíng)通風(fēng)及防災(zāi)救援通風(fēng)要求，5km以上公路隧道需于隧道洞身段設(shè)置豎井或斜井形成分段縱向式通風(fēng)。豎井作為一種特殊的、有別于常規(guī)隧道的豎向地下結(jié)構(gòu)型式，無論從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是施工技術(shù)，均需要根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行分析研究。雖然，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和建設(shè)者對(duì)豎井設(shè)計(jì)及施工開展了大量的研究，但由于每個(gè)工程項(xiàng)目有其自身的特點(diǎn)和要求，施工設(shè)備也在不斷提升和改進(jìn)，施工水平也在持續(xù)進(jìn)步，因而，豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工相關(guān)的研究對(duì)于高速公路建設(shè)仍具有重要的指導(dǎo)意義。

1工程概況

城開特長(zhǎng)隧道是銀川至百色國(guó)家高速公路重慶開縣至城口(渝陜界)段高速公路重大控制性工程之一，左線隧道起訖樁號(hào)為ZK71+781~ZK83+270m，長(zhǎng)11489m；右線隧道起訖樁號(hào)為K71+778~K83+234m，長(zhǎng)11456m，最大埋深約為1366m；隧道采用三區(qū)段縱向式送排風(fēng)方案，城口端通風(fēng)斜井長(zhǎng)791m（平長(zhǎng)），坡度22.3°。開縣端送風(fēng)豎井長(zhǎng)303.6m，排風(fēng)豎井長(zhǎng)303m。綜合考慮隧道通風(fēng)、地質(zhì)條件、路線布置、豎井施工等多方面的因素，確定豎井通風(fēng)系統(tǒng)的平面總體布置情況見圖1。豎井井位屬于構(gòu)造剝蝕中高山地貌，地形坡度較平緩，一般地形坡度15°~30°，局部地段呈陡坎狀。上覆全新統(tǒng)崩坡積層（Q4col+dl），厚度約為3.5m，下伏基巖為志留系下統(tǒng)新灘組+羅惹坪組（S1x+l）砂質(zhì)頁巖。豎井圍巖級(jí)別除洞口30m為Ⅴ級(jí)外，其余段均為Ⅳ級(jí)。綜合地下徑流模數(shù)法和大氣降水滲入法，豎井平水期涌水量預(yù)測(cè)值為1005m3/d，豐水期涌水量預(yù)測(cè)值為3015m3/d。

2豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案研究

2.1豎井、聯(lián)絡(luò)風(fēng)道、送排風(fēng)口內(nèi)輪廓。豎井、聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的面積是根據(jù)通風(fēng)計(jì)算確定的經(jīng)濟(jì)斷面（豎井內(nèi)凈空參數(shù)見表1），結(jié)合圍巖條件和各結(jié)構(gòu)開挖斷面大小，豎井采用圓形結(jié)構(gòu)(送風(fēng)井內(nèi)徑為8.4m，排風(fēng)井內(nèi)徑為7m)，聯(lián)絡(luò)風(fēng)道采用直邊墻結(jié)構(gòu)。通風(fēng)聯(lián)絡(luò)道排風(fēng)口與隧道正洞垂直，受排風(fēng)口風(fēng)速的限制，排風(fēng)口面積滿足風(fēng)速v<8m/s的要求；面積為37.84m2。排風(fēng)口跨度比較大，風(fēng)道與隧道相接處，襯砌結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，結(jié)合本隧道排風(fēng)口的圍巖情況，采用直墻+半圓拱的拱形結(jié)構(gòu)。通風(fēng)聯(lián)絡(luò)道送風(fēng)口設(shè)在正洞的頂部。隧道左洞利用正洞建筑限界外的上部空間，設(shè)置長(zhǎng)度20m和厚度30cm鋼筋混凝土隔板的送風(fēng)口，送風(fēng)口面積滿足風(fēng)速v=25~30m/s的要求，豎井左線豎井送風(fēng)口面積14.42m2；豎井右線豎井送風(fēng)口面積9.25m2；風(fēng)道拐角處設(shè)置導(dǎo)流板，減小風(fēng)阻。豎井通風(fēng)系統(tǒng)三維視圖見圖2。2.2豎井結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)。目前豎井結(jié)構(gòu)的支護(hù)參數(shù)確定主要采用經(jīng)驗(yàn)類比法。其圍巖壓力計(jì)算時(shí)基本假定為豎井周圍每層巖層受破壞時(shí)出現(xiàn)滑動(dòng)棱柱體，將其上的覆蓋層視為作用于破壞棱柱體上的均布荷載（即秦氏豎井圍巖壓力）。按新奧法原理進(jìn)行洞室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即以系統(tǒng)錨桿、噴砼、鋼筋網(wǎng)、鋼架組成初期支護(hù)與二次襯砌鋼筋砼相結(jié)合的復(fù)合襯砌形式：根據(jù)工程類比并結(jié)合結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果擬定豎井、聯(lián)絡(luò)風(fēng)道襯砌支護(hù)參數(shù)，見表2。2.3鎖口圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。井口鎖口圈類似隧道洞門，是防止井口坍塌、落石，保證施工安全的重要結(jié)構(gòu)[1]。結(jié)合豎井口地形及地質(zhì)情況，井口處設(shè)置8m高鋼筋混凝土鎖口圈（見圖3），厚度為80cm。并參照《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》公式（20.2.4-1）~式（20.2.4-6）計(jì)算鎖口圈井壁內(nèi)的軸力及彎矩[2]，并進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及配筋計(jì)算。于鎖口圈底部設(shè)置壁座。鎖口圈高出周圍地面至少1m，避免施工期間地表水流入及異物墜入，同時(shí)，于周邊設(shè)置截水溝。2.4交叉口部位及交疊部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。豎井系統(tǒng)主要有3種交叉口部位：聯(lián)絡(luò)風(fēng)道與豎井交叉口(見圖4)、排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道與隧道主洞交叉口(見圖5)及送風(fēng)聯(lián)絡(luò)道與隧道主洞交叉口(見圖6)。交叉口部位是水平結(jié)構(gòu)和豎向結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)，結(jié)構(gòu)特殊，受力復(fù)雜[1]。其設(shè)計(jì)原則為：（1）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全合理：合理進(jìn)行空間布局，減少各部位間相關(guān)干擾，并根據(jù)工程類比法及必要的計(jì)算進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）過渡順暢，利于通風(fēng)，便于施工：風(fēng)道內(nèi)截面突變引起局部風(fēng)阻，因此，交叉口處應(yīng)設(shè)置過渡段，降低風(fēng)阻的同時(shí)，也方便了施工。聯(lián)絡(luò)風(fēng)道與主洞交疊部位(見圖7)需結(jié)合該處地質(zhì)情況及高程關(guān)系綜合確定兩者間距。為確保結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定及降低施工相互干擾，綜合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，建議兩者間距小于5m。2.5豎井防排水設(shè)計(jì)方案。（1）防水設(shè)計(jì)：豎井防水體系不同于隧道正洞，可不設(shè)置防水層，主要通過周邊圍巖的注漿止水及二次襯砌結(jié)構(gòu)自防水實(shí)現(xiàn)。不設(shè)置變形縫。施工縫采用中埋式橡膠止水帶和背貼式止水帶防水。（2）排水設(shè)計(jì)：豎井襯砌背后豎向設(shè)置四道Φ100HDPE雙壁打孔波紋管（外裹無紡布），將豎井水引入聯(lián)絡(luò)風(fēng)道縱向邊溝內(nèi)。其余各襯砌左右邊墻背后設(shè)置Φ100HDPE雙壁打孔波紋管（外裹無紡布）各一道，其縱坡與風(fēng)道縱坡一致。排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道襯砌兩側(cè)設(shè)置縱向邊溝，接入正洞中心水溝內(nèi)。（3）施工期間排水：豎井的開挖，每100m左右在豎井井壁上設(shè)置臨時(shí)儲(chǔ)水洞一處，用于放置水泵及轉(zhuǎn)運(yùn)水箱，儲(chǔ)水洞的設(shè)置間距及大小可根據(jù)水泵揚(yáng)程等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，豎井施工期間排水采用水泵逐級(jí)提取。豎井施工完成后采用C15砼對(duì)儲(chǔ)水洞進(jìn)行回填。

3豎井施工方案研究

3.1目前常用的豎井施工方法。根據(jù)國(guó)內(nèi)外煤炭、冶金及水利水電等行業(yè)在豎井施工方面的經(jīng)驗(yàn)，目前豎井的基本施工方法可按照隧道主洞與豎井建成的先后進(jìn)行選擇:正井法及反井法。正井法：從井口開始全斷面開挖，自上而下施工，井筒開挖一次鑿巖爆破成型，采用抓巖機(jī)裝渣，采用吊桶提升運(yùn)輸洞渣和材料，出渣完成后施作初期支護(hù)和二次襯砌。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，可提前開工。缺點(diǎn)：出渣及排水困難、需機(jī)械通風(fēng)、工期一般較長(zhǎng)、安全性相對(duì)較差等。反井法：先開挖用于溜渣的導(dǎo)洞，然后再用傳統(tǒng)的鉆爆法自上而下擴(kuò)挖成井[3]。優(yōu)點(diǎn)：施工場(chǎng)地小，施工設(shè)備相對(duì)較少，總費(fèi)用低、工期短、安全性好、導(dǎo)井有利于出渣、排水及通風(fēng)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)：需要主洞施工至豎井處才能開始豎井施工；該法視鉆井設(shè)備的技術(shù)參數(shù)對(duì)井深有一定的限制[4]。3.2本項(xiàng)目擬采用的施工方案。（1）豎井總體施工方案：結(jié)合豎井地質(zhì)情況、水文條件、井口場(chǎng)地、運(yùn)輸條件、技術(shù)設(shè)備及工期要求等，本隧道豎井施工擬采用正井法。洞口搭設(shè)提升絞架，使用罐籠垂直提升運(yùn)輸洞渣及其他材料，自上而下豎向鉆爆施工。豎井施工通風(fēng)采用壓入式通風(fēng)，保障井下作業(yè)面充分通風(fēng)，必要時(shí)為作業(yè)人員配備氧氣袋。豎井鋼筋混凝土襯砌應(yīng)優(yōu)先采用一體化液壓滑動(dòng)模板或滑框倒模工藝，由下至上施工，斷面形狀不規(guī)則段可采用小模板拼裝。豎井排水采用揚(yáng)程不小于100m的水泵逐級(jí)提升至洞外，隨開挖深度的加深每100m左右在豎井壁設(shè)置臨時(shí)儲(chǔ)水洞作為抽水轉(zhuǎn)運(yùn)使用。（2）聯(lián)絡(luò)風(fēng)道上跨正洞或其他聯(lián)絡(luò)風(fēng)道時(shí)，施工順序?yàn)椋孩傧仁┕ふ春拖虏柯?lián)絡(luò)風(fēng)道；②再施工上跨聯(lián)絡(luò)風(fēng)道。當(dāng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道底部距離初期支護(hù)距離較近時(shí)，應(yīng)采用控制爆破（必要時(shí)采用非爆破開挖），并應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。（3）交叉口部位的施工順序均要在先期實(shí)施洞室的二次襯砌施工完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再實(shí)施下一洞室，不同聯(lián)絡(luò)風(fēng)道不能同時(shí)施工，并采用控制爆破，后施工聯(lián)絡(luò)風(fēng)道爆破開挖時(shí)，中巖墻靠近先行聯(lián)絡(luò)風(fēng)道一側(cè)直墻中間部位的最大震動(dòng)速度不超過15cm/s，并加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。（4）豎井中隔板作為分開風(fēng)道的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為30cm，其水平筋與襯砌預(yù)留鋼筋焊接，中隔板和二次襯砌采用一體化液壓模板由下至上一次成型施工技術(shù)，使中隔板自身重力全部作用在豎井井壁上。3.3豎井施工安全。（1）豎井口施工時(shí)應(yīng)盡快完成鎖口圈二次襯砌澆筑，保證豎井口施工安全。（2）豎井運(yùn)輸時(shí)，井口、井下及提升機(jī)房處均應(yīng)明確統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)，有條件時(shí)在相應(yīng)點(diǎn)實(shí)行視頻監(jiān)控。提升、下放、停止等，均應(yīng)有簡(jiǎn)明、易記的色燈信號(hào)并有相應(yīng)的音頻信號(hào)支持。（3）應(yīng)設(shè)有安全防護(hù)設(shè)施和檢查步梯或爬梯，施工階段井筒內(nèi)應(yīng)設(shè)安全步梯。豎井還應(yīng)設(shè)置可靠的防墜器。（4）提升設(shè)備操作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，經(jīng)考試合格取得合格證書后，方可從事本項(xiàng)工作。司機(jī)上崗前，應(yīng)認(rèn)真閱讀提升機(jī)操作使用說明書及注意事項(xiàng)等，熟練掌握操作要領(lǐng)，嚴(yán)格操作規(guī)程。（5）提升機(jī)各系統(tǒng)必須定期按使用說明書的有關(guān)條文進(jìn)行維修保養(yǎng)，嚴(yán)禁帶故障、超負(fù)荷運(yùn)行。

4結(jié)論與建議

豎井通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工均較為復(fù)雜，本隧道設(shè)計(jì)方案及施工方案在已建項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的歸納總結(jié)，并基于秦氏豎井地壓理論等對(duì)圍巖壓力等進(jìn)行了計(jì)算。得出了以下結(jié)論：（1）豎井鎖口圈及交叉口部位宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。（2）通風(fēng)聯(lián)絡(luò)道與隧道主洞交疊部位間距不宜小于5m。（3）結(jié)合豎井地質(zhì)情況、水文條件、井口場(chǎng)地、運(yùn)輸條件、技術(shù)設(shè)備及工期要求等選擇合理的施工方案。但是目前的豎井相關(guān)設(shè)計(jì)理論不夠系統(tǒng)化，且與工程建設(shè)實(shí)際仍有部分脫節(jié)。建議對(duì)豎井仍采用隧道主洞的圍巖級(jí)別評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)理論的現(xiàn)狀合理性進(jìn)行深入的研究，對(duì)豎井的支護(hù)方式進(jìn)行更新、更合理的探索，盡快制定豎井設(shè)計(jì)及施工方面針對(duì)性的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以供參照。

參考文獻(xiàn):

[1]公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第一冊(cè)土建工程[S].北京：人民交通出版社,2019.

[2]公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則[S].北京：人民交通出版社,2010.

[3]陳光明，韋薇，胡益華.特長(zhǎng)公路隧道斜井、豎井設(shè)計(jì)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)[J].隧道建設(shè),2015,35(4):342-349.

[4]駱馳.華鎣山特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)豎井設(shè)計(jì)與施工[J].隧道建設(shè),2012,32(3):355-371.

[5]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2015.

作者:張孝偉 單位:重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院