六郎山隧道通風(fēng)斜井設(shè)計(jì)

王小杰

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

六郎山特長隧道位于朔州市平魯區(qū)，設(shè)計(jì)為左右線分離式，設(shè)計(jì)車速為100 km/h。隧道建筑限界凈寬10.75 m（0.75 m檢修道＋0.50 m左側(cè)側(cè)向?qū)挾龋?×3.75 m行車道＋1.00 m右側(cè)側(cè)向?qū)挾龋?.00 m檢修道），凈空限界高度5.0 m。右線進(jìn)口里程為K17+479，出口里程為K22+971，全長5 493 m（隧道路線含斷鏈）；左線進(jìn)口里程為LK17+500，出口里程LK22+906，全長5 412 m（隧道路線含斷鏈）。隧道底板最大埋深左線190 m、右線215 m。

隧道穿越構(gòu)造剝蝕中山區(qū)，海拔高度1 392～1 723 m，坡角較大，山峰陡立，主要為碳酸鹽建造。微地貌為基巖山梁、陡坎、沖溝緩坡。隧道穿越地層主要為中石炭系本溪組泥巖、砂巖，奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r。路線K17+880—K23+800東側(cè)發(fā)育一條張扭性正斷層，在K17+880處與路線斜交，該斷層走向339°，傾向北東，傾角65°，延伸長度約8 km。受該斷層影響，斷層附近巖層陡傾，斷層帶地層破碎。斷層對隧道影響較大。

隧道采用縱向分段送排式通風(fēng)。根據(jù)六郎山隧道的長度、工期、地形、地質(zhì)條件及通風(fēng)段落的劃分要求，在隧道中段設(shè)置斜井1處，施工期亦可作為施工輔助通道（斜井+排風(fēng)道）使用，加快施工進(jìn)度，隧道貫通后根據(jù)設(shè)計(jì)對斜井進(jìn)行改造。

2 通風(fēng)斜井的布置

六郎山特長隧道全長5.5 km，從縱向通風(fēng)分段的角度考慮，隧道1個(gè)通風(fēng)分段長度一般為3～5 km。因此，從通風(fēng)角度考慮，本隧道只需分成兩段就能滿足通風(fēng)的需要。斜井位置的合理布置，關(guān)系到隧道工期、工程規(guī)模、后期營運(yùn)費(fèi)用。六郎山隧道斜井布置主要考慮了如下因素。

a）隧道施工工期的需要。六郎山隧道屬于特長隧道，全長5.5 km，通風(fēng)斜井的布置除了要滿足運(yùn)營期間隧道通風(fēng)要求外，施工期亦要作為施工輔助通道使用，加快施工進(jìn)度，因此斜井應(yīng)盡量布置在隧道中間位置為宜。

b）隧道運(yùn)營期間的綜合利用，特別是隧道運(yùn)營通風(fēng)，采用的營運(yùn)通風(fēng)方式，要求技術(shù)相對可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，要滿足通風(fēng)技術(shù)要求[1]。

c）斜井盡量設(shè)置在穩(wěn)定的地層當(dāng)中。但相對來說，斜井跨度一般都不是很大，斜井內(nèi)施工空間又足以滿足超前支護(hù)或加強(qiáng)支護(hù)的實(shí)施,工程質(zhì)量容易保障，所以,斜井對其穿越的地質(zhì)條件要求相對較低[2]。在地形方面，要注意洞口處防排水方便，避免被水淹沒。洞口應(yīng)有適合于材料堆放，布設(shè)各種管線和生產(chǎn)房屋、棄渣的場所[1]。

d）斜井傾角的大小，影響斜井主通道的長度、提升方式與建井速度[1]。由于本斜井在施工期亦要作為施工輔助通道使用，故考慮斜井出渣方式以無軌運(yùn)輸為主，斜井傾角不大于12°，但也不宜過小。在滿足通風(fēng)的前提下，控制好斜井傾角，使斜井長度最短，減少工程造價(jià)與通風(fēng)阻力，降低運(yùn)營通風(fēng)費(fèi)用。斜井與隧道中線連接處的平面交角，在滿足施工和運(yùn)營要求的前提下，應(yīng)盡可能采用大角度[3]。

根據(jù)六郎山隧道的長度、工期、地形、地質(zhì)條件及通風(fēng)段落的劃分要求，將六郎山隧道通風(fēng)斜井布設(shè)于LK20+460左側(cè)山體較薄的一側(cè)。斜井主通道長度360 m與隧道軸線的夾角為60°，送風(fēng)道長97.42 m，排風(fēng)道長72.0 m，排煙道長88.89 m，送風(fēng)道與排風(fēng)道夾角為23.4°，送風(fēng)道與排煙道夾角為30°。六郎山隧道斜井平面布置見圖1。

圖1 六郎山隧道斜井平面布置圖

縱斷設(shè)計(jì)綜合考慮斜井的出渣方式（無軌運(yùn)輸為主），運(yùn)營通風(fēng)要求，施工的難易程度及施工期車輛行駛安全等因素，在距離斜井出口處207.5 m處設(shè)置一緩沖平臺（K0+145—K0+160），長 15 m，坡度2%。斜井主通道縱坡11.8%，張角6.7°，排風(fēng)道縱坡11.8%，送風(fēng)道縱坡4.47%，排煙道距離左線隧道頂部垂直距離控制在6 m以上。排煙聯(lián)絡(luò)通道剖面見圖2。

圖2 排煙聯(lián)絡(luò)通道剖面圖

3 通風(fēng)斜井設(shè)計(jì)

3.1 斜井凈空斷面及技術(shù)參數(shù)

斜井面積的確定，綜合考慮了工程造價(jià)和運(yùn)營費(fèi)用。當(dāng)通風(fēng)量一定時(shí)，斜井風(fēng)速低，斜井風(fēng)機(jī)消耗功率小，運(yùn)營費(fèi)低，但斜井面積增大，工程造價(jià)增加；斜井風(fēng)速高，斜井面積就小，造價(jià)減少，但斜井風(fēng)機(jī)功率消耗增大，運(yùn)營費(fèi)增加[1]。在權(quán)衡工程造價(jià)和運(yùn)營費(fèi)用之后，確定了斜井風(fēng)速和斜井面積。為滿足施工方便，斜井?dāng)嗝娌捎弥眽敖Y(jié)構(gòu)。

六郎山隧道斜井（包括聯(lián)絡(luò)通道）的主要技術(shù)參數(shù)如下：

a）斜井建筑內(nèi)輪廓 寬7.84 m，高7.32 m；

b）斜井?dāng)嗝?面積50.79 m2，周長26.96 m；

c）送風(fēng)井 面積29.23 m2，周長21.81 m；

d）排風(fēng)井 面積20.47 m2，周長19.39 m；

e）送風(fēng)道 面積33.24 m2，周長22.0 m；

f）排風(fēng)道 面積23.20 m2，周長20.19 m；

g）排煙道 面積26.14 m2，周長19.42 m。

3.2 斜井地質(zhì)

在隧道洞體以上3倍洞徑范圍內(nèi)，根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄G、《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，水文地質(zhì)條件、構(gòu)造特征、巖石質(zhì)量指標(biāo)、巖體完整性系數(shù)，對隧道圍巖級別進(jìn)行綜合評價(jià)。斜井穿越地層主要為中石炭系泥巖、砂巖，奧陶系灰?guī)r。斜井進(jìn)口80～135 m處穿越斷層破碎帶，巖芯破碎，全風(fēng)化，無自穩(wěn)能力，雨季有淋雨?duì)畛鏊赡?。進(jìn)口260 m范圍圍巖類別為Ⅴ級，其余為Ⅳ級。

3.3 斜井（含聯(lián)絡(luò)通道）襯砌設(shè)計(jì)

斜井襯砌結(jié)構(gòu)根據(jù)其所通過巖層的圍巖條件、埋深受力特點(diǎn)，按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用初期噴、錨、鋼架支護(hù)與二次模筑混凝土的復(fù)合襯砌方案，并視地層、地質(zhì)條件增加長、短管棚、超前錨桿等預(yù)加固措施。襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮了地震對襯砌安全的影響，對斜井明洞、Ⅴ淺埋及Ⅴ圍巖段、風(fēng)道交叉加強(qiáng)段二次襯砌采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

避險(xiǎn)車道一（K0+65—K0+80）、避險(xiǎn)車道二（K0+210—K0+225）、緩沖平臺（K0+145—K0+160）均按Ⅴ級圍巖深埋加寬段設(shè)計(jì)，避險(xiǎn)車道三（K0+285—K0+300）按Ⅴ級圍巖淺埋加寬段設(shè)計(jì)。斜井襯砌支護(hù)參數(shù)表見表1。斜井襯砌構(gòu)造見圖3。

表1 斜井襯砌支護(hù)參數(shù)表

圖3 斜井襯砌構(gòu)造圖

3.4 斜井施工

斜井施工應(yīng)按新奧法組織實(shí)施，主要工序采用機(jī)械化作業(yè)，出渣采用無軌運(yùn)輸，二次襯砌澆注采用模板臺車，開挖總體上要求拱部采用光面爆破，邊墻部采用預(yù)裂爆破，以最大限度地保護(hù)周邊巖體的完整性，同時(shí)減少超挖量，提高初期支護(hù)的承載能力。洞身Ⅴ級圍巖地段采用臺階分部法施工，Ⅳ級圍巖地段采用臺階法施工。施工過程中應(yīng)注意結(jié)合監(jiān)控量測結(jié)果，采取相應(yīng)的措施。

施工期采用軸流風(fēng)機(jī)，進(jìn)行壓入式通風(fēng)，可以有效保證施工掌子面的能見度，及時(shí)觀測掌子面的圍巖變化情況，確保施工安全。

主洞貫通后，對斜井進(jìn)行風(fēng)道隔離時(shí)，需根據(jù)各風(fēng)道斷面的要求，采用中隔板進(jìn)行分割施工?？紤]斜井的施工期車輛行駛安全等因素，在K0+65—K0+80、K0+210—K0+225、K0+285—K0+300 設(shè)置了3處臨時(shí)避險(xiǎn)車道。施工完成后，需封堵，使得主斜井?dāng)嗝孢B續(xù)平順。

3.5 防排水設(shè)計(jì)

隧道防排水遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，對地表水、地下水妥善處理，形成一個(gè)完善通暢的防排水系統(tǒng)。使隧道防水可靠，排水暢通，運(yùn)營期間隧道內(nèi)不滲不漏，基本干燥，以保證結(jié)構(gòu)和設(shè)備的正常使用和行車安全。

隧道防排水設(shè)計(jì)主要有以下2個(gè)方面：

a）襯砌排水 在初期支護(hù)與防水層之間每間隔一定距離設(shè)置環(huán)向排水管，環(huán)向排水管再將匯水引入墻腳外側(cè)設(shè)置的縱向排水管中。

b）襯砌防水 在初期支護(hù)與二次襯砌之間敷設(shè)復(fù)合防水層，二次襯砌沉降縫與施工縫設(shè)止水帶。防水層采用EVA防水卷材+土工布，EVA防水卷材參數(shù)必須滿足國標(biāo)18173.1—2000的要求，防水卷材采用無釘工藝施工，施工縫、沉降縫均采用橡膠止水帶。

4 結(jié)語

六郎山隧道通風(fēng)斜井的設(shè)置，不但滿足了運(yùn)營期間的通風(fēng)要求，施工期亦可作為施工輔助通道使用，加快施工進(jìn)度。六郎山隧道通風(fēng)斜井類型和位置的選擇，綜合考慮了隧道長度、工期、地形、地質(zhì)條件及通風(fēng)段落的劃分要求，斜井凈空斷面的選擇,充分考慮了工程造價(jià)和運(yùn)營費(fèi)用，發(fā)揮通風(fēng)井的經(jīng)濟(jì)效益。