特長(zhǎng)公路隧道斜井、豎井設(shè)計(jì)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)

陳光明，韋 薇，胡益華

(1.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430056;⒉湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北武漢 430051)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷進(jìn)步，公路建設(shè)向山區(qū)發(fā)展，特長(zhǎng)公路隧道斜井、豎井不斷納入建設(shè)規(guī)劃，斜井、豎井設(shè)計(jì)對(duì)特長(zhǎng)公路隧道縱向分段式通風(fēng)方案起決定性作用，關(guān)系隧道工程規(guī)模、工期、后期營(yíng)運(yùn)費(fèi)用和防災(zāi)救援。然而設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)其規(guī)定比較簡(jiǎn)略，無(wú)論在設(shè)計(jì)理論還是工程實(shí)踐，我國(guó)均缺乏必要的積累，可借鑒的資料少，經(jīng)驗(yàn)缺乏。公路隧道斜井、豎井設(shè)計(jì)主要借鑒鐵路、冶金、煤炭等行業(yè)，但其具有自身特殊性，考慮的重點(diǎn)是解決運(yùn)營(yíng)期間通風(fēng)和防災(zāi)救援難題。鐵路隧道輔助坑道主要目的是提高施工進(jìn)度，縮短工期，解決施工期間的通風(fēng)問(wèn)題。礦山工程考慮的重點(diǎn)是斜井、豎井的運(yùn)輸能力，以及運(yùn)輸效率。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)特定工程條件下公路隧道斜井、豎井設(shè)計(jì)方面做了一系列技術(shù)工作，取得了一些成果。文獻(xiàn)［1－2］介紹了太岳山隧道和米倉(cāng)山隧道斜井、豎井方案研究;文獻(xiàn)［3］介紹了佛嶺隧道斜井、豎井設(shè)計(jì);文獻(xiàn)［4］介紹了石門(mén)埡隧道斜井縱坡優(yōu)化設(shè)計(jì);文獻(xiàn)［5－6］介紹了雪峰山隧道和華鎣山隧道豎井設(shè)計(jì)和施工。公路隧道斜井、豎井設(shè)計(jì)不僅涉及到巖土工程和結(jié)構(gòu)工程，還要結(jié)合路線(xiàn)平縱斷面，與隧道通風(fēng)、消防、供配電等交通工程息息相關(guān)。考慮因素多，導(dǎo)致制訂方案時(shí)納入同精度比選方案多，工作既繁瑣，又難以抓住重點(diǎn)，需系統(tǒng)研究。本文結(jié)合龍?zhí)端淼?、大坪山隧道、烏池壩隧?座特長(zhǎng)隧道設(shè)計(jì)實(shí)踐(見(jiàn)表1)和文獻(xiàn)［7－10］，對(duì)有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化與規(guī)范，提出具體設(shè)計(jì)原則、指標(biāo)和圖例供參考;闡述工程應(yīng)用情況和設(shè)計(jì)理由，達(dá)到提高認(rèn)識(shí)，合理選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的目的。

表1 3座特長(zhǎng)公路隧道斜井、豎井設(shè)置情況Table 1 Inclined shafts and vertical shafts of Longtan tunnel，Dapingshan tunnel and Wuchiba tunnel

1 斜井、豎井的布置

斜井、豎井可解決采用縱向通風(fēng)隧道受長(zhǎng)度限制的問(wèn)題，能有效縮短工期，其布置需分析隧址區(qū)地形地貌、可設(shè)置通風(fēng)井的位置、工程地質(zhì)條件和土建費(fèi)用;研究隧道通風(fēng)分段、防災(zāi)救援要求和營(yíng)運(yùn)通風(fēng)費(fèi)用;考慮施工可行性、施工組織、施工工期等要求。

1.1 地形地貌和工程地質(zhì)條件

1)隧道洞身埋置不深或雖埋深大，但隧道適宜位置處傍側(cè)有低洼地形可利用，且地質(zhì)條件較好，因而宜設(shè)置斜井、豎井。

2)斜井、豎井井身應(yīng)選擇在工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較好的地層中，盡可能避免井身穿過(guò)松軟地層、斷層破碎帶及含水層;要注意井口處排水方便，不要被水淹沒(méi);井口應(yīng)有適合于布置提升設(shè)備、材料堆放、布設(shè)各種管線(xiàn)和生產(chǎn)房屋、棄渣的場(chǎng)所。

3)不應(yīng)過(guò)分地強(qiáng)調(diào)均勻分段而不考慮地勢(shì)地形條件，以免造成斜井、豎井、連接風(fēng)道的土建費(fèi)用增多;同時(shí)由于過(guò)長(zhǎng)的斜井、豎井、連接風(fēng)道也會(huì)增加通風(fēng)阻力，造成運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增高。

1.2 通風(fēng)分段和防災(zāi)救援

斜井、豎井井底位置由通風(fēng)分段決定，通風(fēng)分段主要取決于隧道需風(fēng)量，而需風(fēng)量的影響因素主要有隧道長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)交通量、設(shè)計(jì)車(chē)速、縱坡等。

1)每段設(shè)計(jì)風(fēng)速宜為2.5～10 m/s，最好在6～8 m/s，相鄰兩段風(fēng)速不宜超過(guò)5 m/s，以免增加通風(fēng)控制難度，滿(mǎn)足通風(fēng)技術(shù)要求。

2)通風(fēng)分段不宜過(guò)短，斜井、豎井施工難度大，設(shè)備投入多，土建費(fèi)用高，分段越多土建費(fèi)用越高，同時(shí)加大通風(fēng)控制困難，分段長(zhǎng)度一般大于2 000 m。

3)通風(fēng)分段不宜過(guò)長(zhǎng)，需考慮火災(zāi)工況下的排煙，受火災(zāi)排煙區(qū)段長(zhǎng)度控制，一般情況下排煙區(qū)段長(zhǎng)度不宜大于5 000 m。

4)考慮排風(fēng)容易、送風(fēng)困難，當(dāng)有條件時(shí)，宜適當(dāng)增加排風(fēng)段分段長(zhǎng)度，減少送風(fēng)段的分段長(zhǎng)度，以降低軸流風(fēng)機(jī)功率，節(jié)省能耗。

1.3 施工因素

1)考慮斜井、豎井本身施工技術(shù)和設(shè)備的限制，目前豎井最大深度不宜超過(guò)700 m，有軌運(yùn)輸斜井不宜超過(guò)1 000 m，無(wú)軌運(yùn)輸斜井不宜超過(guò)2 000 m。

2)隧道施工組織、工期的需要，在方案比選中分析斜井、豎井本身工期及其縮短主體工程工期的作用，達(dá)到降低工程造價(jià)、提高經(jīng)濟(jì)效益、一井多用的目的。

1.4 工程應(yīng)用

1.4.1 龍?zhí)端淼琅c大坪山隧道

龍?zhí)端淼啦捎萌问酵L(fēng)，大坪山隧道采用二段式通風(fēng)，2隧道工程規(guī)模雖相差不大，但斜井、豎井布置差異較大，主要理由如下。

1)交通量的差異。龍?zhí)端淼牢挥跍甯咚?，為東西向國(guó)道主干線(xiàn)，遠(yuǎn)期交通量大，為37 672 Pcu/d;大坪山隧道位于谷竹高速公路，隧道出口為?？当睒屑~互通，為谷竹高速和麻竹高速的T型交叉，麻竹高速是國(guó)家高速公路網(wǎng)上海至安康高速公路(G4213)的重要組成部分，分流了相當(dāng)大部分交通量，遠(yuǎn)期交通量小，為 21 968 Pcu/d。

2)路線(xiàn)縱坡的差異。龍?zhí)端淼罏?.50%的單向坡，坡度大;大坪山隧道為+0.51%，－0.89%人字坡，變坡點(diǎn)基本位于隧道中心，縱坡平緩，汽車(chē)污染物排放量小。

3)地形的差異。龍?zhí)端淼乐胁康貏?shì)高，不適合設(shè)置斜井、豎井，適合通風(fēng)井的位置分別靠近進(jìn)口和出口，同時(shí)考慮隧道縱坡和交通量大，采用三段式通風(fēng);大坪山隧道適合通風(fēng)井的位置靠近隧道中部，且最大分段長(zhǎng)度左洞為4 752 m，右洞為5 115 m，可滿(mǎn)足防災(zāi)救援的要求，同時(shí)考慮隧道縱坡和交通量小，采用二段式通風(fēng)，節(jié)省土建和營(yíng)運(yùn)通風(fēng)費(fèi)用。

1.4.2 烏池壩隧道

烏池壩隧道右洞采用三段式通風(fēng)，左洞采用二段式通風(fēng)，主要原因如下。

1)右洞為上坡隧道，遠(yuǎn)期交通量大，為42 407 Pcu/d，需風(fēng)量大，采用斜井集中排出式+豎井送排式+射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)。豎井將右洞隧道分為3 825 m+2 870 m 2段，第Ⅰ段通風(fēng)長(zhǎng)度偏長(zhǎng)，與第Ⅱ段通風(fēng)長(zhǎng)度相差1.0 km，相差50%，導(dǎo)致2段風(fēng)速相差大，通風(fēng)控制困難，需設(shè)置射流風(fēng)機(jī)調(diào)壓;通過(guò)斜井排出第Ⅰ段部分風(fēng)量，減少風(fēng)速差，降低軸流風(fēng)機(jī)和射流風(fēng)機(jī)功率，降低豎井面積。

2)左洞為下坡隧道，需風(fēng)量小，采用斜井集中排出式+射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)。斜井將左洞隧道分為4 250 m+2 460 m 2段，通過(guò)斜井排出第Ⅰ段部分污染空氣，降低第Ⅱ段風(fēng)速，降低射流風(fēng)機(jī)功率。

3)考慮左洞入口段火災(zāi)時(shí)的排煙，在右洞豎井處設(shè)置了專(zhuān)用排煙通道連接豎井排風(fēng)道，再加上斜井對(duì)左右洞排煙，對(duì)防災(zāi)、救災(zāi)非常有利。

2 斜井、豎井方案的比選

斜井和豎井的比選需從地形地貌、工程地質(zhì)、施工組織、工程造價(jià)、營(yíng)運(yùn)費(fèi)用和工程的難易各方面綜合考慮。

2.1 斜井優(yōu)缺點(diǎn)

1)有利因素?？衫眯本o助主洞施工，縮短工期;斜井施工需要一定的提升設(shè)備，主要有提升絞車(chē)、礦車(chē)、軌道、信號(hào)和安全設(shè)施等。施工設(shè)備和施工技術(shù)較豎井簡(jiǎn)單，工程難度小;調(diào)整斜井軸線(xiàn)與隧道軸線(xiàn)夾角，可以達(dá)到優(yōu)化隧道通風(fēng)分段的目的;斜井可有效降低井口標(biāo)高，從而減少通風(fēng)井長(zhǎng)度，并減少上山的施工便道，既滿(mǎn)足了洞口自然坡體和植被不被破壞的要求，又解決了斜井施工便道坡度大、施工車(chē)輛安全保障性低的難題。

2)不利因素。當(dāng)斜井、豎井井口井底高差相同，斜井傾角取25°時(shí)，斜井長(zhǎng)度是豎井長(zhǎng)度的2.2倍，土建費(fèi)用略高于豎井，增加通風(fēng)沿程阻力，增加軸流風(fēng)機(jī)功率，增加通風(fēng)費(fèi)用。

2.2 豎井優(yōu)缺點(diǎn)

1)有利因素。縮短井身長(zhǎng)度，可大大減少通風(fēng)阻力，充分利用豎井煙囪效應(yīng)，降低軸流風(fēng)機(jī)功率，從而降低運(yùn)營(yíng)通風(fēng)費(fèi)用。

2)不利因素。豎井施工需垂直運(yùn)輸，需要一套專(zhuān)門(mén)設(shè)施，主要有提升絞車(chē)、吊盤(pán)、抓巖機(jī)、吊桶、穩(wěn)車(chē)、信號(hào)和安全設(shè)施等。施工設(shè)備較斜井復(fù)雜，豎井施工進(jìn)度慢，水的排出困難，造價(jià)高，安全性也差，測(cè)量投點(diǎn)困難;豎井出渣與下料均為垂直運(yùn)輸，輔助主洞施工能力不如斜井。

2.3 工程應(yīng)用

2.3.1 進(jìn)口段應(yīng)用

龍?zhí)端淼肋M(jìn)口段設(shè)置2座斜井，大坪山隧道設(shè)置2座斜井，烏池壩隧道進(jìn)口段設(shè)置1座斜井，主要理由如下。

1)龍?zhí)端淼佬本诰噙M(jìn)口約2.0 km，如采用豎井，會(huì)導(dǎo)致第Ⅰ段通風(fēng)長(zhǎng)度偏短，與第Ⅱ段長(zhǎng)度相差1.6 km，通過(guò)設(shè)置斜井，使2段長(zhǎng)度之差降至0.8 km，通風(fēng)分段均勻，利于通風(fēng)控制，節(jié)省營(yíng)運(yùn)期間費(fèi)用。

2)大坪山隧道斜井口距進(jìn)口約2.7 km，如采用豎井，第Ⅱ段通風(fēng)長(zhǎng)度將達(dá)5.5 km，防災(zāi)排煙距離過(guò)長(zhǎng)，需要在隧道出口段再設(shè)置1處通風(fēng)井。在大坪山隧道特定的交通量、平縱斷面及地形條件下，設(shè)置斜井可使隧道通風(fēng)分段合理，左洞為3 511 m+4 752 m，右洞為3 127 m+5 115 m，達(dá)到了比較理想的狀態(tài)，可采用二段式縱向通風(fēng)，左右洞只需各設(shè)置1座斜井，減少通風(fēng)井?dāng)?shù)量，降低工程規(guī)模。

3)設(shè)置斜井降低了井口標(biāo)高，將大坪山隧道地下風(fēng)機(jī)房調(diào)整為地面風(fēng)機(jī)房，土建費(fèi)用省。

4)可利用斜井輔助主洞施工，縮短工期，斜井施工較豎井方便、安全，工程難度小，土建費(fèi)用較豎井低。

5)斜井可有效降低井口標(biāo)高，從而減少通風(fēng)井長(zhǎng)度，并減少上山的施工便道，既滿(mǎn)足了洞口自然坡體和植被不被破壞的要求，又解決了施工便道坡度大、施工車(chē)輛安全保障性低的難題。

2.3.2 出口段應(yīng)用

龍?zhí)端淼莱隹诙卧O(shè)置2座豎井，烏池壩隧道出口段設(shè)置1座豎井，主要理由如下。

1)豎井處埋深較大，龍?zhí)端淼?、烏池壩隧道分別達(dá)355 m和289 m，設(shè)置豎井可以大大減少通風(fēng)阻力，從而降低通風(fēng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用;若設(shè)斜井輔助主洞施工效率會(huì)很低，成本高，提高施工效率作用有限。

2)距離烏池壩隧道豎井400 m有一處地表消坑，且據(jù)深孔鉆探資料表明巖層裂隙發(fā)育，有大量填充物，第四紀(jì)覆蓋層厚度達(dá)140 m，如設(shè)置斜井，斜井洞身和井底位于地表消坑，施工難度大。

3 斜井傾角與提升方案的選擇

3.1 斜井傾角

斜井傾角的大小，影響井筒的長(zhǎng)度、提升設(shè)備的選型和建井速度，關(guān)系斜井工程造價(jià)和運(yùn)營(yíng)階段通風(fēng)費(fèi)用，且一旦建成，便很難更改和調(diào)整。

斜井傾角的選擇需考慮隧道地形、地質(zhì)情況，當(dāng)傾角過(guò)大，縱坡雖大，但斜井井口位于隧道軸線(xiàn)地勢(shì)較高處，造成井口與井底高差大，井身長(zhǎng)度相應(yīng)增加;當(dāng)傾角過(guò)小，縱坡小，井口上升高程有限，同樣會(huì)增加斜井井身長(zhǎng)度，且使井口位于淺埋、軟弱地層的長(zhǎng)度增加。選擇傾角時(shí)，應(yīng)使斜井井身位于工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較好的地層中。

一般認(rèn)為斜井傾角小，對(duì)斜井本身的修建速度有所提高，工作人員上下方便安全，并可提高斜井的提升能力，對(duì)隧道快速施工起到一定的作用。施工方一般考慮降低機(jī)械設(shè)備的投入，施工便利，加快施工進(jìn)度，一般要求采用緩坡斜井。

設(shè)計(jì)考慮公路隧道斜井的首要功能是作為運(yùn)營(yíng)通風(fēng)風(fēng)道，其次作為施工期間輔助主洞施工的通道。為降低通風(fēng)沿程阻力損失，降低軸流風(fēng)機(jī)功率，一般推薦采用陡坡斜井，縮短通風(fēng)井長(zhǎng)度，以控制斜井土建工程造價(jià)和運(yùn)營(yíng)階段的通風(fēng)費(fèi)用。

設(shè)計(jì)中需綜合考慮施工條件、施工工法、工期、造價(jià)以及運(yùn)營(yíng)通風(fēng)，應(yīng)視具體工程條件靈活選取斜井傾角。防止僅為施工方便而采用緩坡斜井，導(dǎo)致斜井長(zhǎng)度增加過(guò)多，增加工程造價(jià)，增加通風(fēng)阻力，造成運(yùn)營(yíng)通風(fēng)費(fèi)用過(guò)高;同時(shí)緩坡斜井長(zhǎng)度長(zhǎng)，本身施工時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)縮短施工工期作用有限。

3.2 斜井提升方案

提升方案與斜井傾角密切相關(guān)，當(dāng)采用礦車(chē)提升，傾角超過(guò)一定的角度就會(huì)出現(xiàn)掉塊，傾角越大掉塊現(xiàn)象越嚴(yán)重;同時(shí)還容易掉道，開(kāi)挖、裝渣難度加大，裝渣效率低，故采用礦車(chē)提升的傾角一般不宜大于25°。采用箕斗提升傾角可適當(dāng)加大至35°，以縮短斜井長(zhǎng)度，增大提升能力，加快斜井提升速度。膠帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)合冶金部門(mén)經(jīng)驗(yàn)，傾角一般不大于15°。緩坡斜井采用汽車(chē)無(wú)軌運(yùn)輸，一般傾角不超過(guò)7°。各類(lèi)斜井提升方案比較見(jiàn)表2。

表2 斜井提升方案比較表Table 2 Comparison and contrast between track transportation and trackless transportation in inclined shaft

斜井提升方案和方式應(yīng)根據(jù)提升量、斜井長(zhǎng)度及井口地形選擇，在滿(mǎn)足提升量要求的前提下，選取工程量小、投資省、安裝簡(jiǎn)易、施工方便的方案。目前公路隧道陡坡斜井主流的方法是礦車(chē)出渣，箕斗法一般在礦山工程中采用。

3.3 工程應(yīng)用

龍?zhí)端淼?、大坪山隧道和烏池壩隧道均采用陡坡斜井，斜井傾角接近25°，采用礦車(chē)提升，主要理由如下。

1)控制斜井長(zhǎng)度，減小通風(fēng)阻力，降低軸流風(fēng)機(jī)功率，控制斜井土建工程造價(jià)和運(yùn)營(yíng)階段通風(fēng)費(fèi)用。

2)方便提升設(shè)備的選型，公路隧道斜井具有要求投產(chǎn)快、使用期短、方便適用及安全可靠的特點(diǎn)，礦車(chē)斜井具有工程量小、投產(chǎn)快、成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，利于施工。

3)龍?zhí)端淼?、大坪山隧道、烏池壩隧道長(zhǎng)分別為8 694，8 263，6 710 m，工作面少，工期較緊張，需要斜井輔助主洞施工;同時(shí)斜井處埋深分別為187，186，163 m，斜井長(zhǎng)度分別為 465.8，463.0，406.4 m，可為主洞施工提供便利。在實(shí)際施工中，通過(guò)斜井出渣、下料，施工主洞上臺(tái)階100～350 m，減緩了隧道的工期壓力。

4 斜井與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道相交設(shè)計(jì)

4.1 相交設(shè)計(jì)難點(diǎn)

斜井與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道相交設(shè)計(jì)是難點(diǎn)和關(guān)鍵:1)斜井和聯(lián)絡(luò)風(fēng)道凈空斷面類(lèi)型多，變化大;斜井為圓形斷面，聯(lián)絡(luò)風(fēng)道考慮施工方便，采用半圓形拱形斷面，兩者在形狀、高度、寬度上差異大，且斜井需同時(shí)與送風(fēng)、排風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道銜接。2)通風(fēng)技術(shù)要求風(fēng)流順暢，減少通風(fēng)風(fēng)流局部風(fēng)壓損失，達(dá)到降低隧道運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的目的。各類(lèi)襯砌斷面變化處應(yīng)平順，不宜有突變，保證風(fēng)流順暢，目前設(shè)計(jì)主要采用錯(cuò)位布置式和分岔布置式。

4.2 工程應(yīng)用

龍?zhí)端淼篮蜑醭貕嗡淼啦捎缅e(cuò)位布置式，平面布置見(jiàn)圖1。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易，施工組織方便;缺點(diǎn)是土建工程量較大，風(fēng)流在斜井底部容易形成湍流。

圖1 龍?zhí)端淼?號(hào)斜井井底平面布置圖(單位:cm)Fig.1 Plan layout of bottom of No.1 inclined shaft of Longtan tunnel(cm)

大坪山隧道采用分岔布置式，開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新，斜井井底采用叉洞結(jié)構(gòu)，由大拱段、連拱段、小凈距段3部分組成，減少斷面變化，平面布置見(jiàn)圖2。在選定聯(lián)絡(luò)風(fēng)道凈空斷面的過(guò)程中，合理選定拱部半徑與直墻高度，以利于斜井與大拱段、大拱段與連拱段的連接;同時(shí)，斜井井底曲墻式襯砌與叉洞大拱段直墻式襯砌之間設(shè)置3 m漸變段。優(yōu)點(diǎn)是斜井與送排風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道連接平順、順暢，減少通風(fēng)阻力，工程費(fèi)用省;缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)及施工繁瑣。

圖2 大坪山隧道2號(hào)斜井井底叉洞段平面布置圖(單位:cm)Fig.2 Plan layout of fork section of No.2 inclined shaft of Dapingshan tunnel(cm)

5 豎井施工方案

豎井施工的特點(diǎn):1)作業(yè)工序具有單一性。井筒開(kāi)挖與支護(hù)不能平行作業(yè)，施工干擾大、條件差、進(jìn)度慢。2)安全措施要求高。由于空間狹小，大部分施工設(shè)備需利用井架或井壁懸掛，出渣、進(jìn)料均為豎直運(yùn)輸，危險(xiǎn)源非常多。井筒內(nèi)需設(shè)置安全梯等安全設(shè)施，并應(yīng)采取相關(guān)安全措施，防止設(shè)備在提升過(guò)程中因?yàn)閿嗬K、脫鉤產(chǎn)生溜車(chē)(掉罐)或過(guò)卷，以及在豎井中發(fā)生碰撞事故。

5.1 豎井施工方案比選

豎井常用施工方法主要有正井法(鑿巖爆破一次成型法)和反井法(先導(dǎo)井、后擴(kuò)挖)，豎井施工國(guó)內(nèi)煤炭、冶金及礦山部門(mén)經(jīng)驗(yàn)雖多，但公路交通建設(shè)中工程實(shí)例仍比較少，需進(jìn)行比選研究。

5.1.1 正井法

從井口開(kāi)始全斷面開(kāi)挖，自上而下施工，井筒開(kāi)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。鑿巖爆破一次成型法優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)成熟，可提前開(kāi)工，解決主洞施工通風(fēng)難題;缺點(diǎn)是裝渣、出渣效率低，建井進(jìn)度較低，空間狹小，地下水排出困難，存在一些安全隱患。

根據(jù)豎井深度、地質(zhì)情況、施工設(shè)備和施工順序，鑿巖爆破一次成型法又分為全井單行作業(yè)法、長(zhǎng)段單行作業(yè)法、短段單行作業(yè)法、長(zhǎng)段平行作業(yè)法。豎井正井法各方案比較見(jiàn)表3。

表3 豎井正井法各方案比較表Table 3 Comparison and contrast among different construction technologies of normal shaft sinking method

5.1.2 反井法

具體方法是先開(kāi)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。反井法的優(yōu)點(diǎn):1)山上施工場(chǎng)地小，施工設(shè)備相對(duì)較少，不需要在山上棄渣，有利于環(huán)保，對(duì)自然環(huán)境破壞小;2)由于有反井的自由面存在，擴(kuò)大施工時(shí)爆破效率高，有利于實(shí)現(xiàn)深孔光面爆破;3)地下水和爆破下來(lái)的巖石直接落到下部隧道內(nèi)，提高了出渣和清底的速度，加快鑿井進(jìn)度;4)減小吊桶容積和提升設(shè)備規(guī)模，節(jié)省吊泵等臨時(shí)排水設(shè)備，降低成本。缺點(diǎn):1)只有主洞施工到豎井處才能開(kāi)始豎井施工，不能縮短主洞施工通風(fēng)距離;2)反井貫通后，仍需正井?dāng)U挖，上口需布置一套提升吊掛設(shè)施和設(shè)備;3)隨著豎井深度的增加，反井鉆孔容易產(chǎn)生偏斜，施工難度越來(lái)越大，速度越來(lái)越慢，造價(jià)也相應(yīng)增加了。

導(dǎo)洞施工現(xiàn)行的主要方法是鉆機(jī)反井正向擴(kuò)大法，吊罐反井正向擴(kuò)大法、爬罐反井正向擴(kuò)大法作為落后工藝，現(xiàn)已很少采用。豎井反井法各方案比較見(jiàn)表4。

表4 豎井反井法各方案比較表Table 4 Comparison and contrast among different construction technologies of raise-boring method

5.2 工程應(yīng)用

龍?zhí)端淼篮蜑醭貕嗡淼镭Q井施工采用鑿巖爆破一次成型法，全井單行作業(yè)法施工。從井口開(kāi)始全斷面開(kāi)挖，采用吊桶提升運(yùn)輸洞渣及其材料，只有豎井洞口段二次襯砌可根據(jù)監(jiān)控量測(cè)情況要求提前施作，其他地段原則上要求在豎井施工完成之后再施作二次襯砌，因此加強(qiáng)了初期支護(hù)，主要理由如下。

1)當(dāng)隧道主洞施工到豎井處，可以利用豎井縮短施工期間的通風(fēng)距離，提高通風(fēng)效率，改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，降低施工費(fèi)用，加快主洞施工進(jìn)度。

2)隧道主洞施工如出現(xiàn)斷層、突泥、涌水、溶洞、軟弱破碎帶、硬巖巖爆和軟巖大變形等不良地質(zhì)，工期緊張時(shí)，可利用豎井輔助主洞施工，確保隧道按期建成。

3)2座隧道豎井井口臨近現(xiàn)有國(guó)道、省道，交通便利，大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)容易。

4)2座隧道豎井穿過(guò)地層地質(zhì)較好，除井口分布有0.5～1.5 m厚碎石土層巖外，井身穿過(guò)巖體地質(zhì)較好，巖性單一，主要為中至弱風(fēng)化灰?guī)r，Ⅲ級(jí)圍巖約占90%，圍巖穩(wěn)定好。

5)全井單行作業(yè)法施工工序單一，施工干擾小，減少了混凝土施工縫，井身圍巖滲水量小。

6 結(jié)論與建議

通過(guò)工程實(shí)例，結(jié)合筆者設(shè)計(jì)、研究和咨詢(xún)審查工作，總結(jié)公路隧道斜井、豎井設(shè)計(jì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提出如下結(jié)論與建議。

1)斜井、豎井的布置需與通風(fēng)、地質(zhì)、結(jié)構(gòu)和路線(xiàn)專(zhuān)業(yè)工程師密切配合，充分利用地形、地質(zhì)條件，靈活設(shè)計(jì)、創(chuàng)作設(shè)計(jì)。不應(yīng)過(guò)分強(qiáng)調(diào)均勻分段，同時(shí)應(yīng)防止缺乏整體規(guī)劃，不顧經(jīng)濟(jì)效益，僅從施工方便考慮，隨意設(shè)置斜井、豎井，造成工程上的浪費(fèi)。

2)斜井、豎井方案比選需改變“豎井通風(fēng)阻力小，可利用煙囪效應(yīng)，優(yōu)于斜井”的慣性思維，斜井具有可調(diào)整優(yōu)化通風(fēng)分段的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)隧道軸線(xiàn)600 m附近范圍有低洼地形可以利用時(shí)，選擇斜井可利用地形，降低井口標(biāo)高，縮短井身長(zhǎng)度，降低施工難度，達(dá)到降低工程造價(jià)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的目的。

3)當(dāng)隧道軸線(xiàn)周?chē)_有深峻溝谷可利用，斜井長(zhǎng)度增加不多時(shí)，采用緩坡斜井可基本不增加投資，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)功能不變、降低施工難度、加快施工進(jìn)度的目的。但在實(shí)際工程中，部分緩坡斜井僅考慮施工方便，導(dǎo)致斜井長(zhǎng)度增加1倍多，增加了建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)通風(fēng)費(fèi)用;同時(shí)緩坡斜井自身施工時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)縮短主洞工期作用有限，得不償失。

4)斜井與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道相交設(shè)計(jì)建議采用分岔布置式，雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，增加設(shè)計(jì)和施工難度，但是土建工程量較小，各類(lèi)襯砌斷面變化處平順，無(wú)突變，風(fēng)流順暢，有效地減少了風(fēng)流局部風(fēng)壓損失。

5)正井法技術(shù)成熟，工程案例最多。隨著鉆井技術(shù)進(jìn)步，反井法在降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低施工成本，提高機(jī)械化施工水平方面的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越明顯，工程應(yīng)用逐年增多。目前國(guó)內(nèi)反井鉆機(jī)設(shè)備與國(guó)外相比尚存在一定差距，在鉆井過(guò)程中導(dǎo)孔偏斜率不易控制，建議國(guó)內(nèi)引進(jìn)或研發(fā)更為先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，改進(jìn)施工工藝，促進(jìn)豎井的施工工藝進(jìn)步。

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