通風(fēng)豎井及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道交叉口施工方案探析

李學(xué)莊

Analysis on Construction Schemes of Ventilation Shafts and Connecting Wind Tunnel Intersections

摘要： 楊林隧道采用的通風(fēng)方式為豎井與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道配合通風(fēng)。本文將結(jié)合工地水文地質(zhì)條件，具體介紹該隧道的施工設(shè)計(jì)和重要節(jié)點(diǎn)的處理方法，為同類工程提供有價(jià)值的參閱資料。

Abstract： The ventilation method adopted by Yanglin Tunnel is coordinated with vertical ventilation and connecting wind tunnel. This article will combine the hydrogeological conditions of the site and introduce the construction design of the tunnel and the treatment methods of important nodes， to provide valuable reference materials for similar projects.

關(guān)鍵詞： 通風(fēng)豎井施工；聯(lián)絡(luò)風(fēng)道交叉口施工；水文地質(zhì)

Key words： ventilation shaft construction；construction of connecting wind tunnel intersection；hydrogeology

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）15-0136-05

0 引言

對于特長公路隧道來說，其通風(fēng)設(shè)計(jì)和施工不僅關(guān)系到隧道的建設(shè)規(guī)模和將來的運(yùn)營成本，而且和隧道的防火救災(zāi)相關(guān)。隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)必須考慮工地的地理地貌特征、環(huán)境條件以及施工要求等諸多因素，才能真正實(shí)現(xiàn)通風(fēng)與防火防災(zāi)的目的。楊林隧道屬于特長隧道，該隧道采用的通風(fēng)方式為豎井與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道配合通風(fēng)。施工單位針對隧道所處的地理位置及環(huán)境條件，布置了獨(dú)立的排煙通道與豎井相連，左幅采用豎井送排式縱向通風(fēng)結(jié)合兩處靜電除塵系統(tǒng)，充分利用有利的地理地貌條件縮短了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道長度，降低了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道設(shè)計(jì)縱坡，大大降低了施工難度和施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

楊林隧道為特長隧道，根據(jù)隧道交通量、地形地質(zhì)條件、環(huán)境保護(hù)、火災(zāi)通風(fēng)控制等多方面綜合要求，為滿足運(yùn)營期間通風(fēng)的需求并利于施工通風(fēng)，設(shè)置通風(fēng)豎井一座。通風(fēng)豎井將作為運(yùn)營期間左幅隧道的送、排風(fēng)通道及右幅隧道的排煙通道。隧道右幅采用全縱向通風(fēng)，同時(shí)設(shè)置獨(dú)立排煙通道與豎井相連，左幅采用豎井送排式縱向通風(fēng)結(jié)合兩處靜電除塵系統(tǒng)。

通風(fēng)豎井中心位置為左幅ZK18+171.25右幅側(cè)18.36m處，深度152.5m，位于左、右兩幅之間。豎井襯砌類型：鎖口明洞6.5m；SJ-V：56.3m；SJ-V-JQ：13m；SJ-Ⅳ：54.9m；SJ-Ⅳ-JQ：19.2m；SJ-BZ：2.6m，地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道SLpfk9.74m；SLspsd（一般段）45.22m；SLspsd（加強(qiáng)段）19.40m；Slpyk9.66m；Slpyd20.57m。

1.2 工程地質(zhì)及水文情況

豎井圍巖有第四系角礫土、粉質(zhì)粘土，二疊系下統(tǒng)棲霞—茅口組灰?guī)r，二疊系峨眉山組玄武巖，第四系底層松散，上部玄武巖風(fēng)化強(qiáng)烈，下部灰?guī)r巖溶較發(fā)育，圍巖級別為V2～Ⅳ1級，豎井地下水豐富，施工中可能產(chǎn)生涌水，通過計(jì)算預(yù)測單位長度隧道通過含水層日穩(wěn)定涌水量6.85m3/d，單位長度日最大涌水量8.22m3/d。隧道工程所處位置的水文地質(zhì)參數(shù)詳見圖1。

1.3 通風(fēng)豎井及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道交叉口工程重、難點(diǎn)分析

結(jié)合通風(fēng)豎井及聯(lián)絡(luò)通道的施工內(nèi)容和施工情況、工程水文地質(zhì)特點(diǎn)等，參考類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，本豎井施工的主要重、難點(diǎn)有：①豎井自身結(jié)構(gòu)開挖支護(hù)深度大，達(dá)到152.5m，施工難度大；②施工場地范圍狹小，出渣效率低，對施工進(jìn)度影響較大；③豎井與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道及正洞與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的馬頭門破除施工，聯(lián)絡(luò)風(fēng)道安全貫通是施工的重點(diǎn)，也是控制的難點(diǎn)；④爆破施工對已經(jīng)支護(hù)完成的豎井井身、聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的震動(dòng)破壞風(fēng)險(xiǎn)，是控制安全施工的重點(diǎn)；⑤由于該豎井地質(zhì)相對較差，地下水豐富，豎井開挖時(shí)周邊注漿、超前帷幕注漿處理加固、地下水、地表水的應(yīng)急處理是本工程施工重、難點(diǎn)。

2 整體施工流程

總體施工步驟：臨建、生活區(qū)建設(shè)→豎井場地平整→測量放線→井點(diǎn)降水布置及截排水溝、防護(hù)欄桿施工→明洞開挖及防護(hù)→超前周邊注漿、帷幕注漿及注漿效果檢查→施工鎖口→漿砌片石回填及井架基礎(chǔ)施工→井架安裝、調(diào)試及驗(yàn)收報(bào)備→開挖支護(hù)→聯(lián)絡(luò)風(fēng)道馬頭門施工→聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工→二次襯砌（含中隔墻）施工。

3 豎井施工

3.1 豎井明洞段施工

明洞開挖施工前，先進(jìn)行測量放線，放出井點(diǎn)降水布置線和地表截水溝位置（如圖2所示），按設(shè)計(jì)要求施做截水溝和井點(diǎn)降水。待井點(diǎn)降水效果達(dá)到要求后開始明洞段開挖，洞口段仰坡邊開挖邊進(jìn)行臨時(shí)坡面防護(hù)，采用10cm 厚C20噴射砼及25cm×25cmΦ8鋼筋網(wǎng)片，開挖明洞時(shí)，注意在一側(cè)預(yù)留進(jìn)出斜坡，以供機(jī)械上下通行。

①場地平整：場地平整至設(shè)計(jì)圖紙中豎井施工期間回填線標(biāo)高處，高出部分進(jìn)行挖除，不足部分分層填筑壓實(shí)至該設(shè)計(jì)標(biāo)高。

②測量放線：測量站將井點(diǎn)降水布置線、截排水溝布置線、明洞開挖開口線、豎井中心點(diǎn)等部位進(jìn)行放樣，用白灰灑出作為標(biāo)記，并對班進(jìn)行書面交底，開挖過程中注意復(fù)測，保證邊坡及標(biāo)高到位不超挖。

③井點(diǎn)降水、截排水溝及防護(hù)欄桿施工：根據(jù)放線進(jìn)行水溝開挖及防護(hù)欄桿基礎(chǔ)施工，坡頂截水溝為M7.5漿砌片石砌筑，截水溝頂面要比地面低，保證順利匯水，鋼護(hù)欄桿基礎(chǔ)采用30cm方形C20砼基礎(chǔ)，欄桿為？準(zhǔn)50×4mm鋼管，外露高度1m。

④明洞開挖及防護(hù)：明洞開挖高度及邊坡坡度（1：0.5）按測量所給交底進(jìn)行開挖控制，開挖后隨即對邊坡進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)，掛設(shè)？準(zhǔn)8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距25×25cm，噴射C20噴射混凝土，厚度10cm，并預(yù)留排水孔。

⑤豎向超前周邊注漿。超前周邊注漿分兩個(gè)注漿循環(huán)，第一循環(huán)注漿范圍為開挖輪廓線外3m，第二循環(huán)外插角為100，同第一循環(huán)的搭接長度為10m。

注漿材料為水泥漿，必要時(shí)采用水泥—水玻璃雙獎(jiǎng)液，漿液濃度根據(jù)巖體條件加以調(diào)整，初擬如下：水泥漿的水灰比為0.4：1～0.5：1，如采用雙漿液，其配比參數(shù)為：C：S=1：（0.6～1）（體積比），水泥漿水灰比為0.8：1～1：1，水玻璃模數(shù)為2.6～2.8，水玻璃濃度為35B。設(shè)計(jì)注漿壓力（終壓值）為注漿處靜水壓力的2～3倍。

該段靜水壓力：ρgh=1000×9.8×（2020-1973.5）=455.7kPa

終壓=2.5倍靜水壓力=1.14MPa。

第一循環(huán)外圈宜采用前進(jìn)式注漿，內(nèi)圈宜采用后退式注漿，同一圈孔間隔施工；第二循環(huán)每一圈宜采用前進(jìn)式注漿。

⑥豎向超前帷幕注漿。

明洞開挖完成后即開始帷幕注漿施工，共計(jì)施工三個(gè)循環(huán)，施工前應(yīng)在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)指引下鉆設(shè)5～6個(gè)超前鉆孔以探明地下水發(fā)育情況和溶洞、洞穴的方位、規(guī)模等地質(zhì)情況。超前鉆孔起點(diǎn)布置在預(yù)測突水處前5～10m。注漿加固范圍為以豎井中心為圓心半徑為5.45m的圓，每循環(huán)深度30～50m，暫按30m分三環(huán)施工，第一環(huán)長度12m，第二環(huán)長度10m，第三環(huán)長度8m；每循環(huán)完成后留6m不開挖作為下一循環(huán)的止?jié){巖盤。

注漿孔布置由工作面豎直向下，布置成4環(huán)加中心一點(diǎn)，內(nèi)外環(huán)按梅花形布設(shè)。

注漿材料為水泥漿：水泥漿的水灰比為0.5：1～1：1，如采用雙漿液，其配比參數(shù)為：C：S=1：（0.6～1）（體積比），水泥漿水灰比為0.8：1～1：1，水玻璃模數(shù)為2.6～2.8，水玻璃濃度為35B。

設(shè)計(jì)注漿壓力為注漿處靜水壓力的2～3倍，一般為初壓0.5～1MPa，終壓3～5MPa。

⑦鎖口施工及明洞回填。鎖口高度為6m，分2層施工。鎖口段底座地基承載力不小于200kPa。

3.2 豎井洞身開挖鉆爆設(shè)計(jì)及施工

土質(zhì)段采用挖機(jī)直接開挖出渣，石質(zhì)段采用鉆爆法施工，采用直眼分段擠壓式掏槽、光面爆破，炸藥為巖石乳化炸藥，藥卷規(guī)格為？準(zhǔn)32×200mm，雷管分為1、3、5、7、9、11段非電毫秒延期雷管，電磁雷管引爆非電毫秒雷管（導(dǎo)爆管雷管）的方式引爆。

豎井開挖前由測量站準(zhǔn)確測出豎井的開挖輪廓線，采用測距儀及垂準(zhǔn)儀定出豎井中心，并由測量員定出開挖輪廓線，開挖后對輪廓線進(jìn)行檢查，確保豎井開挖凈空尺寸符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

根據(jù)施工環(huán)境及地勘揭露圍巖情況，豎井開挖采全斷面法施工，爆破開挖掘進(jìn)。選用YJGN-500型高壓起爆器并串聯(lián)聯(lián)合起爆，先起爆掏槽眼、再起爆輔助眼、最后起爆周邊眼，爆破參數(shù)詳見表1。

3.3 豎井初期支護(hù)施工

豎井初期支護(hù)參數(shù)見表2。

3.4 豎井提升設(shè)備

豎井提升架根據(jù)施工場地情況布置，井口提升架基礎(chǔ)坐于豎井鎖口圈梁混凝土上，其他采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，預(yù)埋連接螺栓。提升設(shè)備主要構(gòu)造如圖3所示，豎井設(shè)備安裝方法詳見圖4。

提升機(jī)用鋼絲繩選用28mm多層股（不旋轉(zhuǎn)）鋼絲繩；溜灰管用JZ-16/800A型鑿井絞車選用鋼絲繩：34mm；抓巖機(jī)用JTz-10/700鑿井絞車選用鋼絲繩：18.5mm；深井泵用JZ-5/400A型鑿井絞車選用鋼絲繩：23.5mm；吊盤穩(wěn)車用2JZ-10/600型鑿井絞車選用鋼絲繩：31mm；風(fēng)水管穩(wěn)車用JZ-10/800型鑿井絞車選用鋼絲繩：31mm；JZ-5/400A型鑿井絞車選用鋼絲繩：23.5mm。

4 豎井與地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道交叉口施工

聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的開挖、初期支護(hù)、二襯施工同正洞施工，重、難點(diǎn)施工為聯(lián)絡(luò)風(fēng)道與豎井、主洞的交叉口施工。

4.1 施工設(shè)計(jì)

按照圖5所示的平面設(shè)計(jì)圖，通風(fēng)豎井與地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道交叉口施工步驟如下：豎井開挖支護(hù)至井底→測量放樣大里程側(cè)送排風(fēng)道襯砌加強(qiáng)段上臺(tái)階開挖輪廓線→機(jī)械、人工配合破除大里程側(cè)上臺(tái)階豎井初期支護(hù)→按SLspfd型襯砌加強(qiáng)段支護(hù)第一榀工16鋼架等初期支護(hù)→試爆開挖、量測震動(dòng)速度等→鉆爆、兩臺(tái)階法施工大里程SLspfd型襯砌加強(qiáng)段開挖支護(hù)→鉆爆、兩臺(tái)階法施工小里程SLspfd型襯砌加強(qiáng)段開挖支護(hù)。

4.2 交叉口段工藝流程

4.2.1 馬頭門破除

由測量站在豎井初期支護(hù)上畫出聯(lián)絡(luò)風(fēng)道SLspfd型襯砌加強(qiáng)段上臺(tái)階開挖輪廓線，破除采用機(jī)械加人工配合破除，先人工用風(fēng)鎬將開挖輪廓線處噴射砼鑿除，露出鋼架，將鋼架割斷后，采用機(jī)械破除掌子面剩余初期支護(hù)。

4.2.2 SLspfd型襯砌加強(qiáng)段初支施工

豎井鑿除完成后，即進(jìn)行地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道SLspfd型襯砌加強(qiáng)段上臺(tái)階初期支護(hù)施工，施工參數(shù)詳見聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工。該段鋼架施工完畢后，必須與豎井割斷鋼架進(jìn)行牢固焊接固定。

4.2.3 試爆、及鉆爆施工

馬頭門噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)定后，進(jìn)行聯(lián)絡(luò)風(fēng)道鉆爆開挖，此段嚴(yán)格采用控制爆破，并進(jìn)行試爆，用儀器測試震動(dòng)值，嚴(yán)格控制爆破震動(dòng)速度，要求爆破震動(dòng)速度控制在50mm/s之內(nèi)。

試爆時(shí)的炮眼布置如圖6所示，爆破參數(shù)見表3。

試爆結(jié)束后，根據(jù)儀器測試結(jié)果，對炮眼布置方式、裝藥量等進(jìn)行調(diào)整。

4.3 主洞交叉口段施工技術(shù)措施

①主洞交叉口段空間受力復(fù)雜，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測和變形分析，并據(jù)以及時(shí)調(diào)整開挖方法和修正支護(hù)參數(shù)，酌情預(yù)留圍巖變形量，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)增設(shè)臨時(shí)鋼支撐，確保圍巖穩(wěn)定和施工安全。

②施工期間，現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人會(huì)同技術(shù)人員對各部支護(hù)進(jìn)行定期檢查。在岔洞變斷面地段，每班責(zé)成專人檢查。

③交叉口段施工過程中必須加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，量測數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給技術(shù)人員，根據(jù)位移測量結(jié)果，評價(jià)支護(hù)的可靠性和圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

④錨桿長度、間距符合設(shè)計(jì)要求，錨桿孔內(nèi)漿液飽滿，并保證噴射混凝土的厚度和密實(shí)度。

5 地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工

5.1 施工設(shè)計(jì)

聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工采用上、下兩臺(tái)階方法開挖施工，開挖進(jìn)尺1～1.5m，采用控制爆破法施工。施工時(shí)遵循“先預(yù)報(bào)，預(yù)加固，短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，早封閉”的原則，按照動(dòng)態(tài)原則組織施工。由于聯(lián)絡(luò)風(fēng)道較短，所以對聯(lián)絡(luò)風(fēng)道進(jìn)行全段加強(qiáng)，初期支護(hù)采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架為主要支護(hù)手段，二次襯砌采用C35鋼筋混凝土二次襯砌，底板采用50cm厚C20混凝土鋪底+C15混凝土整平層+20cm厚C20混凝土面層結(jié)構(gòu)。

地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙（圖7）進(jìn)行施工，加強(qiáng)監(jiān)控量測及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，確保聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的施工安全。

5.2 地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工

兩臺(tái)階法施工步驟如圖8所示。

施工步驟：

1）開挖導(dǎo)坑上半斷面①部；

2）上導(dǎo)坑拱部初期支護(hù)Ι部；

3）單側(cè)開挖導(dǎo)坑下半斷面②部；

4）分側(cè)施工下導(dǎo)坑邊墻初期支護(hù)。

5.3 施工排水

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙顯示，豎井地下水豐富，施工中可能產(chǎn)生涌水，單位長度隧道通過含水層日最大涌水量為8.22m3/d，施工過程中可以采取中間先行的辦法，即鉆爆施工時(shí)中間第一圈鉆孔深度比其余鉆孔深1.5～2.0m，形成集水坑，以便于深井泵的放置、排水。

施工至井底時(shí)每小時(shí)水量為：

8.22×152/24=52.06m3/h

故深井泵選用20QJ（R）20-175/13型4臺(tái)，配套電纜規(guī)格（銅芯）3×10。該水泵揚(yáng)程175m，電機(jī)功率18.5kW，出水管直徑20cm，流量20m3/h，4臺(tái)總流量80m3/h遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)最大涌水量52.06m3/h?，F(xiàn)場備用2臺(tái)深井泵及排水管道，防止水量突然變化增大，同時(shí)便于維修、替換。深井泵電纜與水管分別纏繞在2個(gè)絞車鋼絲繩上，用以固定，防止剮蹭。

豎井內(nèi)抽排出的廢水經(jīng)過地面的三級沉淀池進(jìn)行處理，經(jīng)處理過的水可以用于便道灑水降塵、混凝土養(yǎng)護(hù)等。

6 結(jié)束語

以上是特長隧道楊林隧道的豎井與聯(lián)絡(luò)風(fēng)道配合通風(fēng)設(shè)計(jì)及重點(diǎn)工序的施工方案。經(jīng)專家論證，該方案針對云貴高原地區(qū)的特點(diǎn)和施工要求，科學(xué)安排，合理組織，嚴(yán)格管理，精心施工，減少對周圍環(huán)境和居民正常生活的影響，以成熟的施工技術(shù)措施及先進(jìn)的設(shè)備和施工工藝，防止豎井井壁坍塌及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的坍塌，控制地面沉陷，大大降低了施工難度和施工安全風(fēng)險(xiǎn)，按期為業(yè)主提供合格的工程產(chǎn)品。由于實(shí)際施工活動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過程，期間還能出現(xiàn)一些風(fēng)險(xiǎn)或問題，需要在施工中根據(jù)實(shí)際施工條件，優(yōu)化施工安排，均衡生產(chǎn)，進(jìn)行具體探討。另外，豎井井身段施工前，必須用多功能鉆機(jī)在井身范圍內(nèi)鉆設(shè)2～3孔超前長距離（80～150m）探孔，以準(zhǔn)確確定豎井水量分布高度、出水量、水量變化等水文地質(zhì)，井身段落圍巖破碎、完整情況，確定鉆爆開挖標(biāo)高，提前準(zhǔn)備炸藥及履行相關(guān)手續(xù)，以免臨時(shí)準(zhǔn)備干擾正常的施工秩序。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳光明，韋薇，胡益華.特長公路隧道斜井、豎井設(shè)計(jì)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)[J].隧道建設(shè)，2015，35（04）：342-349.

[2]劉友春.高速公路特長隧道單豎井及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工分析[J]. 中國科技信息，2015（05）：147-149.

[3]李向平.明月山特長隧道通風(fēng)豎井聯(lián)絡(luò)道施工技術(shù)[J].河南科技，2012（24）：38，43.