山區(qū)高速公路特長(zhǎng)隧道斜（豎）井設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

文/王安民、李濤、胡晶、鄭勇、王少飛

1 研究背景

云南省地處云貴高原，94%以上面積為山地，山勢(shì)陡峭險(xiǎn)峻，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，水文地質(zhì)條件差，立體型垂直氣候明顯，修建高速公路十分困難。另外，近些年來(lái)人們對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞小、行車舒適性佳的公路隧道成為高速公路建設(shè)者的首選。一大批特長(zhǎng)、超長(zhǎng)高速公路隧道正在云南規(guī)劃、建設(shè)。而特長(zhǎng)隧道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)避免不了建設(shè)期間的工期問(wèn)題和運(yùn)營(yíng)期間的通風(fēng)防災(zāi)問(wèn)題，本文限于篇幅主要介紹有代表性的4 座隧道：楊林隧道、大亮山隧道、阿扎河隧道和五老山隧道[1]。

2 特長(zhǎng)隧道斜（豎）井及風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)概況

表1 為四座特長(zhǎng)隧道斜（豎）井設(shè)計(jì)概況表。

表1 四座特長(zhǎng)隧道斜（豎）井設(shè)計(jì)概況表

上表中的楊林隧道1#斜井僅用于輔助施工，1#豎井僅用于運(yùn)營(yíng)通風(fēng)；另外，由于楊林隧道交通量大，大車比例高，隧道左幅設(shè)2 處?kù)o電除塵洞室，以凈化洞內(nèi)空氣。大亮山隧道1#斜井和1#豎井既用于輔助施工，又用于運(yùn)營(yíng)通風(fēng)。阿扎河隧道2 座豎井既用于輔助施工又用于運(yùn)營(yíng)通風(fēng)。五老山隧道1#豎井僅用于運(yùn)營(yíng)通風(fēng)。

3 特長(zhǎng)隧道斜（豎）井及風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)

3.1 斜井、豎井的方案選擇

斜井和豎井能夠解決特長(zhǎng)隧道建設(shè)過(guò)程中的輔助施工和運(yùn)營(yíng)通風(fēng)兩大問(wèn)題，但都存在優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)性，斜井和豎井的方案選擇要從地形地質(zhì)、工程水文、施工組織、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、工期要求和工程的難易程度等方面綜合考慮。

3.1.1 斜井（特指無(wú)軌運(yùn)輸?shù)男本?/p>

優(yōu)點(diǎn)：斜井輔助主洞施工功效高，能顯著縮短工期；斜井無(wú)軌運(yùn)輸不需要專用的提升設(shè)備，施工技術(shù)成熟、組織管理簡(jiǎn)單；斜井可通過(guò)選擇合適地形進(jìn)洞，達(dá)到降低井口高程和減少通風(fēng)井長(zhǎng)度的目的，進(jìn)而降低工程造價(jià)和提升通風(fēng)效率；斜井可通過(guò)調(diào)整自身軸線和隧道軸線的夾角，達(dá)到優(yōu)化通風(fēng)分段的目的。

缺點(diǎn)：對(duì)云南山區(qū)大部分類似“饅頭”的地形，很難找到合適的斜井口，為滿足斜井的坡率不得不增加井身長(zhǎng)度，提高了土建費(fèi)用。同時(shí)，斜井井身長(zhǎng)，增加了機(jī)電設(shè)備后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

3.1.2 豎井

優(yōu)點(diǎn)：縮短井身的長(zhǎng)度，從而大幅度減少通風(fēng)阻力；充分利用豎井的煙囪效應(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。

缺點(diǎn)：豎井施工需垂直運(yùn)輸，需要一套專用設(shè)備，且施工設(shè)備較斜井復(fù)雜；豎井施工進(jìn)度較慢；豎井輔助主洞施工時(shí)出渣與下料均是垂直運(yùn)輸，輔助主洞的施工能力不如斜井；正井法施工時(shí)，豎井內(nèi)積水的排出較困難。

3.1.3 工程案例

楊林隧道右幅長(zhǎng)9420m、左幅長(zhǎng)9462m，為單洞三車道隧道（緊急停車帶為單洞四車道），建設(shè)工期四年；從工期看，增加隧道的工作面實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)隧短打”是最有效的方案；從運(yùn)營(yíng)通風(fēng)看，隧道采用通風(fēng)井送排式縱向通風(fēng)為最優(yōu)方案。從隧址區(qū)地形看，隧道中部位置正好有一處低洼地適合建設(shè)斜（豎）井，斜井長(zhǎng)約1000m，豎井深約150m。斜（豎）井位置的總通風(fēng)面積約需要70m2，斜井若只用于輔助施工，斷面約需要50m2；最后從工期需求、施工難易、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)對(duì)比等方面綜合考慮，隧道左幅分兩段縱向通風(fēng)（4921m+4541m），右幅采用全射流通風(fēng)。1#斜井僅用于輔助施工，1#豎井僅用于運(yùn)營(yíng)通風(fēng)，并在隧道左幅設(shè)置兩處?kù)o電除塵洞室。

五老山隧道右幅長(zhǎng)6640m；左幅長(zhǎng)6685m，為單洞兩車道隧道（緊急停車帶為單洞三車道），建設(shè)工期四年；從工期看，雙向掘進(jìn)可滿足建設(shè)工期；從運(yùn)營(yíng)通風(fēng)看，隧道左幅采用通風(fēng)井送排式縱向通風(fēng)為最優(yōu)方案，且隧道左幅為人字坡（+0.400/1845、-1.900/4840），通風(fēng)井布置在靠進(jìn)口端為更優(yōu)方案。從隧址區(qū)地形看，隧道中部高兩端低，進(jìn)出口端地勢(shì)較低處適于布置斜井、豎井。本隧道的輔助通道設(shè)置原則為：正（正常通風(fēng)工況）異（防災(zāi)排煙工況）結(jié)合、最經(jīng)濟(jì)原則、在安全前提下管理最簡(jiǎn)單。最后，從工期需求、地質(zhì)地形、通風(fēng)防災(zāi)、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)對(duì)比等方面綜合考慮，在隧道靠進(jìn)口端設(shè)置1#豎井，深約300m，豎井只用于運(yùn)營(yíng)通風(fēng)和火災(zāi)工況，不參與輔助施工。隧道左幅分兩段縱向通風(fēng)（2460m+4225m），右幅采用全射流通風(fēng)。

3.2 地上、地下風(fēng)機(jī)房的方案選擇

3.2.1 地上風(fēng)機(jī)房

優(yōu)點(diǎn)：值班人員工作環(huán)境好，房屋的采光和空氣質(zhì)量好，值班室、設(shè)備房和生活用房寬敞；大型設(shè)備的出入、更換起吊方便；井下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道和洞室規(guī)模減小，可節(jié)省土建費(fèi)用；地面房屋施工工期短。

缺點(diǎn)：需多占地表土地；風(fēng)機(jī)房設(shè)置于山頂時(shí)值班人員生活、交通不便；建設(shè)地面房屋可能會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。

3.2.2 地下風(fēng)機(jī)房

優(yōu)點(diǎn)：地表征地少，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞??；值班人員便于由隧道進(jìn)入工作地點(diǎn)；值班室為地下結(jié)構(gòu)，四季溫差小。

缺點(diǎn)：地下結(jié)構(gòu)難度大、造價(jià)高；采光和通風(fēng)條件差，值班人員工作環(huán)境較差；空間狹小，設(shè)備拆裝相對(duì)困難。

3.3 風(fēng)機(jī)房選擇

當(dāng)?shù)叵聡鷰r較差，而地表場(chǎng)地開闊、交通便利且沒(méi)有特殊的生態(tài)環(huán)保要求，宜設(shè)置為地上風(fēng)機(jī)房。對(duì)于斜井，多采用軸流風(fēng)機(jī)為臥式的地上風(fēng)機(jī)房；對(duì)于豎井，多采用軸流風(fēng)機(jī)為立式的地上風(fēng)機(jī)房。

當(dāng)?shù)叵聡鷰r較好，而地表場(chǎng)地受限、交通不便且有特殊的生態(tài)環(huán)保要求，宜設(shè)置為地下風(fēng)機(jī)房。地下風(fēng)機(jī)房宜靠近隧道布置，其空間布置應(yīng)滿足通風(fēng)功能要求和消防要求，布置軸流風(fēng)機(jī)洞室、設(shè)備洞室、值班洞室、搬運(yùn)洞室和疏散通道等。

3.4 工程案例

楊林隧道、大亮山隧道和阿扎河隧道在充分考慮了功能要求、地形地質(zhì)、地面交通、環(huán)境保護(hù)、外觀協(xié)調(diào)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等多個(gè)方面因素后采用地上風(fēng)機(jī)房，五老山隧道采用地下風(fēng)機(jī)房。

4 特長(zhǎng)隧道斜（豎）井及地下風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

4.1 總體設(shè)計(jì)

4.1.1 斜井設(shè)計(jì)應(yīng)避免“一坡到底”，宜每隔約300m 設(shè)置一處約30m 長(zhǎng)緩坡段，并在緩坡段設(shè)置掉頭洞室。斜井底部與正洞交叉處宜設(shè)置一段緩坡段，以便施工。

4.1.2 斜井或豎井底部排水溝應(yīng)設(shè)置沉砂池，以便檢修和防止堵塞。

4.1.3 排煙道（通風(fēng)道）上跨主洞時(shí)的坡度宜≤20%，增設(shè)連接豎井。

4.1.4 當(dāng)設(shè)計(jì)為地上風(fēng)機(jī)房時(shí)，豎井宜布置在兩幅隧道中間，以減小地下聯(lián)絡(luò)道的工程規(guī)模。

4.1.5 地下聯(lián)絡(luò)道各類襯砌斷面變化處應(yīng)平順，不宜有突變，保證風(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。

4.1.6 帶橫隔板的送風(fēng)口段過(guò)渡到正常斷面時(shí)，應(yīng)設(shè)置一定長(zhǎng)度的不帶橫隔板但斷面大小不變的過(guò)渡段，以利于風(fēng)流的順暢。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.2.1 地下風(fēng)機(jī)房斷面類型應(yīng)盡可能少，一般不宜超過(guò)3 種，不應(yīng)超過(guò)5 種，以方便施工組織和模板利用效率，提高施工效率。

4.2.2 隧道帶橫隔板的送風(fēng)口段的擴(kuò)大型斷面，宜采用從起拱線位置往上設(shè)置直線段的方法增大斷面面積，以達(dá)到提高施工模板利用效率、減少異形模板、降低施工成本和提高施工效率的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)例，本文提出如下結(jié)論與建議：

斜（豎）井及風(fēng)機(jī)房的布置需與多個(gè)專業(yè)的工程師密切配合；項(xiàng)目的不同，隧道的長(zhǎng)度、隧址區(qū)地形、送排風(fēng)需風(fēng)量等信息也不盡相同，每一個(gè)項(xiàng)目應(yīng)充分考慮地形地質(zhì)條件靈活設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

斜井和豎井方案的比選要從輔助施工和運(yùn)營(yíng)通風(fēng)兩個(gè)最終目的出發(fā)，從地形地質(zhì)、工程水文、施工組織、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、工期要求和工程的難易程度等方面綜合考慮、擇優(yōu)選擇。

地上風(fēng)機(jī)房和地下風(fēng)機(jī)房都有成功的案例，隧道風(fēng)機(jī)房的形式選擇應(yīng)在充分考慮功能要求、地形地質(zhì)、地面交通、環(huán)境保護(hù)、外觀協(xié)調(diào)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等多個(gè)方面因素后擇優(yōu)選擇。