六郎山隧道通风斜井设计

王小杰

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 工程概况

六郎山特长隧道位于朔州市平鲁区，设计为左右线分离式，设计车速为100 km/h。隧道建筑限界净宽10.75 m（0.75 m检修道＋0.50 m左侧侧向宽度＋2×3.75 m行车道＋1.00 m右侧侧向宽度＋1.00 m检修道），净空限界高度5.0 m。右线进口里程为K17+479，出口里程为K22+971，全长5 493 m（隧道路线含断链）；左线进口里程为LK17+500，出口里程LK22+906，全长5 412 m（隧道路线含断链）。隧道底板最大埋深左线190 m、右线215 m。

隧道穿越构造剥蚀中山区，海拔高度1 392～1 723 m，坡角较大，山峰陡立，主要为碳酸盐建造。微地貌为基岩山梁、陡坎、冲沟缓坡。隧道穿越地层主要为中石炭系本溪组泥岩、砂岩，奥陶系中统马家沟组灰岩。路线K17+880—K23+800东侧发育一条张扭性正断层，在K17+880处与路线斜交，该断层走向339°，倾向北东，倾角65°，延伸长度约8 km。受该断层影响，断层附近岩层陡倾，断层带地层破碎。断层对隧道影响较大。

隧道采用纵向分段送排式通风。根据六郎山隧道的长度、工期、地形、地质条件及通风段落的划分要求，在隧道中段设置斜井1处，施工期亦可作为施工辅助通道（斜井+排风道）使用，加快施工进度，隧道贯通后根据设计对斜井进行改造。

2 通风斜井的布置

六郎山特长隧道全长5.5 km，从纵向通风分段的角度考虑，隧道1个通风分段长度一般为3～5 km。因此，从通风角度考虑，本隧道只需分成两段就能满足通风的需要。斜井位置的合理布置，关系到隧道工期、工程规模、后期营运费用。六郎山隧道斜井布置主要考虑了如下因素。

a）隧道施工工期的需要。六郎山隧道属于特长隧道，全长5.5 km，通风斜井的布置除了要满足运营期间隧道通风要求外，施工期亦要作为施工辅助通道使用，加快施工进度，因此斜井应尽量布置在隧道中间位置为宜。

b）隧道运营期间的综合利用，特别是隧道运营通风，采用的营运通风方式，要求技术相对可靠、经济、合理，要满足通风技术要求[1]。

c）斜井尽量设置在稳定的地层当中。但相对来说，斜井跨度一般都不是很大，斜井内施工空间又足以满足超前支护或加强支护的实施,工程质量容易保障，所以,斜井对其穿越的地质条件要求相对较低[2]。在地形方面，要注意洞口处防排水方便，避免被水淹没。洞口应有适合于材料堆放，布设各种管线和生产房屋、弃渣的场所[1]。

d）斜井倾角的大小，影响斜井主通道的长度、提升方式与建井速度[1]。由于本斜井在施工期亦要作为施工辅助通道使用，故考虑斜井出渣方式以无轨运输为主，斜井倾角不大于12°，但也不宜过小。在满足通风的前提下，控制好斜井倾角，使斜井长度最短，减少工程造价与通风阻力，降低运营通风费用。斜井与隧道中线连接处的平面交角，在满足施工和运营要求的前提下，应尽可能采用大角度[3]。

根据六郎山隧道的长度、工期、地形、地质条件及通风段落的划分要求，将六郎山隧道通风斜井布设于LK20+460左侧山体较薄的一侧。斜井主通道长度360 m与隧道轴线的夹角为60°，送风道长97.42 m，排风道长72.0 m，排烟道长88.89 m，送风道与排风道夹角为23.4°，送风道与排烟道夹角为30°。六郎山隧道斜井平面布置见图1。

图1 六郎山隧道斜井平面布置图

纵断设计综合考虑斜井的出渣方式（无轨运输为主），运营通风要求，施工的难易程度及施工期车辆行驶安全等因素，在距离斜井出口处207.5 m处设置一缓冲平台（K0+145—K0+160），长 15 m，坡度2%。斜井主通道纵坡11.8%，张角6.7°，排风道纵坡11.8%，送风道纵坡4.47%，排烟道距离左线隧道顶部垂直距离控制在6 m以上。排烟联络通道剖面见图2。

图2 排烟联络通道剖面图

3 通风斜井设计

3.1 斜井净空断面及技术参数

斜井面积的确定，综合考虑了工程造价和运营费用。当通风量一定时，斜井风速低，斜井风机消耗功率小，运营费低，但斜井面积增大，工程造价增加；斜井风速高，斜井面积就小，造价减少，但斜井风机功率消耗增大，运营费增加[1]。在权衡工程造价和运营费用之后，确定了斜井风速和斜井面积。为满足施工方便，斜井断面采用直墙拱结构。

六郎山隧道斜井（包括联络通道）的主要技术参数如下：

a）斜井建筑内轮廓 宽7.84 m，高7.32 m；

b）斜井断面 面积50.79 m2，周长26.96 m；

c）送风井 面积29.23 m2，周长21.81 m；

d）排风井 面积20.47 m2，周长19.39 m；

e）送风道 面积33.24 m2，周长22.0 m；

f）排风道 面积23.20 m2，周长20.19 m；

g）排烟道 面积26.14 m2，周长19.42 m。

3.2 斜井地质

在隧道洞体以上3倍洞径范围内，根据《公路工程地质勘察规范》附录G、《公路隧道设计规范》，水文地质条件、构造特征、岩石质量指标、岩体完整性系数，对隧道围岩级别进行综合评价。斜井穿越地层主要为中石炭系泥岩、砂岩，奥陶系灰岩。斜井进口80～135 m处穿越断层破碎带，岩芯破碎，全风化，无自稳能力，雨季有淋雨状出水可能。进口260 m范围围岩类别为Ⅴ级，其余为Ⅳ级。

3.3 斜井（含联络通道）衬砌设计

斜井衬砌结构根据其所通过岩层的围岩条件、埋深受力特点，按新奥法原理设计，采用初期喷、锚、钢架支护与二次模筑混凝土的复合衬砌方案，并视地层、地质条件增加长、短管棚、超前锚杆等预加固措施。衬砌结构设计时，综合考虑了地震对衬砌安全的影响，对斜井明洞、Ⅴ浅埋及Ⅴ围岩段、风道交叉加强段二次衬砌采用了钢筋混凝土结构，增强结构的抗震性能。

避险车道一（K0+65—K0+80）、避险车道二（K0+210—K0+225）、缓冲平台（K0+145—K0+160）均按Ⅴ级围岩深埋加宽段设计，避险车道三（K0+285—K0+300）按Ⅴ级围岩浅埋加宽段设计。斜井衬砌支护参数表见表1。斜井衬砌构造见图3。

表1 斜井衬砌支护参数表

图3 斜井衬砌构造图

3.4 斜井施工

斜井施工应按新奥法组织实施，主要工序采用机械化作业，出渣采用无轨运输，二次衬砌浇注采用模板台车，开挖总体上要求拱部采用光面爆破，边墙部采用预裂爆破，以最大限度地保护周边岩体的完整性，同时减少超挖量，提高初期支护的承载能力。洞身Ⅴ级围岩地段采用台阶分部法施工，Ⅳ级围岩地段采用台阶法施工。施工过程中应注意结合监控量测结果，采取相应的措施。

施工期采用轴流风机，进行压入式通风，可以有效保证施工掌子面的能见度，及时观测掌子面的围岩变化情况，确保施工安全。

主洞贯通后，对斜井进行风道隔离时，需根据各风道断面的要求，采用中隔板进行分割施工。考虑斜井的施工期车辆行驶安全等因素，在K0+65—K0+80、K0+210—K0+225、K0+285—K0+300 设置了3处临时避险车道。施工完成后，需封堵，使得主斜井断面连续平顺。

3.5 防排水设计

隧道防排水遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则进行设计，对地表水、地下水妥善处理，形成一个完善通畅的防排水系统。使隧道防水可靠，排水畅通，运营期间隧道内不渗不漏，基本干燥，以保证结构和设备的正常使用和行车安全。

隧道防排水设计主要有以下2个方面：

a）衬砌排水 在初期支护与防水层之间每间隔一定距离设置环向排水管，环向排水管再将汇水引入墙脚外侧设置的纵向排水管中。

b）衬砌防水 在初期支护与二次衬砌之间敷设复合防水层，二次衬砌沉降缝与施工缝设止水带。防水层采用EVA防水卷材+土工布，EVA防水卷材参数必须满足国标18173.1—2000的要求，防水卷材采用无钉工艺施工，施工缝、沉降缝均采用橡胶止水带。

4 结语

六郎山隧道通风斜井的设置，不但满足了运营期间的通风要求，施工期亦可作为施工辅助通道使用，加快施工进度。六郎山隧道通风斜井类型和位置的选择，综合考虑了隧道长度、工期、地形、地质条件及通风段落的划分要求，斜井净空断面的选择,充分考虑了工程造价和运营费用，发挥通风井的经济效益。