通风竖井及联络风道交叉口施工方案探析

李学庄

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

摘要： 杨林隧道采用的通风方式为竖井与联络风道配合通风。本文将结合工地水文地质条件，具体介绍该隧道的施工设计和重要节点的处理方法，为同类工程提供有价值的参阅资料。

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.

关键词： 通风竖井施工；联络风道交叉口施工；水文地质

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

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）15-0136-05

0 引言

对于特长公路隧道来说，其通风设计和施工不仅关系到隧道的建设规模和将来的运营成本，而且和隧道的防火救灾相关。隧道通风设计必须考虑工地的地理地貌特征、环境条件以及施工要求等诸多因素，才能真正实现通风与防火防灾的目的。杨林隧道属于特长隧道，该隧道采用的通风方式为竖井与联络风道配合通风。施工单位针对隧道所处的地理位置及环境条件，布置了独立的排烟通道与竖井相连，左幅采用竖井送排式纵向通风结合两处静电除尘系统，充分利用有利的地理地貌条件缩短了联络风道长度，降低了联络风道设计纵坡，大大降低了施工难度和施工安全风险。

1 工程概况

1.1 设计概况

杨林隧道为特长隧道，根据隧道交通量、地形地质条件、环境保护、火灾通风控制等多方面综合要求，为满足运营期间通风的需求并利于施工通风，设置通风竖井一座。通风竖井将作为运营期间左幅隧道的送、排风通道及右幅隧道的排烟通道。隧道右幅采用全纵向通风，同时设置独立排烟通道与竖井相连，左幅采用竖井送排式纵向通风结合两处静电除尘系统。

通风竖井中心位置为左幅ZK18+171.25右幅侧18.36m处，深度152.5m，位于左、右两幅之间。竖井衬砌类型：锁口明洞6.5m；SJ-V：56.3m；SJ-V-JQ：13m；SJ-Ⅳ：54.9m；SJ-Ⅳ-JQ：19.2m；SJ-BZ：2.6m，地下联络风道SLpfk9.74m；SLspsd（一般段）45.22m；SLspsd（加强段）19.40m；Slpyk9.66m；Slpyd20.57m。

1.2 工程地质及水文情况

竖井围岩有第四系角砾土、粉质粘土，二叠系下统栖霞—茅口组灰岩，二叠系峨眉山组玄武岩，第四系底层松散，上部玄武岩风化强烈，下部灰岩岩溶较发育，围岩级别为V2～Ⅳ1级，竖井地下水丰富，施工中可能产生涌水，通过计算预测单位长度隧道通过含水层日稳定涌水量6.85m3/d，单位长度日最大涌水量8.22m3/d。隧道工程所处位置的水文地质参数详见图1。

1.3 通风竖井及联络风道交叉口工程重、难点分析

结合通风竖井及联络通道的施工内容和施工情况、工程水文地质特点等，参考类似工程施工经验，本竖井施工的主要重、难点有：①竖井自身结构开挖支护深度大，达到152.5m，施工难度大；②施工场地范围狭小，出渣效率低，对施工进度影响较大；③竖井与联络风道及正洞与联络风道的马头门破除施工，联络风道安全贯通是施工的重点，也是控制的难点；④爆破施工对已经支护完成的竖井井身、联络风道的震动破坏风险，是控制安全施工的重点；⑤由于该竖井地质相对较差，地下水丰富，竖井开挖时周边注浆、超前帷幕注浆处理加固、地下水、地表水的应急处理是本工程施工重、难点。

2 整体施工流程

总体施工步骤：临建、生活区建设→竖井场地平整→测量放线→井点降水布置及截排水沟、防护栏杆施工→明洞开挖及防护→超前周边注浆、帷幕注浆及注浆效果检查→施工锁口→浆砌片石回填及井架基础施工→井架安装、调试及验收报备→开挖支护→联络风道马头门施工→联络风道施工→二次衬砌（含中隔墙）施工。

3 竖井施工

3.1 竖井明洞段施工

明洞开挖施工前，先进行测量放线，放出井点降水布置线和地表截水沟位置（如图2所示），按设计要求施做截水沟和井点降水。待井点降水效果达到要求后开始明洞段开挖，洞口段仰坡边开挖边进行臨时坡面防护，采用10cm 厚C20喷射砼及25cm×25cmΦ8钢筋网片，开挖明洞时，注意在一侧预留进出斜坡，以供机械上下通行。

①场地平整：场地平整至设计图纸中竖井施工期间回填线标高处，高出部分进行挖除，不足部分分层填筑压实至该设计标高。

②测量放线：测量站将井点降水布置线、截排水沟布置线、明洞开挖开口线、竖井中心点等部位进行放样，用白灰洒出作为标记，并对班进行书面交底，开挖过程中注意复测，保证边坡及标高到位不超挖。

③井点降水、截排水沟及防护栏杆施工：根据放线进行水沟开挖及防护栏杆基础施工，坡顶截水沟为M7.5浆砌片石砌筑，截水沟顶面要比地面低，保证顺利汇水，钢护栏杆基础采用30cm方形C20砼基础，栏杆为？准50×4mm钢管，外露高度1m。

④明洞开挖及防护：明洞开挖高度及边坡坡度（1：0.5）按测量所给交底进行开挖控制，开挖后随即对边坡进行临时防护，挂设？准8钢筋网片，网格间距25×25cm，喷射C20喷射混凝土，厚度10cm，并预留排水孔。

⑤竖向超前周边注浆。超前周边注浆分两个注浆循环，第一循环注浆范围为开挖轮廓线外3m，第二循环外插角为100，同第一循环的搭接长度为10m。

注浆材料为水泥浆，必要时采用水泥—水玻璃双奖液，浆液浓度根据岩体条件加以调整，初拟如下：水泥浆的水灰比为0.4：1～0.5：1，如采用双浆液，其配比参数为：C：S=1：（0.6～1）（体积比），水泥浆水灰比为0.8：1～1：1，水玻璃模数为2.6～2.8，水玻璃浓度为35B。设计注浆压力（终压值）为注浆处静水压力的2～3倍。

该段静水压力：ρgh=1000×9.8×（2020-1973.5）=455.7kPa

终压=2.5倍静水压力=1.14MPa。

第一循环外圈宜采用前进式注浆，内圈宜采用后退式注浆，同一圈孔间隔施工；第二循环每一圈宜采用前进式注浆。

⑥竖向超前帷幕注浆。

明洞开挖完成后即开始帷幕注浆施工，共计施工三个循环，施工前应在超前地质预报指引下钻设5～6个超前钻孔以探明地下水发育情况和溶洞、洞穴的方位、规模等地质情况。超前钻孔起点布置在预测突水处前5～10m。注浆加固范围为以竖井中心为圆心半径为5.45m的圆，每循环深度30～50m，暂按30m分三环施工，第一环长度12m，第二环长度10m，第三环长度8m；每循环完成后留6m不开挖作为下一循环的止浆岩盘。

注浆孔布置由工作面竖直向下，布置成4环加中心一点，内外环按梅花形布设。

注浆材料为水泥浆：水泥浆的水灰比为0.5：1～1：1，如采用双浆液，其配比参数为：C：S=1：（0.6～1）（体积比），水泥浆水灰比为0.8：1～1：1，水玻璃模数为2.6～2.8，水玻璃浓度为35B。

设计注浆压力为注浆处静水压力的2～3倍，一般为初压0.5～1MPa，终压3～5MPa。

⑦锁口施工及明洞回填。锁口高度为6m，分2层施工。锁口段底座地基承载力不小于200kPa。

3.2 竖井洞身开挖钻爆设计及施工

土质段采用挖机直接开挖出渣，石质段采用钻爆法施工，采用直眼分段挤压式掏槽、光面爆破，炸药为岩石乳化炸药，药卷规格为？准32×200mm，雷管分为1、3、5、7、9、11段非电毫秒延期雷管，电磁雷管引爆非电毫秒雷管（导爆管雷管）的方式引爆。

竖井开挖前由测量站准确测出竖井的开挖轮廓线，采用测距仪及垂准仪定出竖井中心，并由测量员定出开挖轮廓线，开挖后对轮廓线进行检查，确保竖井开挖净空尺寸符合设计和规范要求。

根据施工环境及地勘揭露围岩情况，竖井开挖采全断面法施工，爆破开挖掘进。选用YJGN-500型高压起爆器并串联联合起爆，先起爆掏槽眼、再起爆辅助眼、最后起爆周邊眼，爆破参数详见表1。

3.3 竖井初期支护施工

竖井初期支护参数见表2。

3.4 竖井提升设备

竖井提升架根据施工场地情况布置，井口提升架基础坐于竖井锁口圈梁混凝土上，其他采用混凝土扩大基础，预埋连接螺栓。提升设备主要构造如图3所示，竖井设备安装方法详见图4。

提升机用钢丝绳选用28mm多层股（不旋转）钢丝绳；溜灰管用JZ-16/800A型凿井绞车选用钢丝绳：34mm；抓岩机用JTz-10/700凿井绞车选用钢丝绳：18.5mm；深井泵用JZ-5/400A型凿井绞车选用钢丝绳：23.5mm；吊盘稳车用2JZ-10/600型凿井绞车选用钢丝绳：31mm；风水管稳车用JZ-10/800型凿井绞车选用钢丝绳：31mm；JZ-5/400A型凿井绞车选用钢丝绳：23.5mm。

4 竖井与地下联络风道交叉口施工

联络风道的开挖、初期支护、二衬施工同正洞施工，重、难点施工为联络风道与竖井、主洞的交叉口施工。

4.1 施工设计

按照图5所示的平面设计图，通风竖井与地下联络风道交叉口施工步骤如下：竖井开挖支护至井底→测量放样大里程侧送排风道衬砌加强段上台阶开挖轮廓线→机械、人工配合破除大里程侧上台阶竖井初期支护→按SLspfd型衬砌加强段支护第一榀工16钢架等初期支护→试爆开挖、量测震动速度等→钻爆、两台阶法施工大里程SLspfd型衬砌加强段开挖支护→钻爆、两台阶法施工小里程SLspfd型衬砌加强段开挖支护。

4.2 交叉口段工艺流程

4.2.1 马头门破除

由测量站在竖井初期支护上画出联络风道SLspfd型衬砌加强段上台阶开挖轮廓线，破除采用机械加人工配合破除，先人工用风镐将开挖轮廓线处喷射砼凿除，露出钢架，将钢架割断后，采用机械破除掌子面剩余初期支护。

4.2.2 SLspfd型衬砌加强段初支施工

竖井凿除完成后，即进行地下联络风道SLspfd型衬砌加强段上台阶初期支护施工，施工参数详见联络风道施工。该段钢架施工完毕后，必须与竖井割断钢架进行牢固焊接固定。

4.2.3 试爆、及钻爆施工

马头门喷射混凝土强度达到要求、监控量测数据达到稳定后，进行联络风道钻爆开挖，此段严格采用控制爆破，并进行试爆，用仪器测试震动值，严格控制爆破震动速度，要求爆破震动速度控制在50mm/s之内。

试爆时的炮眼布置如图6所示，爆破参数见表3。

试爆结束后，根据仪器测试结果，对炮眼布置方式、装药量等进行调整。

4.3 主洞交叉口段施工技术措施

①主洞交叉口段空间受力复杂，施工过程中应加强监控量测和变形分析，并据以及时调整开挖方法和修正支护参数，酌情预留围岩变形量，必要时应及时增设临时钢支撑，确保围岩稳定和施工安全。

②施工期间，现场施工负责人会同技术人员对各部支护进行定期检查。在岔洞变断面地段，每班责成专人检查。

③交叉口段施工过程中必须加强监控量测工作，量测数据及时反馈给技术人员，根据位移测量结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数。

④锚杆长度、间距符合设计要求，锚杆孔内浆液饱满，并保证喷射混凝土的厚度和密实度。

5 地下联络风道施工

5.1 施工设计

联络风道施工采用上、下两台阶方法开挖施工，开挖进尺1～1.5m，采用控制爆破法施工。施工时遵循“先预报，预加固，短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”的原则，按照动态原则组织施工。由于联络风道较短，所以对联络风道进行全段加强，初期支护采用喷射混凝土、钢筋网、钢拱架为主要支护手段，二次衬砌采用C35钢筋混凝土二次衬砌，底板采用50cm厚C20混凝土铺底+C15混凝土整平层+20cm厚C20混凝土面层结构。

地下联络风道在施工中严格按照设计图纸（图7）进行施工，加强监控量测及超前地质预报工作，确保联络风道的施工安全。

5.2 地下联络风道施工

两台阶法施工步骤如图8所示。

施工步骤：

1）开挖导坑上半断面①部；

2）上导坑拱部初期支护Ι部；

3）单侧开挖导坑下半断面②部；

4）分侧施工下导坑边墙初期支护。

5.3 施工排水

根据设计图纸显示，竖井地下水丰富，施工中可能产生涌水，单位长度隧道通过含水层日最大涌水量为8.22m3/d，施工过程中可以采取中间先行的办法，即钻爆施工时中间第一圈钻孔深度比其余钻孔深1.5～2.0m，形成集水坑，以便于深井泵的放置、排水。

施工至井底时每小时水量为：

8.22×152/24=52.06m3/h

故深井泵选用20QJ（R）20-175/13型4臺，配套电缆规格（铜芯）3×10。该水泵扬程175m，电机功率18.5kW，出水管直径20cm，流量20m3/h，4台总流量80m3/h远大于设计最大涌水量52.06m3/h。现场备用2台深井泵及排水管道，防止水量突然变化增大，同时便于维修、替换。深井泵电缆与水管分别缠绕在2个绞车钢丝绳上，用以固定，防止剐蹭。

竖井内抽排出的废水经过地面的三级沉淀池进行处理，经处理过的水可以用于便道洒水降尘、混凝土养护等。

6 结束语

以上是特长隧道杨林隧道的竖井与联络风道配合通风设计及重点工序的施工方案。经专家论证，该方案针对云贵高原地区的特点和施工要求，科学安排，合理组织，严格管理，精心施工，减少对周围环境和居民正常生活的影响，以成熟的施工技术措施及先进的设备和施工工艺，防止竖井井壁坍塌及联络风道的坍塌，控制地面沉陷，大大降低了施工难度和施工安全风险，按期为业主提供合格的工程产品。由于实际施工活动是一个动态发展的过程，期间还能出现一些风险或问题，需要在施工中根据实际施工条件，优化施工安排，均衡生产，进行具体探讨。另外，竖井井身段施工前，必须用多功能钻机在井身范围内钻设2～3孔超前长距离（80～150m）探孔，以准确确定竖井水量分布高度、出水量、水量变化等水文地质，井身段落围岩破碎、完整情况，确定钻爆开挖标高，提前准备炸药及履行相关手续，以免临时准备干扰正常的施工秩序。

参考文献：

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