宝鼎2号隧道通风竖井设计与施工技术

2018-07-04聂军委杨浩亮

山西建筑 2018年15期

聂军委杨浩亮

(山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东济南 250014)

伴随着我国经济的飞速发展，高速公路隧道建设向着长、大、深方向迈进，与日俱增大隧道项目也面临着新的挑战。作为长大隧道的重要辅助工程之一，竖井的存在对于解决高瓦斯特长隧道的通风和安全运营具有重要意义。而通常情况下，竖井施工往往垂直穿越不同地层，期间复杂的地质条件对于竖井的设计与施工技术提出更高的要求，同时，竖井的施工涉及工作面开挖、井壁初次支护、井壁二次衬砌、中隔墙衬砌等多项分项工程，并且围岩的运移特性决定了该过程是一个动态过程，因此确定竖井科学合理的设计与施工方案是确保竖井优质安全高效的重中之重。

1 工程概况

宝鼎2号隧道设计为双向分离式越岭隧道，左洞进、出口桩号：ZK14+535～ ZK23+310，全长8 775 m，设计路面标高1 386.80 m～1 492.32 m，右洞进、出口桩号：K14+560～ K23+322，全长8 762 m，属特长隧道，设计路面标高1 386.57 m～1 492.32 m，为“人”字坡，进口纵坡为0.5%，出口纵坡为-1.8%，隧道最大埋深为647 m。隧道左、右洞运营通风采用竖井分两段纵向通风，左、右线共用一座竖井进行通风，竖井中间设中隔墙将其分为两个送风道和两个排风道。综合考虑功能要求，地形地质条件、外观协调、环境保护、养护维修及运营管理等因素，采用地面风机房形式，在隧道、竖井底部间设置联络风道。宝鼎2号隧道竖井位于路线K18+570右60 m处，地面设置的地面风机房位于一小型山脊上，属中山地貌，地形起伏较大，场区标高约1 690 m～1 710 m，井深230 m，内径9.6 m，排风道和送风道净空面积均为16.49 m2。其平面布置如图1所示。

2 竖井工程地质

场地地表为人工填筑土，厚度约0.5 m～2 m，主要由素填土及杂填土组成，其下为第四系崩坡积层卵石土及砂土。卵石土呈褐黄色，稍密～中密，稍湿，透水性较好，卵石含量约75%，粒径5 cm～20 cm，呈亚圆形，粒间充填物主要为粉质黏土，该层厚度约20 cm。中砂层厚约5 m，位于卵石层以下，稍密，潮湿，夹少量卵砾石。下伏基岩为三叠系上统大乔地组砾岩，砾岩强风化层厚约5 m，岩芯呈碎块状，中风化层厚度大于200 m，以柱状岩芯为主，岩体完整性较好。中风化砾岩单轴饱和抗压强度平均值为62.6 MPa，属较硬岩。场区无地表水，地下水埋深约12.3 m，以孔隙水为主，水质具微腐蚀性。区域内无不良地质及特殊岩土，地质构造不发育，场区地质条件较好。

竖井场区位于地震动反应特征周期0.45 s、地震动峰加速度值0.15g，其对应地震烈度为7度。

3 竖井结构设计

3.1 支护结构

竖井井口锁口采用80 cm厚现浇钢筋混凝土结构，锁口圈底部采用2 m宽扩大基础，井口内衬为50 cm厚钢筋混凝土。竖井井底与地下联络风道相交，送风联络风道与排烟联络风道上下交错布置，净距约1.5 m，竖井和联络风道衬砌在交叉段均采用加强型衬砌。壁座采用钢筋混凝土双锥型式，高1.3 m。壁座设置原则为井深Ⅴ级围岩地段每40 m设置一处，Ⅳ级围岩地段每50 m设置一处，施工中可根据实际情况适当调整。此外，井底过渡段上方需设置一处。竖井中隔板作为分开送排风道的隔板，考虑其免维护性，采用30 cm厚钢筋混凝土。考虑到隔板两侧风压和温差的影响，中隔板设双层钢筋，并使其与井壁衬砌钢筋焊接(素混凝土衬砌处保证锚固牢靠)，以确保结构安全。风塔采用现浇钢筋混凝土框架结构，进风口朝向区域常年主风向，排风口朝上。为防止送、排风口风流的相互影响，风塔排风口置于进风口以上5 m，进、排风口水平间距分别为78 m。

3.2 防排水设计

防水系统主要由衬砌结构混凝土自防水和施工缝防水两种防水措施组成。二次衬砌采用防水混凝土，抗渗等级为S6，二衬施工缝采用中埋式制品型遇水膨胀橡胶止水条+外贴式橡胶止水带组合防水。施工缝处先浇筑混凝土与后浇混凝土界面处涂刷混凝土界面剂。

排水系统主要由衬砌背后竖向和环向排水盲管组成：竖井二次衬砌靠围岩侧设4根竖向拉通的φ100排水盲管，竖向按每10 m一道设置，在富水区段增至5 m一道，壁座上下各增设1道。竖向与环向排水盲管间采用配套四通成品连接。竖井壁座在增设竖向排水盲管处预埋外径133 mm热轧无缝钢管，壁座处加设的竖向盲管与其上下加设的环向盲管采用三通成品连接。竖向、环向排水盲管及其接头处外包无纺布。无纺布质量为300 g/m2。竖井井底地面设置一道30 cm×30 cm的排水沟汇集井壁渗水，并通过倒虹吸与联络风道的边沟连接，将水经由联络风道排至地下风机房排水系统。

4 竖井施工方案

4.1 竖井施工顺序

竖井采用正井法施工，竖井施工井筒采取模筑单层(钢筋)混凝土衬砌配合短段掘砌混合作业，采用自上而下钻爆法正井开挖，重型机械化设备配套，洞口搭设提升井架，实用提升机垂直提升运输洞渣及其他材料；中隔板待井壁施工完成后自井底往上滑模施工，施工工序见下。

测量放线，施工准备，场平→锁口圈明挖施工，锁口背后回填→自上而下对竖井进行开挖，随挖随支→挖至竖井底部对联络风道进行开挖，随挖随支→自上而下绑扎钢筋，浇筑二衬(含中隔板)→施作地面联络风道、风机房和上部风塔结构。

4.2 竖井施工方法

1)锁口段。

井口锁口段深6.5 m，采用挖掘机直接开挖，自卸汽车运至弃渣场，挖掘机挖不到的部分可采用临时龙门架系统等提升出渣施工。当表土稳定时，可全断面向下挖掘，井即时施作临时防护；优于井口表层为卵石土和中砂覆盖，局部可能不稳，必要区段须先行针对块石土层采用钢花管注浆锁定，而后进行开挖施工。表土结构松散，吸水性较强，为减轻井壁压力，增加井壁的稳定性，井口工作平面周边设置排水沟以利于场地范围雨水及时排出。此外，锁口段施工应尽量避开雨季，并尽快成井。锁口结构施工完毕后，其背后采用浆砌片石填至井口工作平面，同时安装施工机械设备，连接好各部分液压系统管路和电缆，进行运转调试，准备施工井身。

2)井身开挖。

竖井井口锁口段施作完毕后，自上而下进行全断面光面爆破，炮渣自井口由升降设备调出。开挖过程中，衬砌紧跟掌子面，人员上下、物料运输由井架及提升机完成。

井底与地下联络风道交叉段施工时，架设工字钢架柱及钢筋梁，以保证交叉段的施工期间的安全。同时进行施工设备的调整，准备井壁二次衬砌及中隔板的施工。

3)井壁二衬及中隔板。

二次衬砌的施工应在井身开挖至井底设计标高后，自下而上分层分段进行浇筑，采用滑模施工，浇筑二衬用的混凝土采用现场拌和，拌和站设置在井口，混凝土通过中间设有缓冲器的溜灰管送至衬砌工作面。入模方式为人工入模，采用机械振捣，自然或洒水养护。竖井井壁与中隔板的衬砌采用一次浇筑施工，竖井十字形隔板与竖井井壁采用Φ18二级钢筋进行加固连接，混凝土入模顺序为先中隔板后竖井衬砌。为防止模板受混凝土浇筑产生的侧压致使模板变位，混凝土浇筑应采用对称入模和振捣的方式。分层浇筑混凝土厚度控制在30 cm～40 cm，每层浇筑时间应不大于45 min。竖井沿竖向每30 m设置一道施工缝，避免二衬在自重作用下产生过大压应力，同时，根据井身所处围岩条件，按一定的间距设置钢筋混凝土壁座，以充分发挥围岩的承载作用。