长大隧道斜井设置的优选

郭建波

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100040）

0 引言

随着国家铁路建设事业的发展，为提高线路的平顺性，满足乘客对舒适性的要求，减少线路对所经过位置的环境影响，铁路在山岭地段选线多以隧道方式通过，从而使得隧道尤其是长大隧道的数量越来越多。

长大隧道施工多数需设置斜井，将一座隧道划分为几段同时施工，以达到长隧短打、快速施工、均衡施工的目的。斜井方案是隧道工程施工的第一个重要方案。斜井位置决定着整座隧道从哪里开始施工，斜井方案一经确定，则在施工过程中难以更改。因此，对斜井位置的合理设置进行研究，确保其技术可行、经济合理，对长大隧道施工来说是一项极为重要的工作。

在蒙华铁路吉安隧道和京沈高铁京冀段梨花顶特长隧道施工中，开展了一系列关于斜井合理设置的探索和实践，满足了工期要求，方便了施工，优化了总体施工布局和施工组织，形成了一些行之有效的经验和原则。本文对斜井理论最合理位置的概念、优选的程序和原则进行了论述和总结，可为类似工程提供借鉴。

1 斜井的功能

隧道作为地下工程，斜井的设置可以是临时的施工措施，也可以是为实现隧道整体功能的永久性工程措施。

斜井的作用主要有以下几个方面：从设计洞口位置施工，独头掘进施工长度太长，不能满足工期要求，需增设斜井实现分段施工，加快隧道施工进度；设计洞门位置处因地形复杂、地质条件差、场地不具备“三通一平”等施工条件，需要另外选择施工洞口位置而增设斜井；长距离独头掘进，施工通风不能满足施工要求，需增设斜井以改善洞内作业条件。

此外，有时为了改善正洞运营时的通风要求、形成应急救援与疏散的通道，也将斜井按照永久工程进行设计，以更好实现隧道运营整体功能。

2 斜井理论最合理位置

对于以解决工期为主要目的的斜井设置，可以以理论最合理位置来指导斜井方案的选择。理论最合理位置是未考虑具体的地形、地质等条件，能够使所形成的各个工作面工作量和工期消耗均衡、各个工作面的贯通时间绝对相同的斜井位置，以理论最合理位置为指导，进行进一步优选，以最终确定可供实施的方案。

斜井理论最合理位置需首先根据总体工期进度进行计算，绘制总进度斜率图，按照各工作面之间工期绝对相同的原则来进行确定。对于进、出口两个工作面掘进的隧道而言，其最迟贯通位置为理论最合理位置。对于需设置多个斜井的隧道而言，需要进行综合计算来确定。

在工程实践中，在理论最合理位置，并不一定具备相应的地形地质和交通条件，因此需对地形地质条件进行进一步现场踏勘，对理论最合理位置进行调整，筛选出几个可能的方案，进行工期及经济比选，优选其中的最优方案作为实施方案。

3 隧道斜井设置的优选和实践

3.1 斜井方案的确定和优选

在工程实践中，斜井方案要结合所需要解决的主要矛盾，采取相应的解决方案。以解决进洞施工条件为主要目的，就要将场地条件作为主要评价条件；以解决工期为主要目的，则不仅要具有良好的进洞条件，还要考虑斜井各段之间的施工长度大体均衡，能够满足总体工期的要求。此外，斜井洞口的选择还要考虑环境保护、抗洪防汛的要求，尽量减少对周边植被、水系的影响，洞口位置地面高程要高于附近周边地面高程，防止洞外水流流入。对于永久保留使用的斜井，尚需要进行洪水位的校核，满足防洪要求。

斜井路面纵坡是影响斜井位置与长度的关键因素。加大斜井的路面纵坡，可以缩短斜井长度，减少施工投入。但是缩短斜井长度，又会增加路面纵坡，影响车辆正常通行。对于永久斜井，还要满足设计功能的要求。一般用于施工的临时斜井，主要考虑运输通行需要，最大纵坡按照四级公路标准宜为不大于10%。从安全的角度考虑，一般间隔200~300m设置不短于20m长的缓坡平台，坡度为0~3%。初选时综合纵坡可以按照9%进行考虑，然后再按照实际斜井纵断面进行校核。

斜井与正洞交界位置处围岩级别要相对较好，一般应不低于IV级围岩。斜井与正洞交汇位置处斜井轴线与正洞轴线夹角不宜小于45°，以减少正洞与斜井喇叭口位置处拱部跨度。

斜井方案的确定过程可以分为图选、实测、比选、确定四个步骤。首先，从隧道总平面地形图上初选进洞位置，一般可选位置位于隧道轴线两侧附近地面标高相对较低处，这样洞口和隧道正洞之间的高差较小，可以缩短斜井长度。初选洞口位置后，对现场进行踏勘，结合实测洞口地形和隧道设计图纸，对斜井的长度和坡度进行核算，考虑斜井的施工条件、工期要求、交汇位置、斜井长度、洞口临时设施的布置等因素拟订几个可行方案，然后进行综合比选后确定最终方案[1]。

3.2 斜井设置的实践

3.2.1 蒙华铁路吉安隧道斜井优选方案

蒙西至华中铁路是国内最长的运煤铁路专线，北起内蒙古浩勒报吉市，止于江西省吉安市，线路全长1837km。蒙华铁路吉安隧道全长4861.5m，设计为单线隧道，设计III级围岩2160m，IV级围岩1860m，V级围岩841.5m。按照综合进度指标计算，若仅设置进、出口两个工作面掘进，贯通位置为距离进口2345m处，贯通工期为30.7个月，不能满足工期要求[2]。吉安隧道未设置斜井总体工期斜率图见图1。

图1 吉安隧道未设置斜井总体工期斜率图

按照进、出口两个工作面施工进行总体进度安排，贯通位置为距离进口2345m处，在此处设置斜井，考虑不同斜井长度、斜井占用工期的长短，均可以使大小里程两个方向的贯通时间相同（如图2中斜井长度L1、贯通位置1及斜井长度L2、贯通位置2，贯通的时间均相同），从而实现各个工作面之间的要素配置和资源消耗均衡，此位置即为斜井理论最合理位置。吉安隧道斜井理论最合理位置工期斜率图见图2。

图2 吉安隧道斜井理论最合理位置工期斜率图

经实际踏勘并结合设计文件，理论交汇位置处于断层地带，不利于斜井进正洞施工，因此将交叉位置向大里程方向偏移102.5m作为斜井设置位置。

设置斜井后，小里程贯通时间为19.5个月，大里程贯通时间为18.2个月，较未设置斜井工期缩短11.2个月，斜井承担2100m正洞施工任务，整个工作面承担任务总体均衡且满足工期要求。吉安隧道优化斜井位置工期斜率图见图3。

图3 吉安隧道优化斜井位置工期斜率图

斜井平面线形如按照直线布置，斜井与正洞平面交角较小，不利于喇叭口段施工及车辆行驶安全，为便于进洞施工及保证斜井路面纵坡，中间设置半径200m 平曲线，优化后斜井长度620m，综合坡度8.9%，交汇处围岩级别为IV级，与正洞轴向夹角80°，较好满足了施工的要求。吉安隧道优化斜井平面布置见图4。

图4 吉安隧道优化斜井平面布置图

3.2.2 京沈高铁梨花顶隧道斜井优化布置

京沈高铁梨花顶隧道全长12243m，对于进口段6189m的施工，设计进口洞口位于深沟边沿陡坡上，不具备进洞施工条件，原设计距离进口84m处设置长度220m横洞以解决进洞问题，距离进口4284m处设置长度854m斜井以增加隧道施工工作面。该设计横洞与斜井之间距离长达4200m，成为控制工期的关键，横洞向进口方向仅施工正洞84m，未能充分发挥斜井在加快总体施工进度方面的作用。梨花顶隧道原斜井布置见图5。

图5 梨花顶隧道原斜井布置图

经现场踏勘，取消原设计横洞，在距离进口924m位置靠近既有平程路侧，设置长度330m的梨花顶1号斜井；既有梨花顶斜井洞口位置保持不变，调整与正洞的角度，将斜井与正洞交汇位置调整至距离进口4884m处，斜井长度缩短为823m。如此，则1号斜井距离进口924m，两斜井之间长度缩短为3960m，2号斜井至标段终点长度为1305m，改善了1号斜井的施工条件，各工作面间所承担施工任务相对比较均衡，整体施工组织得到了极大优化。梨花顶隧道优化后斜井布置见图6。

图6 梨花顶隧道优化后斜井布置图

4 结束语

对于长大隧道，施工前首先要对设计进行深入研究，计算确定理论最合理位置，结合现场实际进行比选论证，对可行的斜井方案进行优选，再开始施工，避免在施工过程中改变方案，造成工期和经济上的浪费。

在蒙华铁路吉安隧道、京沈高铁京冀段梨花顶隧道施工过程中，高度重视斜井的设计和优选问题，进场之初就着手进行斜井方案的优选工作，经过理论分析、图上定线、实地踏勘，对可行的方案进行了综合评价与比选，确定了最优的斜井位置，充分发挥了斜井在隧道施工中的重要作用，产生了良好的技术与经济效益，该斜井优选的成功经验可供类似工程借鉴。