寶鼎2號隧道通風豎井設計與施工技術

聶軍委 楊浩亮

(山東鐵正工程試驗檢測中心有限公司，山東 濟南 250014)

伴隨著我國經濟的飛速發展，高速公路隧道建設向著長、大、深方向邁進，與日俱增大隧道項目也面臨著新的挑戰。作為長大隧道的重要輔助工程之一，豎井的存在對于解決高瓦斯特長隧道的通風和安全運營具有重要意義。而通常情況下，豎井施工往往垂直穿越不同地層，期間復雜的地質條件對于豎井的設計與施工技術提出更高的要求，同時，豎井的施工涉及工作面開挖、井壁初次支護、井壁二次襯砌、中隔墻襯砌等多項分項工程，并且圍巖的運移特性決定了該過程是一個動態過程，因此確定豎井科學合理的設計與施工方案是確保豎井優質安全高效的重中之重。

1 工程概況

寶鼎2號隧道設計為雙向分離式越嶺隧道，左洞進、出口樁號：ZK14+535～ ZK23+310，全長8 775 m，設計路面標高1 386.80 m～1 492.32 m，右洞進、出口樁號：K14+560～ K23+322，全長8 762 m，屬特長隧道，設計路面標高1 386.57 m～1 492.32 m，為“人”字坡，進口縱坡為0.5%，出口縱坡為-1.8%，隧道最大埋深為647 m。隧道左、右洞運營通風采用豎井分兩段縱向通風，左、右線共用一座豎井進行通風，豎井中間設中隔墻將其分為兩個送風道和兩個排風道。綜合考慮功能要求，地形地質條件、外觀協調、環境保護、養護維修及運營管理等因素，采用地面風機房形式，在隧道、豎井底部間設置聯絡風道。寶鼎2號隧道豎井位于路線K18+570右60 m處，地面設置的地面風機房位于一小型山脊上，屬中山地貌，地形起伏較大，場區標高約1 690 m～1 710 m，井深230 m，內徑9.6 m，排風道和送風道凈空面積均為16.49 m2。其平面布置如圖1所示。

2 豎井工程地質

場地地表為人工填筑土，厚度約0.5 m～2 m，主要由素填土及雜填土組成，其下為第四系崩坡積層卵石土及砂土。卵石土呈褐黃色，稍密～中密，稍濕，透水性較好，卵石含量約75%，粒徑5 cm～20 cm，呈亞圓形，粒間充填物主要為粉質黏土，該層厚度約20 cm。中砂層厚約5 m，位于卵石層以下，稍密，潮濕，夾少量卵礫石。下伏基巖為三疊系上統大喬地組礫巖，礫巖強風化層厚約5 m，巖芯呈碎塊狀，中風化層厚度大于200 m，以柱狀巖芯為主，巖體完整性較好。中風化礫巖單軸飽和抗壓強度平均值為62.6 MPa，屬較硬巖。場區無地表水，地下水埋深約12.3 m，以孔隙水為主，水質具微腐蝕性。區域內無不良地質及特殊巖土，地質構造不發育，場區地質條件較好。

豎井場區位于地震動反應特征周期0.45 s、地震動峰加速度值0.15g，其對應地震烈度為7度。

3 豎井結構設計

3.1 支護結構

豎井井口鎖口采用80 cm厚現澆鋼筋混凝土結構，鎖口圈底部采用2 m寬擴大基礎，井口內襯為50 cm厚鋼筋混凝土。豎井井底與地下聯絡風道相交，送風聯絡風道與排煙聯絡風道上下交錯布置，凈距約1.5 m，豎井和聯絡風道襯砌在交叉段均采用加強型襯砌。壁座采用鋼筋混凝土雙錐型式，高1.3 m。壁座設置原則為井深Ⅴ級圍巖地段每40 m設置一處，Ⅳ級圍巖地段每50 m設置一處，施工中可根據實際情況適當調整。此外，井底過渡段上方需設置一處。豎井中隔板作為分開送排風道的隔板，考慮其免維護性，采用30 cm厚鋼筋混凝土。考慮到隔板兩側風壓和溫差的影響，中隔板設雙層鋼筋，并使其與井壁襯砌鋼筋焊接(素混凝土襯砌處保證錨固牢靠)，以確保結構安全。風塔采用現澆鋼筋混凝土框架結構，進風口朝向區域常年主風向，排風口朝上。為防止送、排風口風流的相互影響，風塔排風口置于進風口以上5 m，進、排風口水平間距分別為78 m。

3.2 防排水設計

防水系統主要由襯砌結構混凝土自防水和施工縫防水兩種防水措施組成。二次襯砌采用防水混凝土，抗滲等級為S6，二襯施工縫采用中埋式制品型遇水膨脹橡膠止水條+外貼式橡膠止水帶組合防水。施工縫處先澆筑混凝土與后澆混凝土界面處涂刷混凝土界面劑。

排水系統主要由襯砌背后豎向和環向排水盲管組成：豎井二次襯砌靠圍巖側設4根豎向拉通的φ100排水盲管，豎向按每10 m一道設置，在富水區段增至5 m一道，壁座上下各增設1道。豎向與環向排水盲管間采用配套四通成品連接。豎井壁座在增設豎向排水盲管處預埋外徑133 mm熱軋無縫鋼管，壁座處加設的豎向盲管與其上下加設的環向盲管采用三通成品連接。豎向、環向排水盲管及其接頭處外包無紡布。無紡布質量為300 g/m2。豎井井底地面設置一道30 cm×30 cm的排水溝匯集井壁滲水，并通過倒虹吸與聯絡風道的邊溝連接，將水經由聯絡風道排至地下風機房排水系統。

4 豎井施工方案

4.1 豎井施工順序

豎井采用正井法施工，豎井施工井筒采取模筑單層(鋼筋)混凝土襯砌配合短段掘砌混合作業，采用自上而下鉆爆法正井開挖，重型機械化設備配套，洞口搭設提升井架，實用提升機垂直提升運輸洞渣及其他材料；中隔板待井壁施工完成后自井底往上滑模施工，施工工序見下。

測量放線，施工準備，場平→鎖口圈明挖施工，鎖口背后回填→自上而下對豎井進行開挖，隨挖隨支→挖至豎井底部對聯絡風道進行開挖，隨挖隨支→自上而下綁扎鋼筋，澆筑二襯(含中隔板)→施作地面聯絡風道、風機房和上部風塔結構。

4.2 豎井施工方法

1)鎖口段。

井口鎖口段深6.5 m，采用挖掘機直接開挖，自卸汽車運至棄渣場，挖掘機挖不到的部分可采用臨時龍門架系統等提升出渣施工。當表土穩定時，可全斷面向下挖掘，井即時施作臨時防護；優于井口表層為卵石土和中砂覆蓋，局部可能不穩，必要區段須先行針對塊石土層采用鋼花管注漿鎖定，而后進行開挖施工。表土結構松散，吸水性較強，為減輕井壁壓力，增加井壁的穩定性，井口工作平面周邊設置排水溝以利于場地范圍雨水及時排出。此外，鎖口段施工應盡量避開雨季，并盡快成井。鎖口結構施工完畢后，其背后采用漿砌片石填至井口工作平面，同時安裝施工機械設備，連接好各部分液壓系統管路和電纜，進行運轉調試，準備施工井身。

2)井身開挖。

豎井井口鎖口段施作完畢后，自上而下進行全斷面光面爆破，炮渣自井口由升降設備調出。開挖過程中，襯砌緊跟掌子面，人員上下、物料運輸由井架及提升機完成。

井底與地下聯絡風道交叉段施工時，架設工字鋼架柱及鋼筋梁，以保證交叉段的施工期間的安全。同時進行施工設備的調整，準備井壁二次襯砌及中隔板的施工。

3)井壁二襯及中隔板。

二次襯砌的施工應在井身開挖至井底設計標高后，自下而上分層分段進行澆筑，采用滑模施工，澆筑二襯用的混凝土采用現場拌和，拌和站設置在井口，混凝土通過中間設有緩沖器的溜灰管送至襯砌工作面。入模方式為人工入模，采用機械振搗，自然或灑水養護。豎井井壁與中隔板的襯砌采用一次澆筑施工，豎井十字形隔板與豎井井壁采用Φ18二級鋼筋進行加固連接，混凝土入模順序為先中隔板后豎井襯砌。為防止模板受混凝土澆筑產生的側壓致使模板變位，混凝土澆筑應采用對稱入模和振搗的方式。分層澆筑混凝土厚度控制在30 cm～40 cm，每層澆筑時間應不大于45 min。豎井沿豎向每30 m設置一道施工縫，避免二襯在自重作用下產生過大壓應力，同時，根據井身所處圍巖條件，按一定的間距設置鋼筋混凝土壁座，以充分發揮圍巖的承載作用。

5 結語

結合寶鼎2號隧道豎井所處的工程地質環境，提出了合理的設計及施工方案，確保豎井施工期間的安全、質量與進度，提高工程的社會、經濟和環境效益，同時隨著國家公路及鐵路事業迅猛發展,對于越來越多的長大隧道等類似工程的設計與施工提供了科學依據和技術保證。

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