摘要：城開特長公路隧道擬采用三區段縱向式送排風方案，開縣端設置為送排風豎井。細致闡述了豎井結構設計方案，尤其是對鎖口圈及交叉口部位的設計。同時，介紹了本隧道豎井采用的施工方案，以及各復雜部位的施工注意事項。最后得出以下結論：①豎井鎖口圈及交叉口部位宜采用鋼筋混凝土結構;②通風聯絡道與隧道主洞交疊部位間距不宜小于5m;③結合豎井地質情況、水文條件、井口場地、運輸條件、技術設備及工期要求等選擇合理的施工方案。

　　關鍵詞：豎井;通風聯絡道;鎖口圈;交叉口

　　近年來在國家戰略交通先行的背景下，我國交通投資、建設規模持續攀升。崇山峻嶺之間建設高速公路，需要修建越來越多的特長隧道，長度甚至超過10km。為滿足運營通風及防災救援通風要求，5km以上公路隧道需于隧道洞身段設置豎井或斜井形成分段縱向式通風。豎井作為一種特殊的、有別于常規隧道的豎向地下結構型式，無論從結構設計還是施工技術，均需要根據其特點進行分析研究。雖然，國內外學者和建設者對豎井設計及施工開展了大量的研究，但由于每個工程項目有其自身的特點和要求，施工設備也在不斷提升和改進，施工水平也在持續進步，因而，豎井結構設計及施工相關的研究對于高速公路建設仍具有重要的指導意義。

　　1工程概況

　　城開特長隧道是銀川至百色國家高速公路重慶開縣至城口(渝陜界)段高速公路重大控制性工程之一，左線隧道起訖樁號為ZK71+781~ZK83+270m，長11489m;右線隧道起訖樁號為K71+778~K83+234m，長11456m，最大埋深約為1366m;隧道采用三區段縱向式送排風方案，城口端通風斜井長791m(平長)，坡度22.3°。開縣端送風豎井長303.6m，排風豎井長303m。綜合考慮隧道通風、地質條件、路線布置、豎井施工等多方面的因素。

　　豎井井位屬于構造剝蝕中高山地貌，地形坡度較平緩，一般地形坡度15°~30°，局部地段呈陡坎狀。上覆全新統崩坡積層(Q4col+dl)，厚度約為3.5m，下伏基巖為志留系下統新灘組+羅惹坪組(S1x+l)砂質頁巖。豎井圍巖級別除洞口30m為Ⅴ級外，其余段均為Ⅳ級。綜合地下徑流模數法和大氣降水滲入法，豎井平水期涌水量預測值為1005m3/d，豐水期涌水量預測值為3015m3/d。

　　2豎井結構設計方案研究

　　2.1豎井、聯絡風道、送排風口內輪廓

　　豎井、聯絡風道的面積是根據通風計算確定的經濟斷面，結合圍巖條件和各結構開挖斷面大小，豎井采用圓形結構(送風井內徑為8.4m，排風井內徑為7m)，聯絡風道采用直邊墻結構。通風聯絡道排風口與隧道正洞垂直，受排風口風速的限制，排風口面積滿足風速v<8m/s的要求;面積為37.84m2。排風口跨度比較大，風道與隧道相接處，襯砌結構受力復雜，結合本隧道排風口的圍巖情況，采用直墻+半圓拱的拱形結構。

　　通風聯絡道送風口設在正洞的頂部。隧道左洞利用正洞建筑限界外的上部空間，設置長度20m和厚度30cm鋼筋混凝土隔板的送風口，送風口面積滿足風速v=25~30m/s的要求，豎井左線豎井送風口面積14.42m2;豎井右線豎井送風口面積9.25m2;風道拐角處設置導流板，減小風阻。

　　2.2豎井結構支護參數

　　目前豎井結構的支護參數確定主要采用經驗類比法。其圍巖壓力計算時基本假定為豎井周圍每層巖層受破壞時出現滑動棱柱體，將其上的覆蓋層視為作用于破壞棱柱體上的均布荷載(即秦氏豎井圍巖壓力)。按新奧法原理進行洞室結構設計，即以系統錨桿、噴砼、鋼筋網、鋼架組成初期支護與二次襯砌鋼筋砼相結合的復合襯砌形式：根據工程類比并結合結構檢算結果擬定豎井、聯絡風道襯砌支護參數。

　　2.3鎖口圈結構設計

　　井口鎖口圈類似隧道洞門，是防止井口坍塌、落石，保證施工安全的重要結構[1]。結合豎井口地形及地質情況，井口處設置8m高鋼筋混凝土鎖口圈，厚度為80cm。并參照《公路隧道設計細則》公式(20.2.4-1)~式(20.2.4-6)計算鎖口圈井壁內的軸力及彎矩[2]，并進行相應結構驗算及配筋計算。于鎖口圈底部設置壁座。鎖口圈高出周圍地面至少1m，避免施工期間地表水流入及異物墜入，同時，于周邊設置截水溝。

　　2.4交叉口部位及交疊部位結構設計

　　豎井系統主要有3種交叉口部位：聯絡風道與豎井交叉口(見圖4)、排風聯絡道與隧道主洞交叉口及送風聯絡道與隧道主洞交叉口。交叉口部位是水平結構和豎向結構的交叉點，結構特殊，受力復雜[1]。其設計原則為：(1)結構穩定，安全合理：合理進行空間布局，減少各部位間相關干擾，并根據工程類比法及必要的計算進行鋼筋混凝土結構設計。(2)過渡順暢，利于通風，便于施工：風道內截面突變引起局部風阻，因此，交叉口處應設置過渡段，降低風阻的同時，也方便了施工。聯絡風道與主洞交疊部位需結合該處地質情況及高程關系綜合確定兩者間距。為確保結構的長期穩定及降低施工相互干擾，綜合以往類似工程經驗，建議兩者間距小于5m。

　　2.5豎井防排水設計方案

　　(1)防水設計：豎井防水體系不同于隧道正洞，可不設置防水層，主要通過周邊圍巖的注漿止水及二次襯砌結構自防水實現。不設置變形縫。施工縫采用中埋式橡膠止水帶和背貼式止水帶防水。

　　(2)排水設計：豎井襯砌背后豎向設置四道Φ100HDPE雙壁打孔波紋管(外裹無紡布)，將豎井水引入聯絡風道縱向邊溝內。其余各襯砌左右邊墻背后設置Φ100HDPE雙壁打孔波紋管(外裹無紡布)各一道，其縱坡與風道縱坡一致。排風聯絡道襯砌兩側設置縱向邊溝，接入正洞中心水溝內。

　　(3)施工期間排水：豎井的開挖，每100m左右在豎井井壁上設置臨時儲水洞一處，用于放置水泵及轉運水箱，儲水洞的設置間距及大小可根據水泵揚程等現場實際情況進行調整，豎井施工期間排水采用水泵逐級提取。豎井施工完成后采用C15砼對儲水洞進行回填。

　　3豎井施工方案研究

　　3.1目前常用的豎井施工方法

　　根據國內外煤炭、冶金及水利水電等行業在豎井施工方面的經驗，目前豎井的基本施工方法可按照隧道主洞與豎井建成的先后進行選擇:正井法及反井法。正井法：從井口開始全斷面開挖，自上而下施工，井筒開挖一次鑿巖爆破成型，采用抓巖機裝渣，采用吊桶提升運輸洞渣和材料，出渣完成后施作初期支護和二次襯砌。優點：工藝簡單、技術成熟，可提前開工。缺點：出渣及排水困難、需機械通風、工期一般較長、安全性相對較差等。反井法：先開挖用于溜渣的導洞，然后再用傳統的鉆爆法自上而下擴挖成井[3]。優點：施工場地小，施工設備相對較少，總費用低、工期短、安全性好、導井有利于出渣、排水及通風等特點。缺點：需要主洞施工至豎井處才能開始豎井施工;該法視鉆井設備的技術參數對井深有一定的限制[4]。

　　3.2本項目擬采用的施工方案

　　(1)豎井總體施工方案：結合豎井地質情況、水文條件、井口場地、運輸條件、技術設備及工期要求等，本隧道豎井施工擬采用正井法。洞口搭設提升絞架，使用罐籠垂直提升運輸洞渣及其他材料，自上而下豎向鉆爆施工。豎井施工通風采用壓入式通風，保障井下作業面充分通風，必要時為作業人員配備氧氣袋。豎井鋼筋混凝土襯砌應優先采用一體化液壓滑動模板或滑框倒模工藝，由下至上施工，斷面形狀不規則段可采用小模板拼裝。豎井排水采用揚程不小于100m的水泵逐級提升至洞外，隨開挖深度的加深每100m左右在豎井壁設置臨時儲水洞作為抽水轉運使用。

　　(2)聯絡風道上跨正洞或其他聯絡風道時，施工順序為：①先施工正洞和下部聯絡風道;②再施工上跨聯絡風道。當聯絡風道底部距離初期支護距離較近時，應采用控制爆破(必要時采用非爆破開挖)，并應加強監控量測。

　　(3)交叉口部位的施工順序均要在先期實施洞室的二次襯砌施工完成達到設計強度后，再實施下一洞室，不同聯絡風道不能同時施工，并采用控制爆破，后施工聯絡風道爆破開挖時，中巖墻靠近先行聯絡風道一側直墻中間部位的最大震動速度不超過15cm/s，并加強監控量測。

　　(4)豎井中隔板作為分開風道的鋼筋混凝土結構，厚度為30cm，其水平筋與襯砌預留鋼筋焊接，中隔板和二次襯砌采用一體化液壓模板由下至上一次成型施工技術，使中隔板自身重力全部作用在豎井井壁上。

　　3.3豎井施工安全

　　(1)豎井口施工時應盡快完成鎖口圈二次襯砌澆筑，保證豎井口施工安全。(2)豎井運輸時，井口、井下及提升機房處均應明確統一聯絡信號，有條件時在相應點實行視頻監控。提升、下放、停止等，均應有簡明、易記的色燈信號并有相應的音頻信號支持。(3)應設有安全防護設施和檢查步梯或爬梯，施工階段井筒內應設安全步梯。豎井還應設置可靠的防墜器。(4)提升設備操作人員必須經過專業培訓，經考試合格取得合格證書后，方可從事本項工作。司機上崗前，應認真閱讀提升機操作使用說明書及注意事項等，熟練掌握操作要領，嚴格操作規程。(5)提升機各系統必須定期按使用說明書的有關條文進行維修保養，嚴禁帶故障、超負荷運行。

　　4結論與建議

　　豎井通風系統結構設計和施工均較為復雜，本隧道設計方案及施工方案在已建項目工程經驗基礎上進行了一定的歸納總結，并基于秦氏豎井地壓理論等對圍巖壓力等進行了計算。得出了以下結論：(1)豎井鎖口圈及交叉口部位宜采用鋼筋混凝土結構。(2)通風聯絡道與隧道主洞交疊部位間距不宜小于5m。(3)結合豎井地質情況、水文條件、井口場地、運輸條件、技術設備及工期要求等選擇合理的施工方案。但是目前的豎井相關設計理論不夠系統化，且與工程建設實際仍有部分脫節。建議對豎井仍采用隧道主洞的圍巖級別評判標準及設計理論的現狀合理性進行深入的研究，對豎井的支護方式進行更新、更合理的探索，盡快制定豎井設計及施工方面針對性的規范、標準以供參照。

　　參考文獻:

　　[1]公路隧道設計規范第一冊土建工程[S].北京：人民交通出版社,2019.

　　[2]公路隧道設計細則[S].北京：人民交通出版社,2010.

　　[3]陳光明，韋薇，胡益華.特長公路隧道斜井、豎井設計技術與經驗[J].隧道建設,2015,35(4):342-349.

　　[4]駱馳.華鎣山特長公路隧道通風豎井設計與施工[J].隧道建設,2012,32(3):355-371.

　　[5]混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2015.

　　作者：張孝偉

　　公路建設論文投稿刊物：《隧道建設》雜志是隧道及地下工程領域實踐性很強的技術類科技期刊，北大核心期刊。主要刊載內容為國內外隧道及地下工程領域的新理論、新方法、新技術、新工藝、新設備、新材料、新經驗和工程實錄，相關領域的國內外科技信息、行業動態等。選稿突出創新性、實用性、系統性和導向性。