六郎山隧道通風斜井設計

王小杰

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

六郎山特長隧道位于朔州市平魯區，設計為左右線分離式，設計車速為100 km/h。隧道建筑限界凈寬10.75 m（0.75 m檢修道＋0.50 m左側側向寬度＋2×3.75 m行車道＋1.00 m右側側向寬度＋1.00 m檢修道），凈空限界高度5.0 m。右線進口里程為K17+479，出口里程為K22+971，全長5 493 m（隧道路線含斷鏈）；左線進口里程為LK17+500，出口里程LK22+906，全長5 412 m（隧道路線含斷鏈）。隧道底板最大埋深左線190 m、右線215 m。

隧道穿越構造剝蝕中山區，海拔高度1 392～1 723 m，坡角較大，山峰陡立，主要為碳酸鹽建造。微地貌為基巖山梁、陡坎、沖溝緩坡。隧道穿越地層主要為中石炭系本溪組泥巖、砂巖，奧陶系中統馬家溝組灰巖。路線K17+880—K23+800東側發育一條張扭性正斷層，在K17+880處與路線斜交，該斷層走向339°，傾向北東，傾角65°，延伸長度約8 km。受該斷層影響，斷層附近巖層陡傾，斷層帶地層破碎。斷層對隧道影響較大。

隧道采用縱向分段送排式通風。根據六郎山隧道的長度、工期、地形、地質條件及通風段落的劃分要求，在隧道中段設置斜井1處，施工期亦可作為施工輔助通道（斜井+排風道）使用，加快施工進度，隧道貫通后根據設計對斜井進行改造。

2 通風斜井的布置

六郎山特長隧道全長5.5 km，從縱向通風分段的角度考慮，隧道1個通風分段長度一般為3～5 km。因此，從通風角度考慮，本隧道只需分成兩段就能滿足通風的需要。斜井位置的合理布置，關系到隧道工期、工程規模、后期營運費用。六郎山隧道斜井布置主要考慮了如下因素。

a）隧道施工工期的需要。六郎山隧道屬于特長隧道，全長5.5 km，通風斜井的布置除了要滿足運營期間隧道通風要求外，施工期亦要作為施工輔助通道使用，加快施工進度，因此斜井應盡量布置在隧道中間位置為宜。

b）隧道運營期間的綜合利用，特別是隧道運營通風，采用的營運通風方式，要求技術相對可靠、經濟、合理，要滿足通風技術要求[1]。

c）斜井盡量設置在穩定的地層當中。但相對來說，斜井跨度一般都不是很大，斜井內施工空間又足以滿足超前支護或加強支護的實施,工程質量容易保障，所以,斜井對其穿越的地質條件要求相對較低[2]。在地形方面，要注意洞口處防排水方便，避免被水淹沒。洞口應有適合于材料堆放，布設各種管線和生產房屋、棄渣的場所[1]。

d）斜井傾角的大小，影響斜井主通道的長度、提升方式與建井速度[1]。由于本斜井在施工期亦要作為施工輔助通道使用，故考慮斜井出渣方式以無軌運輸為主，斜井傾角不大于12°，但也不宜過小。在滿足通風的前提下，控制好斜井傾角，使斜井長度最短，減少工程造價與通風阻力，降低運營通風費用。斜井與隧道中線連接處的平面交角，在滿足施工和運營要求的前提下，應盡可能采用大角度[3]。

根據六郎山隧道的長度、工期、地形、地質條件及通風段落的劃分要求，將六郎山隧道通風斜井布設于LK20+460左側山體較薄的一側。斜井主通道長度360 m與隧道軸線的夾角為60°，送風道長97.42 m，排風道長72.0 m，排煙道長88.89 m，送風道與排風道夾角為23.4°，送風道與排煙道夾角為30°。六郎山隧道斜井平面布置見圖1。

圖1 六郎山隧道斜井平面布置圖

縱斷設計綜合考慮斜井的出渣方式（無軌運輸為主），運營通風要求，施工的難易程度及施工期車輛行駛安全等因素，在距離斜井出口處207.5 m處設置一緩沖平臺（K0+145—K0+160），長 15 m，坡度2%。斜井主通道縱坡11.8%，張角6.7°，排風道縱坡11.8%，送風道縱坡4.47%，排煙道距離左線隧道頂部垂直距離控制在6 m以上。排煙聯絡通道剖面見圖2。

圖2 排煙聯絡通道剖面圖

3 通風斜井設計

3.1 斜井凈空斷面及技術參數

斜井面積的確定，綜合考慮了工程造價和運營費用。當通風量一定時，斜井風速低，斜井風機消耗功率小，運營費低，但斜井面積增大，工程造價增加；斜井風速高，斜井面積就小，造價減少，但斜井風機功率消耗增大，運營費增加[1]。在權衡工程造價和運營費用之后，確定了斜井風速和斜井面積。為滿足施工方便，斜井斷面采用直墻拱結構。

六郎山隧道斜井（包括聯絡通道）的主要技術參數如下：

a）斜井建筑內輪廓 寬7.84 m，高7.32 m；

b）斜井斷面 面積50.79 m2，周長26.96 m；

c）送風井 面積29.23 m2，周長21.81 m；

d）排風井 面積20.47 m2，周長19.39 m；

e）送風道 面積33.24 m2，周長22.0 m；

f）排風道 面積23.20 m2，周長20.19 m；

g）排煙道 面積26.14 m2，周長19.42 m。

3.2 斜井地質

在隧道洞體以上3倍洞徑范圍內，根據《公路工程地質勘察規范》附錄G、《公路隧道設計規范》，水文地質條件、構造特征、巖石質量指標、巖體完整性系數，對隧道圍巖級別進行綜合評價。斜井穿越地層主要為中石炭系泥巖、砂巖，奧陶系灰巖。斜井進口80～135 m處穿越斷層破碎帶，巖芯破碎，全風化，無自穩能力，雨季有淋雨狀出水可能。進口260 m范圍圍巖類別為Ⅴ級，其余為Ⅳ級。

3.3 斜井（含聯絡通道）襯砌設計

斜井襯砌結構根據其所通過巖層的圍巖條件、埋深受力特點，按新奧法原理設計，采用初期噴、錨、鋼架支護與二次模筑混凝土的復合襯砌方案，并視地層、地質條件增加長、短管棚、超前錨桿等預加固措施。襯砌結構設計時，綜合考慮了地震對襯砌安全的影響，對斜井明洞、Ⅴ淺埋及Ⅴ圍巖段、風道交叉加強段二次襯砌采用了鋼筋混凝土結構，增強結構的抗震性能。

避險車道一（K0+65—K0+80）、避險車道二（K0+210—K0+225）、緩沖平臺（K0+145—K0+160）均按Ⅴ級圍巖深埋加寬段設計，避險車道三（K0+285—K0+300）按Ⅴ級圍巖淺埋加寬段設計。斜井襯砌支護參數表見表1。斜井襯砌構造見圖3。

表1 斜井襯砌支護參數表

圖3 斜井襯砌構造圖

3.4 斜井施工

斜井施工應按新奧法組織實施，主要工序采用機械化作業，出渣采用無軌運輸，二次襯砌澆注采用模板臺車，開挖總體上要求拱部采用光面爆破，邊墻部采用預裂爆破，以最大限度地保護周邊巖體的完整性，同時減少超挖量，提高初期支護的承載能力。洞身Ⅴ級圍巖地段采用臺階分部法施工，Ⅳ級圍巖地段采用臺階法施工。施工過程中應注意結合監控量測結果，采取相應的措施。

施工期采用軸流風機，進行壓入式通風，可以有效保證施工掌子面的能見度，及時觀測掌子面的圍巖變化情況，確保施工安全。

主洞貫通后，對斜井進行風道隔離時，需根據各風道斷面的要求，采用中隔板進行分割施工。考慮斜井的施工期車輛行駛安全等因素，在K0+65—K0+80、K0+210—K0+225、K0+285—K0+300 設置了3處臨時避險車道。施工完成后，需封堵，使得主斜井斷面連續平順。

3.5 防排水設計

隧道防排水遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則進行設計，對地表水、地下水妥善處理，形成一個完善通暢的防排水系統。使隧道防水可靠，排水暢通，運營期間隧道內不滲不漏，基本干燥，以保證結構和設備的正常使用和行車安全。

隧道防排水設計主要有以下2個方面：

a）襯砌排水 在初期支護與防水層之間每間隔一定距離設置環向排水管，環向排水管再將匯水引入墻腳外側設置的縱向排水管中。

b）襯砌防水 在初期支護與二次襯砌之間敷設復合防水層，二次襯砌沉降縫與施工縫設止水帶。防水層采用EVA防水卷材+土工布，EVA防水卷材參數必須滿足國標18173.1—2000的要求，防水卷材采用無釘工藝施工，施工縫、沉降縫均采用橡膠止水帶。

4 結語

六郎山隧道通風斜井的設置，不但滿足了運營期間的通風要求，施工期亦可作為施工輔助通道使用，加快施工進度。六郎山隧道通風斜井類型和位置的選擇，綜合考慮了隧道長度、工期、地形、地質條件及通風段落的劃分要求，斜井凈空斷面的選擇,充分考慮了工程造價和運營費用，發揮通風井的經濟效益。