山區高速公路特長隧道斜（豎）井設計經驗與總結

文/王安民、李濤、胡晶、鄭勇、王少飛

1 研究背景

云南省地處云貴高原，94%以上面積為山地，山勢陡峭險峻，地質構造復雜多變，水文地質條件差，立體型垂直氣候明顯，修建高速公路十分困難。另外，近些年來人們對環保的要求越來越高，對生態環境破壞小、行車舒適性佳的公路隧道成為高速公路建設者的首選。一大批特長、超長高速公路隧道正在云南規劃、建設。而特長隧道的建設和運營避免不了建設期間的工期問題和運營期間的通風防災問題，本文限于篇幅主要介紹有代表性的4 座隧道：楊林隧道、大亮山隧道、阿扎河隧道和五老山隧道[1]。

2 特長隧道斜（豎）井及風機房設計概況

表1 為四座特長隧道斜（豎）井設計概況表。

表1 四座特長隧道斜（豎）井設計概況表

上表中的楊林隧道1#斜井僅用于輔助施工，1#豎井僅用于運營通風；另外，由于楊林隧道交通量大，大車比例高，隧道左幅設2 處靜電除塵洞室，以凈化洞內空氣。大亮山隧道1#斜井和1#豎井既用于輔助施工，又用于運營通風。阿扎河隧道2 座豎井既用于輔助施工又用于運營通風。五老山隧道1#豎井僅用于運營通風。

3 特長隧道斜（豎）井及風機房設計

3.1 斜井、豎井的方案選擇

斜井和豎井能夠解決特長隧道建設過程中的輔助施工和運營通風兩大問題，但都存在優缺點和適應性，斜井和豎井的方案選擇要從地形地質、工程水文、施工組織、建設及運營費用、工期要求和工程的難易程度等方面綜合考慮。

3.1.1 斜井（特指無軌運輸的斜井）

優點：斜井輔助主洞施工功效高，能顯著縮短工期；斜井無軌運輸不需要專用的提升設備，施工技術成熟、組織管理簡單；斜井可通過選擇合適地形進洞，達到降低井口高程和減少通風井長度的目的，進而降低工程造價和提升通風效率；斜井可通過調整自身軸線和隧道軸線的夾角，達到優化通風分段的目的。

缺點：對云南山區大部分類似“饅頭”的地形，很難找到合適的斜井口，為滿足斜井的坡率不得不增加井身長度，提高了土建費用。同時，斜井井身長，增加了機電設備后期的運營費用。

3.1.2 豎井

優點：縮短井身的長度，從而大幅度減少通風阻力；充分利用豎井的煙囪效應，降低軸流風機功率，從而降低運營通風費用。

缺點：豎井施工需垂直運輸，需要一套專用設備，且施工設備較斜井復雜；豎井施工進度較慢；豎井輔助主洞施工時出渣與下料均是垂直運輸，輔助主洞的施工能力不如斜井；正井法施工時，豎井內積水的排出較困難。

3.1.3 工程案例

楊林隧道右幅長9420m、左幅長9462m，為單洞三車道隧道（緊急停車帶為單洞四車道），建設工期四年；從工期看，增加隧道的工作面實現“長隧短打”是最有效的方案；從運營通風看，隧道采用通風井送排式縱向通風為最優方案。從隧址區地形看，隧道中部位置正好有一處低洼地適合建設斜（豎）井，斜井長約1000m，豎井深約150m。斜（豎）井位置的總通風面積約需要70m2，斜井若只用于輔助施工，斷面約需要50m2；最后從工期需求、施工難易、建設及運營經濟對比等方面綜合考慮，隧道左幅分兩段縱向通風（4921m+4541m），右幅采用全射流通風。1#斜井僅用于輔助施工，1#豎井僅用于運營通風，并在隧道左幅設置兩處靜電除塵洞室。

五老山隧道右幅長6640m；左幅長6685m，為單洞兩車道隧道（緊急停車帶為單洞三車道），建設工期四年；從工期看，雙向掘進可滿足建設工期；從運營通風看，隧道左幅采用通風井送排式縱向通風為最優方案，且隧道左幅為人字坡（+0.400/1845、-1.900/4840），通風井布置在靠進口端為更優方案。從隧址區地形看，隧道中部高兩端低，進出口端地勢較低處適于布置斜井、豎井。本隧道的輔助通道設置原則為：正（正常通風工況）異（防災排煙工況）結合、最經濟原則、在安全前提下管理最簡單。最后，從工期需求、地質地形、通風防災、建設及運營經濟對比等方面綜合考慮，在隧道靠進口端設置1#豎井，深約300m，豎井只用于運營通風和火災工況，不參與輔助施工。隧道左幅分兩段縱向通風（2460m+4225m），右幅采用全射流通風。

3.2 地上、地下風機房的方案選擇

3.2.1 地上風機房

優點：值班人員工作環境好，房屋的采光和空氣質量好，值班室、設備房和生活用房寬敞；大型設備的出入、更換起吊方便；井下聯絡風道和洞室規模減小，可節省土建費用；地面房屋施工工期短。

缺點：需多占地表土地；風機房設置于山頂時值班人員生活、交通不便；建設地面房屋可能會破壞生態環境。

3.2.2 地下風機房

優點：地表征地少，對生態環境破壞小；值班人員便于由隧道進入工作地點；值班室為地下結構，四季溫差小。

缺點：地下結構難度大、造價高；采光和通風條件差，值班人員工作環境較差；空間狹小，設備拆裝相對困難。

3.3 風機房選擇

當地下圍巖較差，而地表場地開闊、交通便利且沒有特殊的生態環保要求，宜設置為地上風機房。對于斜井，多采用軸流風機為臥式的地上風機房；對于豎井，多采用軸流風機為立式的地上風機房。

當地下圍巖較好，而地表場地受限、交通不便且有特殊的生態環保要求，宜設置為地下風機房。地下風機房宜靠近隧道布置，其空間布置應滿足通風功能要求和消防要求，布置軸流風機洞室、設備洞室、值班洞室、搬運洞室和疏散通道等。

3.4 工程案例

楊林隧道、大亮山隧道和阿扎河隧道在充分考慮了功能要求、地形地質、地面交通、環境保護、外觀協調和運營維護管理等多個方面因素后采用地上風機房，五老山隧道采用地下風機房。

4 特長隧道斜（豎）井及地下風機房設計經驗

4.1 總體設計

4.1.1 斜井設計應避免“一坡到底”，宜每隔約300m 設置一處約30m 長緩坡段，并在緩坡段設置掉頭洞室。斜井底部與正洞交叉處宜設置一段緩坡段，以便施工。

4.1.2 斜井或豎井底部排水溝應設置沉砂池，以便檢修和防止堵塞。

4.1.3 排煙道（通風道）上跨主洞時的坡度宜≤20%，增設連接豎井。

4.1.4 當設計為地上風機房時，豎井宜布置在兩幅隧道中間，以減小地下聯絡道的工程規模。

4.1.5 地下聯絡道各類襯砌斷面變化處應平順，不宜有突變，保證風流順暢，減少通風風流局部風壓損失，達到降低隧道運營費用的目的。

4.1.6 帶橫隔板的送風口段過渡到正常斷面時，應設置一定長度的不帶橫隔板但斷面大小不變的過渡段，以利于風流的順暢。

4.2 結構設計

4.2.1 地下風機房斷面類型應盡可能少，一般不宜超過3 種，不應超過5 種，以方便施工組織和模板利用效率，提高施工效率。

4.2.2 隧道帶橫隔板的送風口段的擴大型斷面，宜采用從起拱線位置往上設置直線段的方法增大斷面面積，以達到提高施工模板利用效率、減少異形模板、降低施工成本和提高施工效率的目的。

5 結語

通過工程實例，本文提出如下結論與建議：

斜（豎）井及風機房的布置需與多個專業的工程師密切配合；項目的不同，隧道的長度、隧址區地形、送排風需風量等信息也不盡相同，每一個項目應充分考慮地形地質條件靈活設計、創新設計。

斜井和豎井方案的比選要從輔助施工和運營通風兩個最終目的出發，從地形地質、工程水文、施工組織、建設及運營費用、工期要求和工程的難易程度等方面綜合考慮、擇優選擇。

地上風機房和地下風機房都有成功的案例，隧道風機房的形式選擇應在充分考慮功能要求、地形地質、地面交通、環境保護、外觀協調和運營維護管理等多個方面因素后擇優選擇。