公路隧道斜井联络风道施工技术研究

景岗山 JING Gang-shan

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

通风斜井是公路特长隧道最常设置的辅助通道之一，它不仅可以实现施工、运营期间通风，还可以在施工期间增加工作面，缓解主线隧道工期压力。

隧道正洞及斜井洞身均为常规断面，三台阶、全断面等施工工法已比较成熟，而斜井与主线隧道衔接联络段，则因不同设计院所，会有不同的设计形式，比如辅助通道与主线隧道的相对位置。有的会设计同一条斜井通过设置中隔墙向同一条主线隧道进行送、排风，有的则会设计不带中隔墙的斜井，同一条斜井同时向2 条主线隧道送风，另一条斜井则同时向2 条主线隧道排风，有的可能会设计竖井与斜井协同进行送排风。在公路特长隧道的通风设计中，一般会按分区段送排风进行设计，并根据远期交通量计算结果实施近、远期通风计划。

设计形式不同，施工方法也会不同，同时也会存在不同的施工技术难题。普遍地，在各联络风道与主线隧道交叉口都存在共性问题，如交叉口拱部弧线段位置存在较为突出的应力集中问题[1]，围岩越差问题越显著，联络风道进正洞挑顶施工难题[2]等等。另外，因主线隧道间距离一般不超过30～50m，基本辅助通道都设置在主线隧道的外侧，所以还会存在联络风道上跨主线隧道的施工难题，如果联络风道底部距主线隧道拱顶围岩厚度设计过大，则联络风道纵坡则会较陡，联络风道开挖、二衬等工序施工难度将大大增加；如果围岩厚度设计过小，联络风道、主线隧道两条上、下十字交叉的通道爆破施工则可能破坏该厚度层围岩[3-4]，后施工通道爆破期间，有可能损坏先施工通道已形成的初支、二衬结构，产生结构裂缝，甚至垮塌。

本文依托彭水隧道通风斜井，进行了联络风道施工技术攻关，基于与主线隧道正交的联络风道施工，提出了排烟道进正洞挑顶技术、上跨段爆破减震等施工技术，实现了交叉段联络风道安全、快速施工，丰富了隧道通风斜井施工技术。

1 工程概况

渝湘高速公路复线（巴南至彭水段）巴彭路彭水隧道斜井位于武隆区文复乡楠木村，斜井设计为双车道通风斜井，起讫桩号XJK0+000～XJK1+925，全长1925m，位于右线隧道右侧，斜井内轮廓宽8.5m，高6.65m，综合纵坡9.83%，每隔270m 设纵坡为3.0%的30m 长休息平台，运输方式为无轨运输。彭水隧道斜井根据结构类型、通风方式，按新奥法原理设计，采用复合式衬砌，各类初期支护以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架为主要支护手段，V 级围岩段、断层破碎带及软弱富水带辅以超前小导管等预加固措施，二次衬砌均采用C35 模筑混凝土，采用整体式衬砌台车浇筑。

2 联络风道设计情况

斜井内设中隔板，隧道左线通过排烟联络道接斜井进行排烟，仅在紧急情况时使用；隧道右线通过排烟联络道和送风联络道接斜井，通过斜井进行送排式通风，斜井净空总面积为44.6m2，分为22.3m2的两个风道用以送排风。右线排烟联络道与右线隧道相交于YK151+680，距隧道进口3984m，井口与井底高差189m。右线送风联络道与右线隧道相交于YK151+715，左线排烟联络道与左线隧道相交于ZK151+663。各联络风道与主线隧道均按正交设置。隧道斜井及联络风道平面布置示意图见图1。

图1 隧道斜井及联络风道平面布置示意图

左线排烟联络道上跨彭水隧道左线，上跨处联络道底板距左线隧道拱顶厚度为2.0m，上跨段前后50m 范围采用机械开挖，左线主洞二衬稳定后方可施工左线排烟联络风道。右线排烟联络道、左线排烟联络道均通过扩大渐变喇叭口与主线隧道相连。

3 施工关键技术

3.1 隧道右线排烟联络道

在联络风道与主线隧道交叉处，特别地，在拱部交叉部位，存在复杂的应力集中情况，在初期支护实施之前，存在较大的围岩变形、掉块等施工风险，应在开挖后，及时完成支护，以获得稳定的受力结构。

施工中，联络风道靠正洞侧8.4m 长度范围内洞身安装I16 型钢钢架，钢架间距按1.0m，并及时实施锚喷支护。

在斜井施工接近与右线交叉里程时，联络风道最后3榀门架施工时可提前60cm 向上钻爆，纵坡度根据正线拱腰圆弧及预留变形量、门架支护厚度确定，从正线与联络风道相交里程起，按1.5m 阶梯形式抬高，采用联络风道洞身宽度10m、高度约5m 的导洞垂直右线中线沿正线开挖轮廓线爬坡开挖，在正线中线处达到正线拱顶高程，形成上台阶操作平台。上台阶初期支护完成后，先向正线大里程方向开挖5m，再向小里程方向开挖5m，然后由联络风道底板处向正洞开挖，形成上下台阶，进入正常工序开挖施工。施工中预留15cm 变形沉降量。

联络风道与正线交叉口段，先施工主洞断面，待主洞支护稳定后，再开挖排烟道。根据测量位置联络风道口两侧先各独立安装3 根I22b 型钢立柱，用于支撑I22b 型钢托梁，I22b 型钢立柱通过ϕ22 砂浆锚杆进行固定，锚杆长3.5m，打设于立柱两侧，间距75cm，锚杆尾部与立柱钢架两侧焊接牢固。立柱施工完成后，安装I22b 型钢架托梁，保证相交地段三维受力状态围岩的稳定，在此型钢钢架上焊接3 根平行I22b 型钢托架。3 根平行立柱间用I22b 短型钢焊接成整体，短型钢间距1m，为正洞钢架提供落脚平台，正洞上台阶拱架拱脚与I22b 托架螺栓连接，连接板尺寸66cm×29cm，立柱脚底位置焊接3 根I22b 型钢拱架做套拱，托架与套拱间空隙设置I22b 型钢竖向立柱短支撑，短支撑间距1m。正线拱架间距1m，共计数量10 榀。斜井交叉口钢架连接示意图见图2。联络风道加强段开挖完成后，及时进行底板施工。

图2 斜井交叉口钢架连接示意图（单位：cm）

在交叉口锁口位置，对应锁口拱架外侧还要架立一榀I22b 型钢门架，因此在原有开挖断面尺寸上还需要加宽0.5m。

当门架的位置满足尺寸要求时，先立锁口拱架，然后立工字钢托架，门架拱顶位置与锁口拱架拱顶重合位置进行焊接，两侧打锁脚锚管并进行焊接，锁口拱架与门架拱脚落在同一平面上，底部进行焊接。底部拱脚要落在坚硬岩层或者用钢板垫底，然后进行初喷。当支护完成后施作底板。[5]

正洞拱架与门架连接的单元拱架加工须注意切割角度，以免拱脚连接板与门架顶焊接的钢板不密贴。

在进入正洞一段距离，即形成交叉口联络通道模筑衬砌空间后，及时对联络通道交叉口往斜井方向设计范围内施作二次衬砌，厚度40cm，二次衬砌达到设计强度后拆模，形成对交叉口处围岩受力的有效支护。

3.2 隧道左线排烟联络道

左线排烟联络风道与正线左线交叉里程ZK151+663，正线衬砌类型为S5b。待左洞正线初期支护施工完成稳定后进行开挖施工。隧道左线排烟联络道剖面图见图3。

图3 隧道左线排烟联络道剖面图（单位：m）

左线联络风道交叉口段5m 范围从正洞向风道进行开挖，风道交叉口段衬砌类型为XJFD-2，采用I14 钢架，间距1.2m。正洞初支施工时，预留交叉口门洞位置，门洞两侧预埋I22b 型钢托梁支撑，托梁支撑两侧采用ϕ22 砂浆锚杆加固，间距75cm，锚杆尾部与托梁支撑焊接在一起，增加交叉口的钢架稳定性，其次安设I22b 钢架托梁，与托梁支撑焊接牢固。正洞初支钢架坐落在托梁钢架上，打设ϕ22 砂浆锚杆锁脚，并焊接牢固。

左线排烟通道剩余部分在右线正线二次衬砌施工完成后，进行开挖施工，上跨右线部分（前后30m 范围）采用机械开挖，减小对正线的扰动。机械开挖根据围岩情况，尽量采取小功率破碎锤进行施做。过程中为确保施工安全，正洞段安排测量人员对正洞进行监控监测，发现异常及时停止风道开挖，加强正洞施工监测，必要时撤离附近施工人员及机械设备，待监测稳定后方可进行施工。

上跨右线30m 段落范围内无法进行机械开挖的硬岩段及前后10m 段落，采用两台阶微震爆破法开挖。开挖总高度为6.86m，上台阶设置高度5.41m，按正常爆破设计爆破，下台阶按1.45m 高度施工，横排水平炮眼按间隔装药结构装药，在距底板40cm 高度，设置一排爆破减震孔，孔深较装药孔加深0.5m，炮眼间距40cm，进一步消弱爆破振动对底板的破坏。下台阶爆破完成后，底板如有未爆破到位处，继续用机械进行破除。[6]隧道左线排烟联络道上跨段爆破断面设置示意图见图4。

图4 联络道上跨段爆破断面设置示意图（单位：cm）

施工完成后，加强对交叉口断面的围岩量测监控，确保交叉口断面支护稳定。衬砌施工加强配筋，随正洞二衬提早进行，确保施工安全。

3.3 隧道右线送风联络道

右线送风风道与正线左线交叉里程YK151+715，正线衬砌类型为SFKSX。待右洞正线初支施工完成稳定后进行开挖施工。

右线送风风道交叉口段为XJFD-1 型衬砌，初支采用I14 工字钢架，间距1.2m。送风风道先由斜井向正洞方向施工，在联络风道与正洞相差2m 时，停止施工。剩余部分由正洞向联络风道施工。并严格控制爆破装药量，加强施工监测，确保施工安全，开挖完成后及时进行支护衬砌施工。交叉口段二衬根据设计加强配筋，随正洞二衬提早进行。二衬施工时，根据设计要求，预埋送风道横隔板钢筋，并注意保护，待正洞施工条件满足横隔板施工要求时，及时安排进行横隔板施工。隧道右线送风联络道工序示意图见图5。

图5 隧道右线送风联络道工序示意图（单位：m）

4 结束语

彭水隧道通风斜井联络风道施工期间，各交叉口初期支护受力稳定，未发生因围岩变形导致初支开裂的情况，上跨段在主线隧道二衬稳定后实施，实施了设置爆破减震孔的微爆破配合机械开挖的施工方式，成功完成了联络风道上跨主线隧道施工，实现了安全生产。目前，斜井已进入彭水隧道右线辅助正洞施工，分担了主体控制性工程工期压力，受到了业主及各级领导的一致认可，可为类似隧道施工提供一定的借鉴参考。