科学之友 Ｆｒｉｅｎｄ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｍａｔｅｕｒｓ ２０１ ０年Ｏ３月 公路特长隧道通风竖井设计方法及施工技术 李晓俊 （山西省交通规划勘察设计院，山西摘太原０３００１２） 要：结合目前中国高速公路特长隧道通风竖井的建设情况，文章主要阐述了通风竖井 的一般规定、结构设计方法、施工技术。 关键词：特长隧道；施工；通风竖井 中图分类号：Ｕ４５５．８ 文献标识码：Ａ 随着中国高速公路建设的发展，长大隧道越来越多，对于长 大隧道的通风竖井建设也将会受到更多的关注。公路隧道因井 位的选择、地质条件的差异 功能上的差异、结构安全的差异等， 还需要进行深入的研究。通风条件是制约长大公路隧道建设的 主要因素之一，因此，建设好竖井工程对长大公路的建设至关重 要。 １ 一般规定 （１）竖井结构主要包括锁口圈、井身、马头门。 （２）锁口圈设置于隧道口部，主要承受地表土层的土压力、 井口建筑物及设备的荷载，其基础应尽量置于基岩中。锁口圈通 常采用敞口开挖，采用钢筋混凝土结构。 （３）马头门为井身与联络通道交叉处结构，形状特殊，受力 复杂，并承受井身二次衬砌传来荷载，应考虑加强处理。马头门 断面应能满足施工所用的材料、设备的运输及运营期间导流叶 片的安装。 （４）井身是竖井的主要组成部分，它上接锁口圈，下接马头 门。当竖井较深时，或井身需要承受上方较大荷载时，应设置壁 座；壁座通常设置于井口段、地质条件较差的井身段及马头门的 上方。 （５）井身支护一般采用喷锚防护的复合衬砌结构形式，初期 支护为主要的承载结构，二次衬砌通常作为安全储备及减少运 营期间通风阻力的作用。 （６）从结构受力、施工难易程度以及通风效率等多方面考 虑，竖井断面以圆形断面较为合适，其内径的大小应根据《公路 隧道通风照明设计规范》规定的 ‘‘风道内没汁风 靖旌ｌ３ ｍ／ｓ １８ ｒｎ／ｓ 范围内取值”而确定，高低的取值 与通风井的长度有关系（即考虑 井内摩阻力变化对送排风机功率 的影响）。当通风井偏长时，应取 较低的风速，当通风井偏短时可 以取较高的风速，如果通风井长 度小于１００ ｍ，井内风速即使取 ２０ ｉｒｄｓ对风机功率影响也是可以 接受的。 （７）采用送排式通风方案时， 根据需要还应设置１５ ｃｍ～２０ｅｍ 厚的钢筋混凝土结构的中隔墙。 图１某工程竖井立面 ．—３４—— 文章编号：１ｏｏＯ一８１３６（２０１０）０８—００３４－０２ ２结构设计 ２．１锁口圈设计 （１）锁口圈高度ｈ应根据地质地形情况而定，通常应大于覆 盖层厚度，尽量埋置于较好的基岩上，为避免施工期间水的流入， 锁口圈应高出地面ｈｌ＞１．０ｍ。 （２）锁口圈底部一般采用扩大的钢筋混凝土基础，考虑井口 土质一般较松软且井口附近有建筑物及车辆荷载，锁口圈厚度一 般为０．４ｍ一０．６ｍ，扩大基础通常加厚至１．５ｍ～２．０ｍ；四周采用 浆砌片石等回填压实，防止施工期间锁口圈横向移位。 （３）明洞衬砌顶部宜搁置于锁口圈顶部，以使锁口圈能承受 明洞竖向自重荷载。 （４）当锁口圈上作用有建筑时（如井架、通风塔），应核算其截 面垂直应力是否满足要求，计算公式： ＫｘＮ≤∑ＲａｘＡ ． （１） 式中：Ｋ：安全系数２．４； Ⅳ：垂直方向合力，ｋＮ； Ｒａ：混凝土的抗压极限强度，ｋＮ； Ａ：锁口圈井壁最薄处横截面积，ｍ 。 图２竖井锁口圈计算模型 Ｌ５ Ｊ锁Ｕ崮开壁钿刀芎．炮米用９－ ｌ生刀罕。 厚壁筒公式计算，计算模型及公式： （２） ×（ｒ２ ） （３） 其中：０。 ：—２ ｘ Ｐｘ ｒ２ （４） 科学之友 ： 、 Ｆｒｉｅｎｄ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｍａｔｅｕｒｓ ２０１ ０年０３月 ， 一 ｌ ■ 薯 知莉ｒ 蓑ｌ‘ｌ知 ｝ Ｉ 、 式中：ｈ：２次衬砌允许支撑高度，ｍ； ：安全系数，２．４； ｒ：混凝土重度，２３ ｋＮ／ｍ３； Ｒａ：混凝土的抗压极限强度，ｋＮ。 燧 ｌ｝ 一 ！曼： ｌ ， 嘲 ｆ 当２次衬砌采用Ｃ２５混凝土时，ｈ计算为２２６ ｍ。因此，若竖 井深度大于２００ ｍ时，应在井壁中设置壁座，一般设计可按１００ ｍ～ １５０ ｍ设置一处（设在岩石较好地段）。 ‘（６）壁座高度ｈ应不小于２次衬砌厚度ｄ的２．５倍，一般取 １．０ ｍ １．３ ｍ；宽度ｂ不小于１．５ ｄ（Ⅱ、Ⅲ级围岩地段ｂ＝０．６ ｍ— ｏ．８ｍ，Ⅳ级围岩地段ｂ＝１．０ｍ一１．２ｍ，Ｖ级围岩地段ｂ不大于１．５ｍ）， 图３竖井锁口圈构造图 ２ ２ ２ 倾角 可按以下角度取值： ｏｅⅢ： （５） ０【＝５０。～６０￣（Ｖ级级围岩地段） ｒ２一Ｔ１ Ｏｆ．＝２５ｏ～４５。（Ⅳ级围岩地段） ∑ｒｘｈ （６） ＝Ｏｏ一１５ｏ（Ⅱ、Ⅲ级围岩地段） ｌ—Ｕ 式中：Ⅳ：井壁环向每延米的轴力，ｋＮ； （７）井底马头门与联络风道连接处通常采用似矩形断面，以 肘：井壁环向每延米的弯矩，ｋＮ・ｍ； 保证竖井与联络风道在直墙上连接，方便设计与施工。考虑到竖 井壁内半径，ｍ； 井井身与井底风道的顺接以及导流页片的布置，竖井底部可设置 一ｒ２：井壁外半径，ｍ； 段不小于５ ｍ长的圆变方过渡段，竖井断面由圆形渐变为正方 Ｐ：井壁水平力，ｋＮ； 形。 ：泊桑比； ３施工方法 ｒ：土体容种，ｋＮ／ｍ ； ． ｈ：锁口圈高度，ｍ。 （１）竖井施工需要专门的配套设施，如吊盘、抓岩机、吊桶、稳 计算轴力、弯矩后，即可按规范中混凝土偏心受压构件抗压 车等，施工设备及技术相对复杂，井筒内需设置安全梯等安全设 强度验算。 施，并采取相关安全措施，防止在提升工程中因为断绳、脱钩产生 ２．２井身设计 溜车（掉罐）或过卷，以及在竖井中发生碰撞事故。 （１）竖井衬砌按新奥法原理采用复合衬砌，考虑到施工安全， （２）竖井施工方法根据主隧道后于竖井建成还是先于竖井建 ２次衬砌原则上要求在竖井施工完成后再施作，以免对施工产生 成，以及竖井开挖和衬砌是单独作业还是平行作业，主要可以分 过大干扰，因此初期支护应适当加强。 为以下几种方式：①全井单行作业法；②主隧道先于竖井建成，可 （２）竖井底部马头门处由于周边围岩受力状态复杂，设计上 选择反井方法包括：吊罐反井正向扩大法、爬罐反井正向扩大法、 应对初期支护与二次衬砌进行加强处理。 钻机反井正向扩大法。 （３）竖井井口段地质一般较差，通常采用敞口开挖，修筑明洞 结构形式。对于土层地段，应优先考虑在地表采用处理措施，如钻 ４结束语 孔咬合桩、地下连续墙、钢板桩、高压旋喷桩、水泥搅拌桩等基坑 竖井工程是综合的系统工程，如何建设好竖井，须从不同的 加固措施。 方面综合考虑，尤其在设计阶段应从多方面综合考虑及充分论证 （４）井身衬砌承受的地层压力可采用太沙基理论计算（不够 方能达到预期的效果。望能通过文章对竖井设计的综合论述，对 完善，计算结果与实际有一定出入），推荐采用三维有限元计算， 竖井工程的建设提供帮助。 结果相对合理。 参考文献： （５）由于二次衬砌原则上都是由底部向上进行浇筑，因此，竖 【１】中华人民共和国行业标准．《公路隧道设计规范》（ＪＴＧ 井一般可不设壁座。当竖井埋深较大时，应考虑二次衬砌所承受 Ｄ７Ｏ一２００４）．北京：人民交通出版社，２００４． 的自重，其允许支撑高度Ｈ计算如下（不计与防水板之间的摩阻 ｆ２１中华人民共和国行业标准．《公路隧道施工技术规范》 力）： （ＪＴＧ Ｆ６０－－２００９）．北京：人民交通出版社，２００９ 日： （７） Ｘｒ Ｒｏａｄ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｋｉｌｌ Ｔｕｎｎｅｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｓｈａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ０ｎＳｔｎｌＣＵ０ｎ 。’● Ｊ●，１ ｅｃｔｌｎｉｑｕｅ ■ ● ＬｉＸｉａｏｊｕｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｎｉｏｎ ｐｒｅｓｅｎｔ ｏｕｒ ＣＯＨＨ［ｒｙ ｈｉｇｈｗａｙ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｋｉｌｌ ｔｕｎｎｅｌ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｈ ’Ｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｔｈｅ ａｉｒ ｗｅＨ ｇｅｎｅｒｌａ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｈｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｌａ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｈｔｏｄ，ｈｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐｅｃｉｌａ ｓｋｉｌｌ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ａｉｒ ｗｅｌｌ 一３５—
