特長隧道施工輔助通道方案研究

喬建剛， 鄭少華， 劉永恒， 蘇 航

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300392）

1 工程概況

互助北山特長隧道左右線平均長度11 151.5 m，為分離式雙洞隧道，左右線測設(shè)線間距約26.0～30.0 m，均位于直線段上。隧道縱斷面采用單向坡，左線縱坡為1.973%，右線縱坡為1.97%。隧道區(qū)海拔高程2 832～3 699 m，地形起伏較大，坡度較陡，自然坡度在30～55°，覆蓋層厚度較薄，基巖普遍淺埋或裸露。

隧道區(qū)為高原半干旱大陸性氣候，具有春季干旱多風(fēng)、夏季涼爽、秋季較短、冬季漫長，蒸發(fā)強(qiáng)烈，日溫差大，雨熱同期的氣候特點(diǎn)。

2 工程地質(zhì)特征

擬建隧址區(qū)處于構(gòu)造剝蝕淺切割中高山地貌區(qū)，線路區(qū)位于大地構(gòu)造單元上新構(gòu)造活動強(qiáng)烈的青藏高原東北緣，大地構(gòu)造位置屬祁連加里東褶皺系，自西向東跨祁連加里東褶皺系南祁連冒地槽帶、中祁連中間隆起帶與北祁連優(yōu)地槽褶皺帶，區(qū)域構(gòu)造線以北西向?yàn)橹?，區(qū)內(nèi)深大斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，沿區(qū)域斷裂有大量巖漿巖分布，具長期多次活動的特點(diǎn)。

3 隧道掘進(jìn)方案

作為全線的控制工程，需在48月內(nèi)滿足通車條件，隧道掘進(jìn)方案要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、施工工期、工程地質(zhì)情況、地理位置、氣候環(huán)境、施工風(fēng)險、施工難度等各項(xiàng)因素，同時，隧址位于海拔3 km以上的高寒高海拔地區(qū)，工期分析應(yīng)充分考慮到其帶來的不利因素[1]。

3.1 隧道施工方式的確定

結(jié)合本項(xiàng)目隧道地質(zhì)情況、各斷面綜合功效系數(shù)及其他國內(nèi)特長公路隧道施工進(jìn)度情況統(tǒng)計(jì)分析，本項(xiàng)目采用的鉆爆法施工[2]。

隧道左洞長11 160 m、右洞長11 105 m，若不增加輔助工作面，設(shè)進(jìn)口、出口兩個工作區(qū)，分別對應(yīng)4個掌子面，各掌子面組織專業(yè)施工隊(duì)進(jìn)行施工，按施工準(zhǔn)備2月考慮，隧道土建施工約79.0月，考慮隧道路面、機(jī)電施工工期將更長，工期不能保證，需結(jié)合運(yùn)營通風(fēng)設(shè)置施工輔助通道開辟工作面，實(shí)現(xiàn)“長隧短打”。

3.2 隧道輔助通道方案

設(shè)置輔助通道的主要目的一是為了輔助施工、縮短工期，二是利用輔助通道作為通風(fēng)通道；故設(shè)置以最大程度解決工期問題為中心，遵循永（用于隧道運(yùn)營通風(fēng)）臨（用于隧道輔助施工）結(jié)合并且方便施工的原則。

3.2.1 隧道通風(fēng)方案

隧道近遠(yuǎn)期不同控制工況下的需風(fēng)量和計(jì)算風(fēng)速見表1。

表1 互助北山隧道需風(fēng)量與計(jì)算風(fēng)速

經(jīng)計(jì)算，青?；ブ鄙剿淼佬枰O(shè)置2座通風(fēng)井，其中1#通風(fēng)井對左、右線送排風(fēng)；2#通風(fēng)井對右線送排風(fēng)，對左線排煙。

3.2.2 方案比選

輔助坑道可選擇斜井、豎井、平行導(dǎo)洞三種形式。平行導(dǎo)洞為沿隧道縱向先行打設(shè)一座尺寸小于主洞的通長導(dǎo)洞，從導(dǎo)洞橫向開洞至主洞位置，以創(chuàng)造工作面。平行導(dǎo)洞可在運(yùn)營期間作為服務(wù)隧道，起到防災(zāi)、救援作用[3～4]。

本項(xiàng)目若采用平行導(dǎo)洞方案，需打設(shè)一座長度超過11 km的平行導(dǎo)洞，為保證施工通暢，平導(dǎo)洞需滿足雙向通行寬度，因此平行導(dǎo)洞方案將大幅增加投資，不作為優(yōu)先考慮方案。

結(jié)合地形地質(zhì)情況，對隧道輔助坑道設(shè)置方式進(jìn)行了3個方案的對比：方案一采用雙斜井方案，即在兩處通風(fēng)井位置均采用斜井；方案二采用一斜井加一豎井方案，在小樁號通風(fēng)井位采用斜井、大樁號通風(fēng)井位采用豎井；方案三采用一豎井加一斜井方案，在小樁號通風(fēng)井位采用豎井、大樁號通風(fēng)井位采用斜井。

1）方案一

（1）通風(fēng)。在隧道進(jìn)口端左線距離進(jìn)口4 430 m處和隧道出口端右線距離出口2 978 m 處各設(shè)置一座無軌運(yùn)輸斜井，長度分別為1 070、1 435 m。1#、2#斜井均輔助施工。見表2。

表2 方案一通風(fēng)井參數(shù)

1#斜井采用隔板分隔為4 塊，分別為左線送風(fēng)井及排風(fēng)井、右線送風(fēng)井及排風(fēng)井。斜井主要位于Ⅲ級圍巖區(qū)域，圍巖以灰黑色片巖，中風(fēng)化，節(jié)理裂隙一般發(fā)育，巖體較完整～完整，多呈塊狀結(jié)構(gòu)。

2#斜井采用中間分隔板隔為右線送風(fēng)井和排風(fēng)井，右線排風(fēng)井兼做左線排煙井。斜井主要位于Ⅳ級圍巖區(qū)域，圍巖為中風(fēng)化灰黑色片巖、灰褐色輝長巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎～較完整，多呈碎(塊)石狀鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。

（2）工期。能增加工作面、縮短工期，結(jié)合地勘資料及隧道開挖進(jìn)度指標(biāo)經(jīng)初步計(jì)算，隧道土建施工工期為40.5 月，建設(shè)工期基本可控；但考慮隧道路面、機(jī)電施工，建議施工方在路面工程、機(jī)電工程施工時要分段施工，加快進(jìn)度。同時要求施工方應(yīng)加強(qiáng)施工組織的合理性和大型機(jī)械配套以及施工工藝優(yōu)化，選擇最優(yōu)的施工方案，科學(xué)合理布置施工計(jì)劃，加強(qiáng)施工管理的嚴(yán)謹(jǐn)性，做到及時反饋，動態(tài)管理，動態(tài)控制，切實(shí)保障和加快隧道工程的施工進(jìn)度，加快土建工期。

2）方案二

（1）通風(fēng)。在進(jìn)口端左線距離進(jìn)口3 250 m 的左側(cè)25 m 處設(shè)置一座豎井，深96 m；出口端右線距離出口2 978 處設(shè)置一座無軌運(yùn)輸斜井，長1 435 m。豎井不輔助施工，斜井輔助施工。見表3。

表3 方案二通風(fēng)井參數(shù)

豎井采用5.6 m的半徑，分別用橫向和豎向隔板劃分為左線送排風(fēng)井和右線送排風(fēng)井。豎井位于Ⅴ級圍巖區(qū)域，圍巖以灰黑色片巖、灰黑色千枚巖為主，中風(fēng)化，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖體極為破碎，多呈碎裂狀結(jié)構(gòu)。

斜井采用中間分隔板隔為右線送風(fēng)井和排風(fēng)井，右線排風(fēng)井兼做左線排煙井。斜井主要位于Ⅳ級圍巖區(qū)域，圍巖為中風(fēng)化灰黑色片巖、灰褐色輝長巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎～較完整，多呈碎(塊)石狀鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。

（2）工期。根據(jù)國內(nèi)豎井施工調(diào)研，鑒于豎井施工進(jìn)度慢、費(fèi)用高、工效較低、風(fēng)險大，輔助施工縮短工期效果不明顯，暫不考慮采用豎井輔助施工，僅考慮斜井輔助施工。土建施工工期65.9 月，斜井雖增加了工作面，但單斜井方案縮短工期效果有限。

3）方案三

（1）通風(fēng)。在進(jìn)口端左線距離進(jìn)口4 430 m 處設(shè)置一座無軌運(yùn)輸斜井，長1 070 m；出口端距離出口3 658 m 的右側(cè)20 m 處設(shè)置一座豎井，深288 m。斜井輔助施工、豎井不輔助施工。見表4。

表4 方案三通風(fēng)井參數(shù)

斜井采用隔板分隔為4塊，分別為左線送排風(fēng)井、右線送排風(fēng)井。斜井主要位于Ⅲ級圍巖區(qū)域，灰黑色片巖，中風(fēng)化，節(jié)理裂隙一般發(fā)育，巖體較完整～完整，多呈塊狀結(jié)構(gòu)。

豎井半徑4.05 m，采用中間分隔板隔為右線送風(fēng)井和排風(fēng)井，右線排風(fēng)井兼做左線排煙井。豎井主要位于Ⅳ級圍巖區(qū)域，中風(fēng)化灰黑色片巖、灰褐色輝長巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎～較完整，多呈碎(塊)石狀鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。

（2）工期。土建施工工期為55.7 月，較方案一多15.2月，較方案二少10.2月。

3.2.3 方案確定

對3個方案的施工難度、施工風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行全面比較，見表5。

表5 斜豎井方案比較

從表5可以看出：

1）通風(fēng)方面，方案一、方案三較方案二通風(fēng)分段長度要均勻，通風(fēng)方案更為合理，運(yùn)營通風(fēng)成本更低；

2）工程造價方面，方案一分別較方案二、方案三增加約7 871.7、5 013.9 萬元；但方案二工期較方案一多25.4 月，方案三工期較方案一15.2 個月，雖然方案二和方案三豎井規(guī)模較斜井規(guī)模小，但由于豎井方案需新建豎井施工便道、主洞出渣運(yùn)距長、豎井施工需專門的吊盤及穩(wěn)車等設(shè)備、豎井出渣單價高等綜合因素，總體施工費(fèi)用高；

3）施工方面，方案二豎井位于沖溝內(nèi)，開挖存在涌水風(fēng)險；方案三豎井深、斷面較大且位于沖溝內(nèi)，豎井開挖存在涌水風(fēng)險；深、大斷面豎井需做專項(xiàng)設(shè)計(jì)及施工安全風(fēng)險評估；

4）工期方面，方案二、方案三不滿足工期要求。

綜合各方面因素考慮，推薦方案一作為隧道通風(fēng)方案。

4 結(jié)論

1）超特長隧道需綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、工期、工程地質(zhì)情況、施工風(fēng)險、施工難度等因素的綜合影響，設(shè)置輔助施工通道。

2）施工輔助通道應(yīng)充分考慮永臨結(jié)合的可能性，考慮與運(yùn)營期間通風(fēng)風(fēng)道、救援通道等設(shè)施的合建。

3）本文通過一座超特長隧道的工程實(shí)例，提供了一種施工附屬通道的選型方法，以期對同類及相似工程提供參考。