特长隧道施工辅助通道方案研究

乔建刚， 郑少华， 刘永恒， 苏 航

（天津市市政工程设计研究院，天津 300392）

1 工程概况

互助北山特长隧道左右线平均长度11 151.5 m，为分离式双洞隧道，左右线测设线间距约26.0～30.0 m，均位于直线段上。隧道纵断面采用单向坡，左线纵坡为1.973%，右线纵坡为1.97%。隧道区海拔高程2 832～3 699 m，地形起伏较大，坡度较陡，自然坡度在30～55°，覆盖层厚度较薄，基岩普遍浅埋或裸露。

隧道区为高原半干旱大陆性气候，具有春季干旱多风、夏季凉爽、秋季较短、冬季漫长，蒸发强烈，日温差大，雨热同期的气候特点。

2 工程地质特征

拟建隧址区处于构造剥蚀浅切割中高山地貌区，线路区位于大地构造单元上新构造活动强烈的青藏高原东北缘，大地构造位置属祁连加里东褶皱系，自西向东跨祁连加里东褶皱系南祁连冒地槽带、中祁连中间隆起带与北祁连优地槽褶皱带，区域构造线以北西向为主，区内深大断裂、褶皱构造发育，沿区域断裂有大量岩浆岩分布，具长期多次活动的特点。

3 隧道掘进方案

作为全线的控制工程，需在48月内满足通车条件，隧道掘进方案要综合考虑经济性、施工工期、工程地质情况、地理位置、气候环境、施工风险、施工难度等各项因素，同时，隧址位于海拔3 km以上的高寒高海拔地区，工期分析应充分考虑到其带来的不利因素[1]。

3.1 隧道施工方式的确定

结合本项目隧道地质情况、各断面综合功效系数及其他国内特长公路隧道施工进度情况统计分析，本项目采用的钻爆法施工[2]。

隧道左洞长11 160 m、右洞长11 105 m，若不增加辅助工作面，设进口、出口两个工作区，分别对应4个掌子面，各掌子面组织专业施工队进行施工，按施工准备2月考虑，隧道土建施工约79.0月，考虑隧道路面、机电施工工期将更长，工期不能保证，需结合运营通风设置施工辅助通道开辟工作面，实现“长隧短打”。

3.2 隧道辅助通道方案

设置辅助通道的主要目的一是为了辅助施工、缩短工期，二是利用辅助通道作为通风通道；故设置以最大程度解决工期问题为中心，遵循永（用于隧道运营通风）临（用于隧道辅助施工）结合并且方便施工的原则。

3.2.1 隧道通风方案

隧道近远期不同控制工况下的需风量和计算风速见表1。

表1 互助北山隧道需风量与计算风速

经计算，青海互助北山隧道需要设置2座通风井，其中1#通风井对左、右线送排风；2#通风井对右线送排风，对左线排烟。

3.2.2 方案比选

辅助坑道可选择斜井、竖井、平行导洞三种形式。平行导洞为沿隧道纵向先行打设一座尺寸小于主洞的通长导洞，从导洞横向开洞至主洞位置，以创造工作面。平行导洞可在运营期间作为服务隧道，起到防灾、救援作用[3～4]。

本项目若采用平行导洞方案，需打设一座长度超过11 km的平行导洞，为保证施工通畅，平导洞需满足双向通行宽度，因此平行导洞方案将大幅增加投资，不作为优先考虑方案。

结合地形地质情况，对隧道辅助坑道设置方式进行了3个方案的对比：方案一采用双斜井方案，即在两处通风井位置均采用斜井；方案二采用一斜井加一竖井方案，在小桩号通风井位采用斜井、大桩号通风井位采用竖井；方案三采用一竖井加一斜井方案，在小桩号通风井位采用竖井、大桩号通风井位采用斜井。

1）方案一

（1）通风。在隧道进口端左线距离进口4 430 m处和隧道出口端右线距离出口2 978 m 处各设置一座无轨运输斜井，长度分别为1 070、1 435 m。1#、2#斜井均辅助施工。见表2。

表2 方案一通风井参数

1#斜井采用隔板分隔为4 块，分别为左线送风井及排风井、右线送风井及排风井。斜井主要位于Ⅲ级围岩区域，围岩以灰黑色片岩，中风化，节理裂隙一般发育，岩体较完整～完整，多呈块状结构。

2#斜井采用中间分隔板隔为右线送风井和排风井，右线排风井兼做左线排烟井。斜井主要位于Ⅳ级围岩区域，围岩为中风化灰黑色片岩、灰褐色辉长岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎～较完整，多呈碎(块)石状镶嵌碎裂结构。

（2）工期。能增加工作面、缩短工期，结合地勘资料及隧道开挖进度指标经初步计算，隧道土建施工工期为40.5 月，建设工期基本可控；但考虑隧道路面、机电施工，建议施工方在路面工程、机电工程施工时要分段施工，加快进度。同时要求施工方应加强施工组织的合理性和大型机械配套以及施工工艺优化，选择最优的施工方案，科学合理布置施工计划，加强施工管理的严谨性，做到及时反馈，动态管理，动态控制，切实保障和加快隧道工程的施工进度，加快土建工期。

2）方案二

（1）通风。在进口端左线距离进口3 250 m 的左侧25 m 处设置一座竖井，深96 m；出口端右线距离出口2 978 处设置一座无轨运输斜井，长1 435 m。竖井不辅助施工，斜井辅助施工。见表3。

表3 方案二通风井参数

竖井采用5.6 m的半径，分别用横向和竖向隔板划分为左线送排风井和右线送排风井。竖井位于Ⅴ级围岩区域，围岩以灰黑色片岩、灰黑色千枚岩为主，中风化，节理裂隙极为发育，岩体极为破碎，多呈碎裂状结构。

斜井采用中间分隔板隔为右线送风井和排风井，右线排风井兼做左线排烟井。斜井主要位于Ⅳ级围岩区域，围岩为中风化灰黑色片岩、灰褐色辉长岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎～较完整，多呈碎(块)石状镶嵌碎裂结构。

（2）工期。根据国内竖井施工调研，鉴于竖井施工进度慢、费用高、工效较低、风险大，辅助施工缩短工期效果不明显，暂不考虑采用竖井辅助施工，仅考虑斜井辅助施工。土建施工工期65.9 月，斜井虽增加了工作面，但单斜井方案缩短工期效果有限。

3）方案三

（1）通风。在进口端左线距离进口4 430 m 处设置一座无轨运输斜井，长1 070 m；出口端距离出口3 658 m 的右侧20 m 处设置一座竖井，深288 m。斜井辅助施工、竖井不辅助施工。见表4。

表4 方案三通风井参数

斜井采用隔板分隔为4块，分别为左线送排风井、右线送排风井。斜井主要位于Ⅲ级围岩区域，灰黑色片岩，中风化，节理裂隙一般发育，岩体较完整～完整，多呈块状结构。

竖井半径4.05 m，采用中间分隔板隔为右线送风井和排风井，右线排风井兼做左线排烟井。竖井主要位于Ⅳ级围岩区域，中风化灰黑色片岩、灰褐色辉长岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎～较完整，多呈碎(块)石状镶嵌碎裂结构。

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

3.2.3 方案确定

对3个方案的施工难度、施工风险、经济性等方面进行全面比较，见表5。

表5 斜竖井方案比较

从表5可以看出：

1）通风方面，方案一、方案三较方案二通风分段长度要均匀，通风方案更为合理，运营通风成本更低；

2）工程造价方面，方案一分别较方案二、方案三增加约7 871.7、5 013.9 万元；但方案二工期较方案一多25.4 月，方案三工期较方案一15.2 个月，虽然方案二和方案三竖井规模较斜井规模小，但由于竖井方案需新建竖井施工便道、主洞出渣运距长、竖井施工需专门的吊盘及稳车等设备、竖井出渣单价高等综合因素，总体施工费用高；

3）施工方面，方案二竖井位于冲沟内，开挖存在涌水风险；方案三竖井深、断面较大且位于冲沟内，竖井开挖存在涌水风险；深、大断面竖井需做专项设计及施工安全风险评估；

4）工期方面，方案二、方案三不满足工期要求。

综合各方面因素考虑，推荐方案一作为隧道通风方案。

4 结论

1）超特长隧道需综合考虑经济性、工期、工程地质情况、施工风险、施工难度等因素的综合影响，设置辅助施工通道。

2）施工辅助通道应充分考虑永临结合的可能性，考虑与运营期间通风风道、救援通道等设施的合建。

3）本文通过一座超特长隧道的工程实例，提供了一种施工附属通道的选型方法，以期对同类及相似工程提供参考。