浅谈狮子坪隧道地下风机房及联络风道 施工技术及过程管控研究

杨壮

摘 要：近年来，随着山区高速公路的快速修建，长、大隧道或特长隧道在国内山区高速公路上屡见不鲜。而隧道通风是长、大隧道或特长隧道的管理和运营的关键和重要施工环节。隧道地下风机房作为长大隧道或特长隧道的辅助通风巷道，以其断面类型多、洞室高、空间跨度大、洞室间距小且交叉多、结构复杂等特点增加了地下风机房的施工难度。项目结合正在施工的隧道项目，以及国内同类型特长隧道地下风机房及联络风道相关施工经验，介绍了狮子坪隧道地下风机房及联络风道施工技术及过程管控重难点，根据地下风机房断面大小、布置形式、工程地质条件和工期要求等实际情况，采用合理的施工工艺，确保安全高效的完成狮子坪隧道联络风道交叉口施工。

关键词：特长隧道;地下风机房;联络风道;交叉口;施工技术

1 工程概况

1.1 原方案工程概况

2#通风横洞地下风机房及联络风道位于狮子坪隧道中部PZK145+185处，围岩级别为Ⅳ级，左线起点桩号为PZK1+303，终点桩号为PZK1+483;右线起点桩号为PK1+354，终点桩号为PK1+491。2#通风横洞地下风机房及联络风道共设交叉口14个（考虑施工方便及施工期间通风，比设计增加2个），联络风道6条，运输通道1条，人行通道2条，设备房1处。如图1所示。

2 工程特点

2.1 结构特点

地下风机房及联络风道交叉口较多，主要包括由小断面进入大断面交叉口的施工、由大断面进入小断面交叉口的施工，由于洞室较多，围岩应力分布较为复杂，而且各个交叉口均为异性断面，开挖过程中，测量人员要提前根据不同位置的断面放样，初支和二衬施工较为困难;同时，联络风道存在大纵坡段施工现象，最大坡度高度31.66%，施工难度较大。

2.2 环境特点

根据设计图纸，狮子坪隧道地下水较为发育，综合正常涌水量为13 946 m³/d，最大涌水量27 893 m³/d，1#、2#通风横洞长1 462 m，纵坡比仅为0.3%，且狮子坪隧道围岩结构面张开度较大，含泥质夹层较多，利用中央排水沟排放过程中沿程阻力较大，排水较为困难。

2.3 施工重难点分析

（1）地下风机房开挖：根据地下风机房断面大小、布置形式、工程地质条件和工期要求等实际情况，地下风机房施工采用三台阶施工工艺。以运输通车作为地下风机房辅助施工通道，通过采用26 m长斜导洞进入到地下风机房第三台阶;

（2）交叉口的施工：主要包括由小断面进入大断面交叉口的施工、由大断面进入小断面交叉口的施工，其中，由小断面进入大断面的交叉口施工难度较大;

（3）联络风道大纵坡段及小净间距跨顶施工。

3 施工顺序

（1）由第一开挖班从3#交叉口施工车行通道挑顶至地下风机房第三台阶，同时，由第二开挖班从2#交叉口施工联络风道一至主线左洞洞顶;

（2）由第一开挖班从6#交叉口施工地下风机房至9#交叉口，同时，由第三开挖班从1#交叉口施工联络风道二至主线左洞洞顶;

（3）由第三开挖班从7#交叉口施工至主线左洞洞顶，由第四开挖班从7#交叉口施工至平导右洞洞顶;

（4）由第一开挖班从8#交叉口施工至主线左洞洞顶，由第二开挖班从8#交叉口施工至平导左洞;由第五开挖班施工设备房;

（5）由第一和第二开挖班从9#交叉口施工地下风机房至10#交叉口，同时，由第五开挖班从11#交叉口施工联络风道一至地下风机房，由第四开挖班从12#交叉口施工联络风道二至地下风机房;

（6）由第一和第五開挖班最后施工人行通道。

4 施工方法、工艺

4.1 地下风机房洞身开挖及初期支护施工

4.1.1 地下风机房开挖方法

根据2#通风横洞地下风机房断面大小、布置形式、工程地质条件和工期要求等实际情况，地下风机房施工采用三台阶施工工艺。以目前正准备施工的运输通车作为地下风机房辅助施工通道，通过采用26 m长斜导洞进入到地下风机房第三台阶，分①→④四个循环直至开挖到地下风机房第三台阶全断面，沿地下风机房纵向正常掘进，然后依次施工第二、第一台阶，为保证安全施工，施工时短进尺、弱爆破、紧支护、勤量测，做好临时支撑和防护，以减少对围岩的扰动。

4.1.2 注意事项

由于狮子坪隧道2#通风横洞地下风机房施工断面较大，洞室较高且交叉口较多，地下风机房的初期支护必须及时、规范施工，尤其是交叉口部位，安装托梁的速度要快，φ42×4 mm锁脚锚管必须安装到位，尽快完成支护结构应力转换，严禁钢支撑拱脚悬空时间过程;工字钢托梁、立柱、斜撑、横撑之间必须焊接牢靠，这样才能保证地下风机房初期支护结构有效受力。

4.2 大纵坡段联络风道初期支护施工

大纵坡段联络风道共计5条，最大纵坡36%，上跨主洞、2#通风横洞右线联络风道洞身开挖分别由两端向上跨段落施工，开挖台车的中部、尾部用方木进行支垫，并用钢筋锚固在底板中，支垫高度确保台车顶面保持水平，保证工人操作方便。

大纵坡段联络风道上跨主洞最小间距为1.5 m，洞身开挖分别由两端低处向中间上跨段落施工，在大纵坡段联络风道开挖及初期过程中，开挖台车的中部、尾部要用方木进行支垫，并用钢筋锚固在底板中，支垫高度确保台车顶面保持水平，有利于工人操作，确保施工过程安全。

4.3 地下风机房二衬施工

地下风机房二衬施工均采用3 m长二衬台车整体式浇筑，由于地下风机房施工断面较大，为了确保施工过程安全，先进行两次直立边墙的二衬混凝土浇筑施工，采用分层对称浇筑施工工艺，防止产生侧向压力导致台车偏位。为了减轻对二衬台车的面荷载，可选用塌落度较小的混凝土，在下层混凝土初凝之前浇筑上层混凝土，最好进行拱部二衬混凝土的浇筑，拱顶位置预留注浆孔，后期注浆密实，防止产生空洞，确保地下风机房二衬施工质量。

4.4 联络风道大纵坡段二衬施工

除地下风机房二衬采用整体式台车浇筑外，其余剩余工程均采用“型钢+小片平模”拼装进行混凝土浇筑，为了确保施工过程安全，联络风道大纵坡段每次施工4 m，联络风道平缓段、运输通道、人行通道每次施工8 m，混凝凝土进口采用预留天窗和预留压注管的方式进行。

5 施工过程控制重点

5.1 施工过程通风

2#通风横洞地下风机房及联络风道施工通风采用压入式通风，由洞口压入至地下风机房开挖掌子面。在2#通风横洞左、右线各设置两组2×132 kW的风机辅助主洞4个掌子面及地下风机房和联络风道的施工。随着地下风机房及联

络风道作业面的展开，要加强施工掌子面的通风，确保掌子面的风压，供风和风速，保障施工过程的安全。

5.2 施工过程排水

根据设计图纸，狮子坪隧道地下水较为发育，综合正常涌水量为13 946 m³/d，最大涌水量27 893 m³/d，12#通风横洞长1 462 m，纵坡比仅为0.3%，且狮子坪隧道围岩结构面张开度较大，含泥质夹层较多，利用中央排水沟排放过程中沿程阻力较大，排

水较为困难;而且，在12#通风横洞交叉口及通风联络道施工过程中，由于洞室较多，联络风道波浪式起伏，纵坡比较大，必须做好临时排水及引流措施，为了防止出现意外情况，要准备多台电动的排水泵，采用分级进行排水，同时做好洞内中央排水沟分级沉淀，加快洞内污水排放。

5.3 隧道开挖爆破

隧道开挖采用光面爆破开挖技术，严格遵守《爆破安全规程》的有关规定和要求，按照爆破设计进行施工，合理调整周边眼间距和光爆层厚度，采用軸向间断不耦合装药结构，严格控制炸药单孔耗量，尤其是交叉口等应力集中部位，保证爆破成型质量，尽量减少对围岩及已施工洞室的扰动。

5.4 隧道交通运输

由于地下风机房及通风联络风道施工过程中，洞内存在多掌子面同时施工作业情况，会给主洞交通运输造成影响，进而耽误施工生产，因此，要加强现场施工生产管理和交通安全管控，灵活调用2#通风横洞左右线进行交通运输，确保洞内交通顺畅。

5.5 现场监控量测

为确保施工安全和工程质量，必须加强施工过程现场监控量测，通过监控量测结果及时判断施工过程中出现的不良地质和开挖后围岩的稳定性，预判围岩应力的变化状态，及时改善装药结构，合理调整炸药用量，减少开挖过程中对围岩的扰动，保持围岩的整体性，同时，根据围岩强度、整体情况及地下水发育程度，合理调整衬砌支护参数并采取相应的施工措施，确保施工过程安全;主要监测项目：隧道初支表面观察、拱顶下沉、周边收敛及锚杆的抗拔拉力。

5.6 交叉口的施工

由于狮子坪隧道地下风机房及联络风道断面类型多、空间跨度较大、洞室较高、洞室间距较小且交叉口较多、结构复杂、群洞效应明显，施工难度大，施工风险高;交叉口处应力较为复杂，初期支护必须及时、规范施工，由小断面进入大断面挑顶施工时，必须施工超前锚杆、系统锚杆、锁脚锚管、钢筋网、喷射混凝土等临时支护，必要时要采用钢支撑等加强支护措施。

5.7 地下风机房施工

由于狮子坪隧道2#通风横洞地下风机房施工断面较大，洞室较高且交叉口较多，地下风机房的初期支护必须及时、规范施工，尤其是交叉口部位，安装托梁的速度要快，φ42×4 mm锁脚锚管必须安装到位，尽快完成支护结构应力转换，严禁钢支撑拱脚悬空时间过程;工字钢托梁、立柱、斜撑、横撑之间必须焊接牢靠，这样才能保证地下风机房初期支护结构有效受力。

5.8 大纵坡段施工

由于狮子坪隧道1#、2#通风横洞联络风道及地下风机房斜导洞施工部位存在大纵坡段施工，施工难度大，施工风险高，施工过程中易发生台车及机具设备倾覆的风险，给施工造成很大的安全隐患，因此，在施工过程中要采取严格有效的防倾覆措施，在开挖台车的中部、尾部用方木进行支垫，并用钢筋锚固在底板中，支垫高度确保台车顶面保持水平，保证工人操作方便，同时，机具设备要放置在安全区域内，防止发生意外事故。

6 总结

项目通过深入研究和总结狮子坪隧道地下风机房及联络风道施工技术及过程管控重点，安全高效的完成狮子坪隧道联络风道交叉口施工，比传统施工方法节约工期33天，为狮子坪隧道总体工程的施工争取了宝贵的时间，为公司在山区高原特长隧道地下风机房及联络风道交叉口施工技术研究上积累了宝贵的经验，并培养了一批复合型人才。

参考文献：

[1]辛国平，刘汉红.高速公路隧道地下风机房施工技术[D].中国土木工程学会论文集，2008.

[2]辛国平，刘汉红.浅谈高速公路特长隧道地下风机房施工[J].现代隧道技术，2008，45（S1）：462-465.

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[5]梁桥欣，郑明辉.隧道地下风机房交叉结构施工过程稳定性研究[J].铁道建筑，2015（12）：50-53.