CN102305095B

CN102305095B - 特长、深埋公路隧道平导通风运营系统

Info

Publication number: CN102305095B
Application number: CN 201110218126
Authority: CN
Inventors: 易震宇; 刘永胜; 王建华; 傅立新; 蒋胜波; 陈骅伟; 刘正刚; 李箐; 史晓琼
Original assignee: HUNAN COMMUNICATION PLANNING AND PROSPECTING DESIGN ACADEMY
Current assignee: Hunan Provincial Communications Planning Survey and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CN102305095A

Abstract

本发明公开了一种特长、深埋公路隧道平导通风运营系统，该平导通风运营系统包括并排平行设置的两个隧道主洞，位于两个隧道主洞中间且靠近隧道拱顶的位置设有与隧道主洞平行的平行导洞，平行导洞贯通整个隧道本体；平行导洞通过多个横向通风道与其两侧的隧道主洞相连通；平行导洞的两端分别与隧道进、出口处的洞外风机房连通，横向通风道处设置有洞内风机房。本发明的平导通风运营系统结构简单、施工方便，能有效解决特长、深埋公路隧道运营阶段的通风防灾问题。

Description

特长、深埋公路隧道平导通风运营系统

技术领域

本发明涉及一种隧道通风系统，尤其涉及一种特长、深埋公路隧道平导通风运营系统。

背景技术

在公路交通快速发展的今天，对修建跨区域的大型公路通道提出了强烈的需求，但由于一些自然条件的影响，如大型山脉的天然阻隔，给这些通道的修建带来了很大的困难。比如，新疆受天山山脉的阻隔，南北疆之间的公路通道就一直没有实施。制约这些大型公路通道实施的关键就是穿越大型山脉隧道的修建。大型山脉海拔较高，穿越这些大型山脉的隧道往往具有特长、深埋（埋深达1000m以上）的特征。特长、深埋的隧道（以下简称长深隧道）有三个需要解决的问题：一是隧道的地质勘查问题；二是隧道的快速施工问题；三是运营阶段的通风防灾问题。

当隧道埋深达1000m以上时，一般不能打竖向探孔，因而对隧址范围内的围岩、地下水等地质情况不能做有效地探明。同理，由于埋深太大，长深隧道修建竖斜井几乎也不可能（目前世界上最深的竖井为661m），施工过程中就无法开拓多掌子面，实现“长隧短打”；同理，由于地质勘查问题和快速施工问题得不到有效解决，这也就大大制约了长深隧道运营通风防灾问题的有效解决。为此，我们有必要结合隧道的施工工法，对长深隧道的通风系统设置进行改进，以解决隧道运营期的通风防灾问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、施工方便、能有效解决特长、深埋公路隧道运营阶段的通风防灾问题的平导通风运营系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种特长、深埋公路隧道平导通风运营系统，所述平导通风运营系统包括并排平行设置的两个隧道主洞，位于两个隧道主洞中间且靠近隧道拱顶的位置设有与隧道主洞平行的平行导洞，所述平行导洞贯通整个隧道本体；所述平行导洞通过多个横向通风道与其两侧的隧道主洞相连通；所述平行导洞的两端分别与隧道进、出口处的洞外风机房连通，所述的横向通风道处设置有洞内风机房。

上述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统中，所述平行导洞优选包括位于上层的排风道和位于下层的送风道，所述排风道和送风道之间通过中隔墙分隔开；所述排风道和送风道分别通过所述的多个横向通风道与两侧的隧道主洞相连通。更优选的，所述横向通风道包括送风横通道和排风横通道。

上述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统中，位于所述平行导洞同一侧的多个横向通风道优选并排平行布置，且所述横向通风道在水平面上的投影与所述隧道主洞在水平面上的投影优选为相互垂直。

上述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统中，位于所述平行导洞两侧的横向通风道沿平行导洞相互错开（优选为等距离错开）呈非对称布置，即位于平行导洞一侧的横向通风道与位于平行导洞另一侧的横向通风道不设置在同一横截面上。

上述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统中，所述平导通风运营系统优选以所述洞内风机房的位置为界被划分为多个通风段。所述多个通风段包括靠近隧道两端洞口处的边界通风段和位于隧道内部的中间通风段。所述边界通风段主要是指由所述洞外风机房、平行导洞、横向通风道和两个隧道主洞组成的边界风流循环通道，所述中间通风段优选是指由洞内风机房、平行导洞、横向通风道和两个隧道主洞组成的中间风流循环通道。上述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统中，所述各通风段的长度优选控制在4km～5km。

上述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统主要是通过以下步骤施工完成：

（1）施工平行导洞：在所述特长、深埋公路隧道设计的两个主洞进口端的中间位置，利用小直径隧道掘进机（掘进半径优选为3.5m～5m）掘进出一与所述主洞平行布置的平行导洞；

（2）钻爆掘进：在所述两个主洞的进口端、出口端以及所述平行导洞的掘进端，同时采用钻爆法进行掘进；

（3）开辟掌子面：利用不断掘进的平行导洞，在所述平行导洞掘进端的左侧和右侧分别开挖横向通风道，使左右两侧横向通风道的末端达到两侧主洞所在区域，然后在所述横向通风道的末端使用钻爆法开辟掌子面；随着平行导洞的不断深入，每隔一定间距便在其掘进端的左右两侧重复开挖横向通风道和掌子面，直至掌子面的数量满足两个主洞开挖长度的要求；

（4）开挖主洞：采用钻爆法向已经开挖好的掌子面前、后两端分别进行掘进，直至两侧的主洞全部贯通，最后布设安装好洞外风机房和洞内风机房，施工完成。

上述施工方法中，所述平行导洞的掘进速度应快于所述两个主洞的掘进速度，并通过超前的平行导洞进行前方的超前地质勘探和地质预报，通过地质勘探和地质预报探明前方隧址范围内的围岩情况及地下水富存情况，根据探明的情况指导所述两个主洞的掘进施工。具体的地质勘探手段本领域技术人员可根据地质条件及长中短程预报的需要灵活组合。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明是采用TBM法加钻爆法进行联合施工，利用小直径TBM快速掘进，在左右两个主洞中间开辟一个平行导洞，利用平行导洞解决了因不能打竖向探孔而导致的无法进行地质勘探的问题，而平行导洞形成后结合钻爆法开辟多个掌子面解决了快速施工的技术难题，最后利用平行导洞、横向通风道以及左右主洞组成的通道网络，解决了特长深埋公路隧道在施工阶段由于不能打竖斜井导致的运营阶段的通风防灾难题，使得最小埋深达千米以上的特长、深埋公路隧道的修建成为可能。

本发明的平导通风运营系统是一种全新的通风结构和通风方式，其通过在与隧道主洞平行的中间位置设置平行导洞，将平行导洞设置成通风道进行运营通风，从而避免了设置竖斜井的工程技术难题。而且，本发明平导通风运营系统的施工简便快速，对山体外植被及山体内自流水系统破坏少，特别适合应用于环境脆弱、气候恶劣的特长、深埋、高海拔高寒隧道。随着我国西部大开发序幕的拉开，跨区域的特长、深埋隧道的修建将越来越多，本发明的技术方案为今后特长、深埋公路隧道的施工建造开辟了广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中平导通风运营系统的整体结构示意图（简化，细部结构未示出）。

图2为本发明具体实施方式中平导通风运营系统的结构示意图，其中对洞内风机房处的结构做了局部放大。

图3为本发明具体实施方式中平导通风运营系统在人行横通道处的横截面示意图。

图4为本发明具体实施方式中平导通风运营系统施工步骤1和步骤2阶段的施工状态示意图。

图5为本发明具体实施方式中平导通风运营系统施工步骤3阶段的施工状态示意图。

图6为本发明具体实施方式中平导通风运营系统施工步骤4和步骤5阶段的施工状态示意图。

图7为本发明具体实施方式中平导通风运营系统施工完成后的施工状态示意图。

图例说明：

1、隧道主洞； 2、平行导洞； 21、排风道； 22、送风道； 23、中隔墙； 3、小直径隧道掘进机； 4、横向通风道； 41、人行横通道； 42、送风横通道； 43、排风横通道； 44、车行横通道； 6、洞外风机房； 7、洞内风机房； 71、送风机房； 72、排风机房； 8、通风段； 81、边界通风段； 82、中间通风段。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

某拟设计施工的特长、深埋公路隧道，长14km，其穿越天山主脉，属高山与冰川侵蚀堆积地貌，隧道沿线崇山峻岭，山顶冰川发育，山体岩性主要为白云质大理岩、结晶灰岩夹绿泥绢云石英片岩等。隧道路线拟采用高速公路方案，按照展线需要并为了避开山顶常年冻土及冰川，隧道进出口标高分别为2840m和2760m，最小埋深达1700m，最大埋深达2400m。该隧道由于路线长、埋深大，且山顶覆盖冰川，竖斜井施工风险很大，因此采用本发明的平导通风运营系统作为隧道运营阶段的通风方式。

如图1～图3所示，上述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统包括并排平行设置的两个隧道主洞1，位于两个隧道主洞1中间且靠近隧道拱顶的位置设有与隧道主洞1平行的平行导洞2，平行导洞2贯通整个隧道本体；平行导洞2通过多个横向通风道4与其两侧的隧道主洞1相连通；平行导洞2的两端分别与隧道进、出口处的洞外风机房6连通，横向通风道4处设有洞内风机房7，洞内风机房7内设置送风机房71以及排风机房72。

本具体实施方式中的平行导洞2包括位于上层的排风道21和位于下层的送风道22，下层的送风道22通过风机房提供动力往隧道内送入新鲜风，上层的排风道21则排出隧道内的污浊风，排风道21和送风道22之间通过中隔墙23分隔开；排风道21和送风道22分别通过多个横向通风道4与两侧的隧道主洞1相连通。

如图2所示，横向通风道4包括送风横通道42和排风横通道43，其中，平行导洞2、内置有送风机房71的送风横通道42、隧道主洞1和内置有排风机房72的排风横通道43依次组成了洞内的空气循环通道。

两个隧道主洞1之间还通过多个间隔布置的人行横通道41和车行横通道44连通，平行导洞2设置于隧道的人行横通道41和车行横通道44的上部。

位于平行导洞2同一侧的多个横向通风道4并排平行布置，且横向通风道4在水平面上的投影与隧道主洞1在水平面上的投影相互垂直。平行导洞2两侧的横向通风道4沿平行导洞2相互等距离错开呈非对称布置（即位于平行导洞一侧的横向通风道与位于平行导洞另一侧的横向通风道不设置在同一横截面上）。另外，考虑到平行导洞2下方还设有人行横通道41和车行横通道44，因此，各个横向通风道4还应与人行横通道41和车行横通道44错开布置，即各横向通风道4与各人行横通道41和车行横通道44不设置在同一横截面上。

本实施例中的平导通风运营系统采用分段式平导纵向通风方式，其是以洞内风机房7的位置为界被划分为五个通风段8。通风段8包括靠近隧道两端洞口处的边界通风段81和位于隧道内部的中间通风段82。边界通风段81主要是指由洞外风机房6、平行导洞2、横向通风道4和两个隧道主洞1组成的边界风流循环通道，靠近边界通风段81的洞口处设有射流风机；中间通风段82则是指由平行导洞2、洞内风机房7、横向通风道4和两个隧道主洞1组成的中间风流循环通道。各通风段的长度控制在4km～5km。

如图1所示，上述边界风流循环通道的第一循环路径为：射流风机洞口进风（右洞口）——隧道主洞1（右侧）——排风横通道43（右侧）——排风道21——洞外风机房6（左端）；上述边界风流循环通道的第二循环路径为：洞外风机房6（左端）——送风道22——送风横通道42（左侧）——隧道主洞1（左侧）——射流风机洞口排风（左洞口）。

如图1所示，上述中间风流循环通道的第一循环路径为：洞外风机房6（左端）——送风道22——送风横通道42——隧道主洞1（左侧）——排风横通道43（左侧）——排风道21；上述中间风流循环通道的第二循环路径为：洞外风机房6（右端）——送风道22——送风横通道42（右侧）——隧道主洞1（右侧）——排风横通道43（右侧）——排风道21。

上述平导通风运营系统的施工方法主要包括以下步骤：

（1）施工平行导洞：首先，根据具体实践的要求，在结合地形、地势条件、技术手段以及成本控制等因素下，确定出上述待施工的长14km的公路隧道采用带平行导洞的双洞单向的断面结构形式（参见图3）；如图4和图7所示，在本实施例公路隧道的两个隧道主洞1进口端（即图1中的A端）的中间位置的拱顶，先利用4m～5m的敞开式小直径隧道掘进机3（TBM）从隧址进口端快速掘进，以形成一与隧道主洞1平行布置的平行导洞2；

（2）钻爆掘进：如图1所示，在两个隧道主洞1的进口端（即图4中的A端）、出口端（即图4中的B端）以及平行导洞2的出口端，同时采用钻爆法进行掘进并开挖至设计断面；小直径隧道掘进机在平行导洞2中的掘进速度（小直径隧道掘进机的掘进速度可根据施工要求进行调整，一般月掘进速度控制在800m/月）快于两个主洞的掘进速度（左右两个隧道主洞的掘进速度可按400m/月施工），并通过超前的平行导洞2进行前方的超前地质勘探和地质预报，超前地质勘探和地质预报的主要手段有隧道地质超前预报系统（TST测试、TSP测试等）、地质雷达、瞬变电磁法、红外探测技术等（这些技术手段均为本领域常规技术），地应力测试将综合使用Kaiser效应测试、硐壁应力测试及有限元数值模拟等技术，这些技术手段将根据地质条件及长中短程预报的需要组合使用；通过地质勘探和地质预报探明前方隧址范围内的围岩情况及地下水富存情况，根据探明的情况可更好地指导两个隧道主洞1的掘进施工；在钻爆掘进过程中，出渣、用电、供水及新鲜风均从已开挖的平行导洞2引入，渣土运输中空车入洞路线与新鲜风流向一致，渣土外运车辆则与污浊空气流向一致；

（3）开辟掌子面：如图5所示，当平行导洞2掘进到一定长度后（具体长度可根据实践中的施工要求确定，例如可选择1km左右），在平行导洞2掘进端的左侧和右侧分别开挖横向通风道4，使左、右两侧的横向通风道4的末端达到两侧隧道主洞1所在区域，然后在横向通风道4的末端使用钻爆法开辟掌子面；随着平行导洞2的不断掘进，每隔一定间距便在其掘进端的左右两侧重复开挖横向通风道4和掌子面，直至掌子面的数量满足两个主洞开挖长度的要求；一般开辟八个左右的掌子面即可对左右主洞进行快速掘进；

（4）开辟人行及车行横通道：如图5、图6所示，在两隧道主洞1的掘进过程中，适时开辟连通两隧道主洞1的人行横通道41及车行横通道44；各个人行横通道41及车行横通道44的间隔距离控制在250m～500m；人行横通道41及车行横通道44不仅可用作施工通风通道，更重要的是还可作为渣土运输通道；

（5）开挖隧道主洞：如图6所示，待中间的平行导洞2贯通后，利用其与左右隧道主洞1已开挖部分组成施工通风通道和渣土运输通道；继续采用钻爆法在已经开挖好的掌子面前、后两端进行双向掘进，在两个隧道主洞1的进出口端及平行导洞2的出口端已开挖部分同样继续用钻爆法掘进，直至如图7所示两侧的隧道主洞1全部贯通，隧道主洞1全部贯通后，对平行导洞2进行扩挖形成设计断面，施工完成。

隧道施工完成后继续布置安装隧道运营所需的辅助设施，例如施工风机房，在隧道两端的洞外布设两个洞外风机房6，并装设好室外风机，在洞内以每隔4km～5km的横向通风道4处分别布设四个洞内风机房7，并装设好室内风机，完成上述整个平导通风运营系统的施工。

上述公路隧道的施工工期可以按以下进度确定：首先，在第一阶段掘进平行导洞12.5 km，同时左、右线主洞各掘进5.2 km，第一阶段工期共计约15个月；在第二阶段，余下平行导洞钻爆法扩挖及左右线7.3km隧道掘进，安排8个（6～8个均可）工作面，按月掘进速度800米/月的速度掘进，在第26个月平行导洞贯通，到第36个月基本完成隧道施工，最后进行洞内装饰并到达验收程度。

上述具体实施方式中采用了小直径TBM结合钻爆法的施工方法，即先用小直径掘进机先行快速掘进形成平行导洞，再利用钻爆法拓展掌子面进行主洞的快速施工。该施工方法灵活高效地结合了小直径TBM施工快速、安全的特点以及钻爆法灵活、技术成熟的优势，具有相当大的技术优势。更重要的是，上述的施工方法能利用小直径TBM（月掘进隧道达800～1000 m/月）快速形成平行导洞，解决特长、深埋公路隧道修建过程中的技术难题，使得穿越大型山脉修建跨区域大型公路通道成为了可能。

上述具体实施方式对本发明的技术方案进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解发明的方法及核心思想。本领域的普通技术人员在应用本发明的过程中在具体实施方式及细节（如采用半横向式通风、横向通风道的位置）上的非实质性改变，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种特长、深埋公路隧道平导通风运营系统，其特征在于：所述平导通风运营系统包括并排平行设置的两个隧道主洞，位于两个隧道主洞中间且靠近隧道拱顶的位置设有与隧道主洞平行的平行导洞，所述平行导洞贯通整个隧道本体；所述平行导洞通过多个横向通风道与其两侧的隧道主洞相连通；所述平行导洞的两端分别与隧道进、出口处的洞外风机房连通，所述的横向通风道处设置有洞内风机房；所述平导通风运营系统中不设置竖斜井；

所述平行导洞包括位于上层的排风道和位于下层的送风道，所述排风道和送风道之间通过中隔墙分隔开；所述排风道和送风道分别通过所述的多个横向通风道与两侧的隧道主洞相连通；

所述横向通风道包括送风横通道和排风横通道。

2.根据权利要求1所述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统，其特征在于：位于所述平行导洞同一侧的多个横向通风道并排平行布置，且所述横向通风道在水平面上的投影与所述隧道主洞在水平面上的投影相互垂直。

3.根据权利要求2所述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统，其特征在于：位于所述平行导洞两侧的横向通风道沿平行导洞相互错开呈非对称布置。

4.根据权利要求1或2或3所述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统，其特征在于：所述平导通风运营系统以所述洞内风机房的位置为界被划分为多个通风段，所述多个通风段包括靠近隧道两端洞口处的边界通风段和位于隧道内部的中间通风段；所述边界通风段是指由所述洞外风机房、平行导洞、横向通风道和两个隧道主洞组成的边界风流循环通道，所述中间通风段是指由洞内风机房、平行导洞、横向通风道和两个隧道主洞组成的中间风流循环通道。

5.根据权利要求4所述的特长、深埋公路隧道平导通风运营系统，其特征在于：所述各通风段的长度控制在4km～5km。