CN108180022B - 用于穿越涌水断裂带的隧道通风井及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明用于穿越涌水断裂带的隧道通风井，属于通风领域，目的是降低施工的安全风险。包括由隧道外部延伸至对应隧道主洞并跨越对应涌水断裂带的通风井，所述通风井呈分段设置，包括平导段和斜井段；所述平导段由对应通风井的井口端起并跨越对应涌水断裂带，所述斜井段由平导段的末端起并延伸至对应通风井的井底端，且沿纵向所述平导段与斜井段的连接处为对应通风井的最高点。本发明采取自流排水，避免了水泵故障对于施工安全的威胁和影响，施工安全风险大大降低，并降低了工程费用。

Description

用于穿越涌水断裂带的隧道通风井及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道通风领域，具体的是用于穿越涌水断裂带的隧道通风井及其施工方法。

背景技术

通风井是隧道通风设施中的一种。它是超特长隧道的“鼻孔”，通过通风井，将隧道内污浊空气排出地面，同时将地面新鲜空气送入隧道，保证隧道内空气的清新。井口端通风井，主要有平导、斜井和竖井方案，其选择的首要依据常是地形条件。通常平导规模最大，施工难度最小，竖井规模最小，施工难度最大，斜井规模和施工难度均居于两者之间。因此，目前的山区隧道通风井，受地形条件限制，主要采用斜井方案。

目前，斜井的施工方法主要包括：一、自上而下（井口至井底）的传统方法，但此法施工排水需要采用机械排水，一旦遇到大规模涌突水，机械排水能力有限，会在短时间内造成淹井事故,需要大量增加抽水设备进行排水，由于短时间内无法将积水全部抽干，无法到达涌水点进行涌突水处治施工，任由地下水排放，造成地下水大量流失，破坏了地下水环境；二、自下而上（井底至井口）的施工方法，开挖爆破的滚石距离较远，危及掌子面二次衬砌、仰拱等后续作业人员及机械设备安全，出渣车辆为重载向下运输，对车辆的安全性能要求较高，一旦出现刹车失灵，会造成严重的后果，施工机械排放的污浊废气及喷砼作业粉尘积聚在掌子面，即斜井顶部端头，采用机械风机将顶部污浊废气压排至斜井底部，再通过主洞隧道排至隧道洞口外，施工通风困难，斜井掌子面作业环境差；三、先自下而上开挖导洞，形成后续施工的通风通道，然后自上而下进行扩大开挖与支护。

超长隧道穿越宽广的山脉，地质条件极为复杂，经常会遇到多条断裂带，断裂破碎带的隧道施工过程中经常会出现坍方、涌突水、大变形等问题，而在斜井施工过程中，由于斜井自身的倾斜，因此，涌突水的危害对斜井尤为突出。

为保证穿越涌水断裂带的斜井系统的施工安全性，目前，主要采用自上而下的传统方法，也即由其井口端向下掘进的方式施工，当掘进至涌水断裂带时，在涌水断裂带处挖设集水坑，通过集水坑收集涌水，然后再用抽水泵将涌水排出洞外，在确保涌水得到控制后，继续开挖。在长大隧道中，通常还需要在集水坑至洞口间设置接力泵和临时水池，以保证排水能力。

该施工方案，在整个施工过程中，均要依赖水泵排水，水泵长时间工作，导致水泵故障率增加，且随着接力泵的增加，其故障率也随之增加，因此，施工安全风险较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于穿越涌水断裂带的隧道通风井，以降低其施工安全风险，并节约工程造价。

本发明采用的技术方案是：用于穿越涌水断裂带的隧道通风井，包括由隧道外部延伸至对应隧道主洞并穿越对应涌水断裂带的通风井，所述通风井与对应隧道主洞连通的一端为井底端、另一端为井口端；

所述通风井呈分段设置，包括平导段和斜井段；

其中，所述平导段由对应井口端通风井的井口端起并穿越对应涌水断裂带，所述斜井段由平导段末端起并延伸至对应通风井的井底端井口端，且沿纵向所述平导段与斜井段的连接处为对应通风井的最高点。

进一步的，所述通风井成对设置，并按其气流方向分为送风井和排风井；在该斜井系统对应涌水断裂带处的纵向投影面内，所述成对设置的通风井的送风井和排风井在该纵向投影面内的投影沿纵向上下设置，且其中位于下方的通风井呈分段设置。

进一步的，在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带处，位于下方的通风井为送风井，且仅送风井为分段设置。

进一步的，所述平导段经对应涌水断裂带又分为排水段和回水段，其中位于涌水断裂带的井口端一侧的为排水段、另一侧的为回水段，且所述回水段相对对应涌水断裂带的另一端、排水段和回水段相连处以及井口端三点的纵向高度依次降低。

进一步的，所述平导段和斜井段呈折线状。

进一步的，所述平导段的坡度为1-3%。

用于穿越涌水断裂带的隧道通风井的施工方法，

首先，由井口端通风井的井口端倾斜向上开挖，形成通风井的平导段；平导段开挖完成后，再开挖通风井的斜井段。

进一步的，所述通风井成对设置，并按其气流方向分为送风井和排风井；在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带处，所述成对设置的通风井的排风井和送风井沿纵向上下设置，且其中位于下方的通风井呈分段设置；

平导段开挖完成后，涌水断裂带处位于上方的通风井以及涌水断裂带处位于下方的通风井的斜井段同时开挖。

进一步的，所述斜井段开挖时，由平导段开始向下开挖至对应通风井的井底端。

进一步的，涌水断裂带处位于上方的通风井开挖时，分别由其井口端和井底端同时相向其中部开挖。

本发明的有益效果是：本发明的通风井，其平导段由对应井口端通风井的井口端起并穿越对应涌水断裂带，且沿纵向所述平导段与斜井段的连接处为对应通风井的最高点，使得涌水断裂带的涌水会在重力作用下，经平导段向井口端自流并排出洞外。由于采取自流排水，避免了水泵故障对于施工安全的威胁和影响，施工安全风险大大降低，并降低了工程费用。

附图说明

图1为隧道通风井整体示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为图2的局部放大图。

图中，送风井1、排风井2、平导段11、排水段111、回水段112、斜井段12、涌水断裂带3、主洞4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：

如图1、图2和图3所示，用于穿越涌水断裂带的隧道通风井，包括由隧道外部延伸至对应隧道主洞并穿越对应涌水断裂带3的通风井，所述通风井与对应隧道主洞连通的一端为井底端、另一端为井口端；所述通风井呈分段设置，包括平导段11和斜井段12；其中，所述平导段11由对应井口端通风井的井口端起并穿越对应涌水断裂带3，所述斜井段12由对应平导段11的末端起并延伸至对应通风井的井底端，且沿纵向所述平导段11与斜井段12的连接处为对应通风井的最高点。

本发明的通风井，分段设置包括平导段11和斜井段12，其平导段11由对应井口端通风井的井口端起并穿越对应涌水断裂带3，且沿纵向所述平导段11与斜井段12的连接处为对应通风井的最高点，使得涌水断裂带3的涌水会在重力作用下，经平导段11向井口端自流并排出洞外。其采取自流排水，避免了水泵故障对于施工安全的威胁和影响，施工安全风险大大降低，并极大的降低了工程费用。

与现有通风斜井结构相比，本发明仅改变了井口端至涌水断裂带3的斜井也即平导段11的倾角，对斜井支护等不构成影响，虽然可能由于倾角的调整而增加工程量，但由于排水、排渣更为方便，有利于提高施工进度，因此，对隧道整体的施工进度影响极小，甚至在超长隧道的中可能更有利于提供整体施工进度。

通风斜井，根据具体的工程设计，可以是单洞结构，其通过在洞中设置隔墙，由隔墙左右两侧分别构成送风通道和排风通道；也可以是双洞结构，也即通风井成对设置，并按其气流方向分为送风井1和排风井2。当采用双洞结构时，可以是送风井1和排风井2均采用本发明通风斜井的结构形式，也可以是仅一个采用本发明通风斜井的结构形式，其具体选择可以根据涌水量及水位影响等地质条件进行选择。

而在仅一个通风井采用本发明通风斜井的分段结构形式，且送风井1和排风井2又沿纵向上下设置时，若位于上方的通风井采用分段设置，则通风井虽然能将断裂带内的水位降低，但并不能完全避免断裂带内的水对另一通风井施工的影响，但通过降低断裂带内的水位，降低涌水水量和冲击力，方便灌浆封堵等施工手段的实施，也能保证施工的安全。而仅一个通风井采用本发明通风斜井的分段结构形式，且送风井1和排风井2并排设置时，其效果类似。

因此，最优的，如图1、图2和图3所示，所述通风井成对设置，并按其气流方向分为送风井1和排风井2；在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带3处，所述成对设置的通风井的排风井2和送风井1沿纵向上下设置，且其中位于下方的通风井呈分段设置。

通过送风井1和排风井2沿纵向上下设置，且其中位于下方的通风井呈分段设置，通过位于下方的通风井将涌水断裂带3内的地下水导出，并使得其水位低于位于上方的通风井，进一步的降低对现有结构设计的影响，并极大的保证位于上方的通风井的施工安全，使得位于上方的通风井的施工更为灵活，可以根据需要选择如背景技术所述的三种施工方案，因此，更有利于保障整体的施工进度。

上述上下设置方式，可以将排风井2设置于下方并分段设置，但排风井2排出的废气温度相对较高，在烟囱效应的作用下自然向上流通，若排风井2位于送风井1下方并分段设置，则不利于对自然拉力的利用，可能增加隧道运营期间的能耗。

因此，最优的，在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带3处，位于下方的通风井为送风井1，且仅送风井1为分段设置。送风井1主要靠风机的抽力进行送风，而平导段11对于风阻的影响较小，因此，对隧道运营期间的能耗影响较小。

上述平导段11可以止于涌水断裂带3处，也即平导段11与斜井段12的连接处位于涌水断裂带3处，但是，当涌水量较大时，涌水可能进入斜井段12。

因此，最优的，如图3所示，所述平导段11经对应涌水断裂带3又分为排水段111和回水段112，其中位于涌水断裂带3的井口端一侧的为排水段111、另一侧的为回水段112，且所述回水段112相对对应涌水断裂带3的另一端、排水段111和回水段112相连处以及井口端三点的纵向高度依次降低。

通过设置回水段112，起到缓冲作用，为上涌的涌水提供释放动力的空间，待涌水上涌的动力耗尽时，其便沿着回水段112回流至排水段111，最终排出洞外。其中，回水段112的长度根据涌水量确定。而回水段112相对对应涌水断裂带3的另一端、排水段111和回水段112相连处以及井口端三点的纵向高度依次降低，实现顺畅排水。

为降低风阻，平导段11和斜井段12可以呈曲线状，但是曲线状施工难度高。因此，为方便施工，最优的，如图1、图2和图3所示，所述平导段11和斜井段12呈折线状。

为进一步的降低风机抽风的能耗水平，优选的，所述平导段11的坡度为1-3%。

平导段11设置成坡度为1-3%的缓坡具有以下优势：

首先、保障自流排水的同时利于缩短平导段11的长度，从而降低对工程量的影响；其二、降低通风井的弯折处的弯折程度，利于空气流通，降低能耗；其三、缓坡设计，施工类似水平导洞，施工更方便，利于保证施工的安全性；其四、保障了其井口端与隧道主洞洞口的距离，避免两者之间的影响。

当然，平导段11的坡度也可以设置成4%、5%或者更大的陡坡。但是，由于平导段11向其井口端呈向下倾斜设置，坡度越大，受山体自身形状影响，平导段11的长度越长，从而延长了该通风井的长度；并且，坡度越大，在平导段11与斜井段12处的弯道的弯折程度越大，风阻越大。

上述用于穿越涌水断裂带的隧道通风井的施工方法，首先，由井口端通风井的井口端倾斜向上开挖，形成通风井的平导段11；平导段11开挖完成后，再开挖通风井的斜井段12。

通过先开挖平导段11，再开挖斜井段12，使得涌水断裂带3的涌水会在重力作用下，经平导段11向井口端自流并排出洞外，实现了自流排水，避免了水泵故障对于施工安全的威胁和影响，施工安全风险大大降低，并极大的降低了工程费用；同时，使得斜井段12的施工更为灵活，可以根据需要选择如背景技术所述的三种施工方案，因此，更有利于保障施工进度。

优选的，所述通风井成对设置，并按其气流方向分为送风井1和排风井2；在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带3处，所述成对设置的通风井的排风井2和送风井1沿纵向上下设置，且其中位于下方的通风井呈分段设置；

平导段11开挖完成后，涌水断裂带3处位于上方的通风井以及涌水断裂带3处位于下方的通风井的斜井段12同时开挖。

涌水断裂带3处位于上方的通风井以及斜井段12同时开挖有利于提高整体施工进度。当然，涌水断裂带3处位于上方的通风井以及斜井段12也可以先后开挖。

斜井段12开挖时，可以选择背景技术提到的三种方式的任意一种，为了提高施工的安全性能，故，优选的，所述斜井段12开挖时，由平导段11开始向下开挖至对应通风井的井底端。

涌水断裂带3处位于上方的通风井开挖时，可以选择背景技术提高的三种方式的任意一种，为了进一步提高整体施工进度，最优的，涌水断裂带3处位于上方的通风井开挖时，分别由其井口端和井底端同时相向其中部开挖。

Claims (7)

1.用于穿越涌水断裂带的隧道通风井，包括由隧道外部延伸至对应隧道主洞并穿越对应涌水断裂带（3）的通风井，所述通风井与对应隧道主洞连通的一端为井底端、另一端为井口端；其特征在于：

所述通风井呈分段设置，包括平导段（11）和斜井段（12）；

其中，所述平导段（11）由对应通风井的井口端起并穿越对应涌水断裂带（3），所述斜井段（12）由对应平导段（11）的末端起并延伸至平导段（11）对应通风井的井底端，且沿纵向所述平导段（11）与斜井段（12）的连接处为对应通风井的最高点；

所述平导段（11）经对应涌水断裂带（3）又分为排水段（111）和回水段（112），其中位于涌水断裂带（3）的井口端一侧的为排水段（111）、另一侧的为回水段（112），且所述回水段（112）相对对应涌水断裂带（3）的另一端、排水段（111）和回水段（112）相连处以及井口端三点的纵向高度依次降低；

所述平导段（11）和斜井段（12）呈折线状；

所述平导段（11）的坡度为1-3%。

2.如权利要求1所述的用于穿越涌水断裂带的隧道通风井，其特征在于：所述通风井成对设置，并按其气流方向分为送风井（1）和排风井（2）；在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带（3）处，所述成对设置的通风井的排风井（2）和送风井（1）沿纵向上下设置，且其中位于下方的通风井呈分段设置。

3.如权利要求2所述的用于穿越涌水断裂带的隧道通风井，其特征在于：在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带（3）处，位于下方的通风井为送风井（1），且仅送风井（1）为分段设置。

4.如权利要求1所述的用于穿越涌水断裂带的隧道通风井的施工方法，其特征在于：

首先，由通风井的井口端倾斜向上开挖，形成通风井的平导段（11）；平导段（11）开挖完成后，再开挖通风井的斜井段（12）。

5.如权利要求4所述的用于穿越涌水断裂带的隧道通风井的施工方法，其特征在于：

所述通风井成对设置，并按其气流方向分为送风井（1）和排风井（2）；在该斜井系统的纵向投影面内的对应涌水断裂带（3）处，所述成对设置的通风井的排风井（2）和送风井（1）沿纵向上下设置，且其中位于下方的通风井呈分段设置；

平导段（11）开挖完成后，涌水断裂带（3）处位于上方的通风井以及涌水断裂带（3）处位于下方的通风井的斜井段（12）同时开挖。

6.如权利要求5所述的用于穿越涌水断裂带的隧道通风井的施工方法，其特征在于：所述斜井段（12）开挖时，由平导段（11）开始向下开挖至对应通风井的井底端。

7.如权利要求6所述的用于穿越涌水断裂带的隧道通风井的施工方法，其特征在于：涌水断裂带（3）处位于上方的通风井开挖时，分别由其井口端和井底端同时相向其中部开挖。