隧道通风构造物及辅助通道(二)——竖井

百科   2024-12-01 00:00   福建  

一、竖井位置选择

1、竖井应设置在隧道埋深较浅处,以降低施工难度,节约工程造价,减小后期的通风运营费用。

2、竖井应设置在地质较好地段,避免穿过滑坡及大的断层破碎带等不良地质地段。

3、竖井井口地形应尽量选择开阔平坦区域,以利于施工场地和竖井建筑物的布置及污染空气的排放。

4、竖井井口严禁设在可能被洪水淹没处,井口应高出洪水频率1/100的水位以上至少0.5m。如设在低洼处,必须有确保安全的防洪措施。

5、竖井平面位置宜设置在隧道中线的一侧,宜尽量靠近主隧道。当采用地面风机房方案时,井底与隧道净距宜控制在20m左右,特殊情况下,竖井也可直接设于隧道顶;当采用地下风机房时,横向距离与地下风机房布置关系密切,井底与地下风机房的净距可为15~20m。

6、竖井施工通常采用复杂的垂直提升设备,施工进度慢,竖井深度不宜超过 150m;对于超长隧道,深度不宜超过400m,否则应有充分的技术经济比较和论证。

二、竖井设计

1、竖井构造

      竖井结构包括锁口圈、马头门、井身,见图23-2-1。锁口圈设置于竖井口部,通常采用敞口开挖,为钢筋混凝土结构,主要承受地表土层的侧向土压力、井口建筑物及设备的重力。其基础应尽量置于基岩中。马头门为井身与联络通道交叉处的结构,形状特殊,受力复杂,并承受井身二次衬砌传来荷载,应考虑加强处理,其断面应能满足施工所用的材料、设备的运输及运营期间导流叶片的安装。井身是竖井的主要组成部分,它上接锁口圈,下接马头门。当竖井较深或井身需要承受上方较大荷载时,应设置壁座。壁座通常设置于井口段、地质条件较好的井身段及马头门的上方。井身支护一般采用喷锚防护的复合衬砌结构形式,初期支护为主要的承载结构,二次衬砌可作为安全储备并起到减少运营期间通风阻力的作用

      从结构受力、施工难易程度以及通风效率等多方面考虑,竖井通常都采用圆形断面有通风需要的竖井面积大小应根据《公路隧道通风设计细则》(JTG/T D70/2-02-2014)8.2.3条规定的“主风道的设计风速宜在13~20m/s范围内取值"而确定。风速高低的取值与通风井的长度有关系(即考虑井内摩阻力变化对送排风机功率的影响)。当通风井偏长时,应取较低的风速;当通风井偏短时,可以取较高的风速。如果通风井长度小于100m,井内风速即使取20m/s对风机功率影响也是可以接受的。采用送排式通风方案时,根据需要还应设置15~20cm厚的钢筋混凝土中隔墙。仅用于施工的竖井,其断面形状也可根据施工需要确定。

2、竖井锁口圈结构设计
      竖井锁口圈构造见图23-2-3。锁口圈高度 H根据地质地形情况而定,必要时在开挖前需要进行地表注浆处理或其他加固措施,通常要求其基础宜置于较好的基岩上,并采用扩大的钢筋混凝土基础。为避免施工期间地表水的流入及异物跌入,锁口圈应高出地面 H1大于 1.0m。
      考虑井口土质一般较松软且井口附近有建筑物及车辆荷载,锁口圈厚度为0.4~0.7m;钢筋混凝土扩大基础通常加宽至1.5~2.0m,四周采用浆砌片石等回填压实,以防止施工期间锁口圈横向移位。内部二次衬砌顶部宜搁置于锁口圈顶部,以使锁口圈能承受上部结构的自重荷载。
3、井身设计
      竖井采用复合式衬砌结构,考虑到施工安全,二次衬砌原则上要求在竖井施工完成后再施作,以免对施工产生过大干扰,因此初期支护应适当加强。竖井底部马头门处由于周边围岩受力状态复杂,应对初期支护与二次衬砌进行加强处理。竖井井口段地质一般较差,通常采用敞口开挖,修筑明洞结构形式。对于土层地段,应优先考虑采用地表处理措施,如钻孔咬合桩、地下连续墙、钢板桩、高压旋喷桩、水泥搅拌桩等基坑加固措施。井身结构宜采用连续体模型,采用有限元计算。竖井衬砌支护参数多以经验数据确定,可参照表 23-2-4 选用。
      由于二次衬砌原则上都是由底部向上进行浇筑,当竖井埋深较大时(大于200m),应考虑次衬砌所承受的自重。其允许支撑高度H计算如下(不计与防水板之间的摩阻力):
      壁座可采用单锥或双锥形状,见图23-2-5。单锥形壁座适用于坚硬、半坚硬土及岩层地质;双锥形壁座适用于黏土及砂土层中
      壁座高度h应不小于二次衬砌厚度d的2.5倍,一般取 1.0~1.3m;宽度b不小于1.5d(Ⅱ、Ⅲ级围岩地段b=0.6~0.8m,Ⅳ级围岩地段b=1.0~1.2m,V级围岩地段b不大于1.5m),倾角α可按以下角度取值:
      井底马头门与联络风道连接处宜采用似矩形断面,以保证竖井与联络风道在直墙上连接方便设计与施工。考虑到竖井井身与井底风道的顺接以及导流页片的布置,竖井底部可设置一段不小于5m长的圆变方过渡段,竖井断面由圆形渐变为正方形。过渡段结构如图 23-2-6所示。




参考文献:
1、《公路隧道设计手册》廖朝华 郭小红
2、《公路隧道通风设计细则》JTG∕T D70∕2-02-2014 

土木风雨
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