摘要：新建貴陽至廣州快速鐵路GGTJ-2標同馬山隧道2#斜井長1222米，縱坡11%，斜井與正洞平面交角10°18′57″，井底設計為90°垂直進洞；并且2#斜井洞口場地狹小，斜井斷面小，非常不利于隧道通風排水。本文將結合該隧道的特點探討設計及施工，僅供參考。
　　一、概述
　　我項目部施工的同馬山隧道設計進口里程DK172+100～DK186+029，隧道全長13929m。我部承擔隧道中間段DK177+400～DK181+000（3.6km）及2#斜井施工任務。同馬山隧道DK177+400～DK181+000為直線段，隧道凈空12.2m(寬)×8.68m（高），線間距4.8m,復合式襯砌結構，隧道防水等級不小于P8。2#斜井長度1222m，縱坡11%，直墻斷面型式，單車道無軌運輸出碴；設計斜井凈空斷面4.7m(寬)×6m（高）。同馬山隧道2#斜井與正洞相交于DK180+400，作為DK177+400～DK181+000段唯一的施工通道。斜井與正洞相交平面示意如下圖所示：

　　圖1斜井與正洞相交平面示意圖
　　二、優化設計
　　首先，長大山嶺隧道設計的斜井口位置較為偏遠，往往施工便道比較長，且洞口場地相對狹小，其次，斜井設計為單車道無軌運輸，凈空寬度尺寸無法實現裝載機與汽車并排裝碴，運輸、出碴效率不高，開挖支護循環時間增長；另外，凈空高度對交通運輸有限制，在設計中的斷面上布置一條通風軟管（加上停風狀態下的通風軟管下墜量）顯得車輛行走空間不足，容易造成交通障礙和安全隱患。
　　針對實際情況，有必要對原設計進行優化。
　　以Ⅲ級圍巖斷面為例，
　　1、斜井襯砌后凈空寬度B=30+235+50+300+30=650cm。
　　其中30cm及35cm為機械距離邊墻的預留工作空間；
　　235cm為汽車寬度；
　　50cm為裝載機裝碴時與汽車并排的工作預留空間（經現場用裝載機和汽車并排模擬裝碴，50cm正好滿足并排裝碴條件）；
　　300cm為裝載寬度。
　　如果考慮裝載機從汽車尾部裝碴，則裝載機傾卸碴只能達到汽車料斗1/3～2/3長度；如果采取擴挖裝碴車道，則又回到原設計斷面采取的裝碴措施方式上了，更不經濟。
　　2、斜井襯砌后凈空高度H=20+385+30+180+30=645cm
　　其中20cm為底板厚度
　　385cm為混凝土罐車的高度；
　　30cm為風管距離拱頂的高度；
　　180cm為風管直徑；
　　30cm為風管下墜時距離罐車頂部的預留空間。
　　3、支護參數調整
　　原設計支護參數如下表：

　　調整后支護參數如下表：

　　三、交叉口施工方案
　　根據優化過的設計施工方案，更為便于正洞施工，擬將斜井與正洞平面交叉角度設為60°。
　　進正洞前200m先對隧道對洞外平面、高程控制網，洞內平面控制網進行復測，以確保洞內施工放樣的準確性。
　　進正洞前100m，請地質預報單位進行超前地質預報，以探明前方圍巖情況，以采取安全可靠的進洞方案。以下按Ⅲ、Ⅳ兩種圍巖情況確定進洞方案。進洞的支護方案按降低一級圍巖級別進行考慮。
　　（一）Ⅲ級圍巖進洞處理方案
　　1、當超前地質預報探明前方為Ⅲ級圍巖時，按照降低一級圍巖級別支護的原則，交叉口處斜井井身10m范圍按Ⅳ級圍巖進行支護，并輔以工字鋼拱架加強支護。原斜井Ⅳ級圍巖單車道擴大斷面支護型式為：拱墻范圍打設L=3m@1.2m×1.2m的水泥砂漿錨桿，梅花型布設；拱墻掛設φ8@200mm×200mm的鋼筋網；噴射25cm厚的C25混凝土。
　　2、當超前地質預報探明前方為Ⅲ級圍巖時，按照降低一級圍巖級別支護的原則，正洞交叉口前后11m范圍按照Ⅳ級圍巖進行支護（參考圖貴廣貳隧參04-10-01-02Ⅳ級圍巖A型復合式襯砌斷面及參考圖貴廣貳隧參04-22-01-03Ⅳ級圍巖I型加強復合式襯砌I18型鋼鋼架設計圖）。設計Ⅳ級圍巖正洞支護參數為：拱墻范圍打設L=4.0m@1.2×1.0m的錨桿，拱部為組合中空錨桿，邊墻為水泥砂漿錨桿；I20b型鋼鋼架間距1m,拱墻掛設φ8@200mm×200mm的鋼筋網；噴射28cm厚的C25混凝土。
　　3、斜井交叉口緩坡段段10m范圍采用間距為1m/榀的Ⅰ16工字鋼拱架加強支護以確保結構穩定（詳細支護見圖4）。交叉口架立3榀Ⅰ20b工字鋼拱架并排加強支護。噴射混凝土厚度22cm，Ф22水泥砂漿錨桿長度3m，掛設單層φ6鋼筋網，網眼間距250×250mm。
　　4、施工步驟為：斜井按13.52%坡度上坡，開挖出中導洞平臺后，中導洞往貴陽方向按13%的上坡掘進11m至正洞拱頂高程；按正洞設計坡度將正洞擴挖至上斷面設計開挖寬度，然后再按正洞上斷面開挖往前6m，以滿足反向挑頂的操作空間，然后反向挑頂和擴挖邊墻至設計斷面。按照上述施工步驟往廣州方向開挖中導洞及往貴陽反向挑頂及擴挖至設計斷面。開挖支護步驟如圖3所示。
　　5、中導洞和挑頂和掘進過程中，要隨開挖隨支護，中導洞支護見圖6。中導洞開挖找頂后，開打設L=2.5m@1.2m×1.2m梅花型布設的Ф22水泥砂漿錨桿，安裝墊塊。掛設φ6@25cm×25cm鋼筋網，噴射8cm厚度的C25混凝土。
　　6、中導洞頂部開挖至正洞拱頂高程后，要進行擴挖，擴挖過程中可采取一些與中導洞相同的支護措施，待擴挖至正洞上臺階尺寸后，立即按照正洞Ⅳ級圍巖進行支護。即架立1m/榀的Ⅰ18工字鋼拱架，打設L=3.5m的Ф22鎖腳錨桿及L=3.0m的Ф22系統錨桿。系統錨桿間距1.2m×1.2m梅花型布設。掛設@20cm×20cmφ8鋼筋網，噴射25cm的C25混凝土進行封閉。
　　7、挑頂過程中，當拱部遇到水平巖層時，采用3.5m長的Ф25超前錨桿加固后，再進行開挖。當圍巖較破碎時，采用Ф50超前注漿小導管代替超前錨桿。
　　8、正洞落底后要及時進行正洞仰拱施工，以便初期支護與仰拱盡早成環，確保施工安全。
　　（二）Ⅳ級圍巖進洞處理方案
　　當超前地質預報顯示前方為Ⅳ級圍巖時，斜井交叉口處10m范圍內和交叉口處正洞前后11m按Ⅴ級圍巖進行支護（參考圖貴廣貳隧參04-14-01-02Ⅴ級圍巖復合式襯砌斷面及參考圖貴廣貳隧參04-26-01-04Ⅴ級圍巖、Ⅴ級I型加強復合式襯砌I18型鋼鋼架設計圖），只是將格柵鋼架改為I20b工字鋼拱架。Ⅳ級圍巖進洞處理施工步驟與Ⅲ級圍巖類似。如圖2所示：

　　圖2Ⅳ級圍巖斜井進入正洞剖單位：m
　　四、施工排水方案
　　根據初步設計圖及目前斜井地下水發育情況，結合施工用水，計算施工排水量如下。
　　1、施工用水排水量
　　考慮洞內風鉆用水排放、噴霧用水量等，施工用水量約為27m³/h。
　　2、雨季最大涌水量
　　根據初步設計圖預測，DK181+800-DK172+105段雨季隧道最大涌水量約為41095m³/h。按隧道縱向延米涌水量平均，則DK177+400～DK181+000段涌水量預測為：41095÷（181800-172105）×3600÷24=635.8m³/h。
　　總排水量635.8＋27=662.82m³/h。
　　3、平常涌水量
　　根據初步設計圖預測，DK181+800-DK172+105段雨季隧道最大涌水量約為22830m³/h。按隧道縱向延米涌水量平均，則DK177+400～DK181+000段涌水量預測為：22830÷（181800-172105）×3600÷24=353.2m³/h。
　　總排水量353.2＋27=380.2m³/h。
　　由于缺乏施工段內的地質資料，地下水最大涌水量和平常涌水量是根據初步設計圖DK181+800-DK172+105段的涌水量平均計算。如不考慮不屬于我項目部施工且含水性好的DK180+420～DK180+720段巫不1#、2#正斷層涌水量，則按0.6的系數取我部施工段涌水量為：最大涌水量408.5m³/h，平常涌水量238.9m³/h。由于缺乏施工段內的地質資料，地下水最大涌水量和平常涌水量是根據初步設計圖DK181+800-DK172+105段的涌水量平均計算。如不考慮不屬于我項目部施工且含水性好的DK180+420～DK180+720段巫不1#、2#正斷層涌水量，則按0.6的系數取我部施工段涌水量為：最大涌水量408.5m³/h，平常涌水量238.9m³/h。
　　根據涌水狀況，根據有關公式計算出所需水泵總排水能力和水泵總揚程。
　　4、水泵的排水能力
　　Q=C/m×q=1.3÷0.8×238.9=388.2m³/h
　　C－涌水不均勻系數，取1.3～1.5
　　m－水泵的時間利用系數，取0.8～0.85
　　q－涌水量，m³/h。
　　5、水泵總揚程計算
　　H=（L1+L2）sinα（1+K）
　　=（1190+13.72）×sin6.2773°×（1+30%）
　　=171m
　　L1－排水管長度（m）
　　L2－吸水管長度（m）
　　K－管路阻力換算揚程系數，揚程30m以上，200mm以下管徑取K=30%
　　α－排水管路的傾角，按斜井坡度11%計算，α為6.2773°。
　　前期進入正洞前，考慮采用45kW及30KW的水泵兩級排水出洞外即可。
　　進入正洞水量較大時，為將隧道內水及時排出，擬在井底段開挖一個約220m³水倉，采用單級排水將水排出洞外。
　　（1）水泵軸功率計算（總功率，按單泵計算）
　　N1=（QHγ/367.4η）
　　=388.2×171×1.1÷367.4÷0.65
　　=305.76kW
　　電機功率N2=1.15N1=351.62kW
　　（2）排水管管徑計算
　　此處計算按速度為1.5m/s～2.2m/s計算:
　　d=[4Q/(3600πν)]1/2
　　=1.88×(Q/ν)1/2
　　=1.88×(388.2/1.85)1/2
　　=270cm（ν=1.85m/s平均速度）
　　求得管徑最大值為:
　　Dmax=[4Q/(3600πν)]1/2
　　=1.88×(Q/ν)1/2
　　=303cm（ν=1.5m/s）
　　管路最小直徑為:
　　Dmin=[4Q/(3600πν)]1/2
　　=1.88×(Q/ν)1/2
　　=250cm（ν=2.2m/s）
　　考慮到我項目部只有Ф200cm和Ф150cm的水管，如果只用其中一條排水，流速將超過合理范圍，不可實現。因此如果不換管，只用一條Ф200cm出水管是不可行，于是考慮三兩條出水管,其中2條200水管、1條150水管。
　　（3）吸水管配置
　　吸水管管徑：d吸（Ф200）=d+25=225cm
　　d吸（Ф150）=d+25=175cm
　　吸水管長度：L2=（Hs+0.5）/sinα=（1+0.5）/sin6.2773°=13.72m
　　Hs－水泵允許吸上真空高度（m）
　　0.5－蓮蓬頭上面的水位高度（m）
　　（4）抽水機規格確定：
　　根據隧道預測水量及計算結果，配備6臺水泵，揚程都不小于171m。
　　配備D155-67×3型水泵5臺，D85-67×3型水泵1臺。按平常涌水量計算，2臺D155-67×3型及1臺D85-67×3型水泵工作，3臺D155-67×3型水泵備用，每臺流量155×2+80=390m³/h，滿足平常涌水量要求。當處于最大涌水量時，用4臺D155-67×3型水泵及1臺D85-67×3型水泵同時工作。D155-67×3型水泵揚程201m，電機功率132KW,水管直徑200mm。D155-67×3型水泵揚程201m，電機功率90KW,水管直徑150mm。
　　（5）流速校核
　　Ф200管
　　流速：VФ200=Q÷(πr²)
　　=155÷3600÷3.141593÷(0.1×0.1)
　　=1.37m/s<2.5m/s
　　Ф150管
　　流速：VФ150=Q÷(πr²)
　　=80÷3600÷3.14÷(0.075×0.075)
　　=1.25m/s<2.5m/s
　　流速在合理范圍內。
　　五、施工通風方案
　　隧道通風分兩個階段：斜井施工階段和正洞施工階段
　　1、斜井施工階段
　　斜井施工階段采用1臺2×110kW的SDF(C)-NO12.5風機供風。
　　2、正洞施工階段
　　進入正洞往大里程方向掘進時，在斜井口增加1臺2×110kW的SDF(C)-NO12.風機供風，即雙供風管進洞，一風機供大里程方向，一個風機供小里程方向。小里程方向最遠距離距斜井口4222m，計劃在交叉口掘進1000m左右的位置串聯一臺SDF(C)-NO12.風機。正洞施工至一定距離后，視情況在斜井井底附近設置一臺75kW的風機往井口外面排風。
　　六、配電方案
　　洞外配置兩臺1500KVA/35-10的變壓器及1臺630KVA/35-0.4變壓器。洞內采用高壓電進洞配電方案。從兩臺1500KVA/35-10變壓器各引一條10KV高壓線進入洞內；630KVA/35-0.4供洞外通風機及砂場生產用電。在抽水泵站的配電洞室內配置一臺800KVA/10-0.4變壓器。在串聯風機附近避車洞位置設三臺500KVA/10-0.4的變壓器。
　　同時，在抽水泵站配電洞室處另配一臺300KW內燃發電機1臺，在正洞內設1臺移動式的250KW內燃發電機，以備停電時二襯混凝土能連續澆筑。
　　洞內施工用電量如表1所示：
　　表1用電情況明細表