摘要：随着工业化、农业化进程的推进，我国交通运输业得到快速的发展，借此，本文就以高速公路为研究对象，就高速公路中的特长隧道通风竖井的一般规定、结构设计方法和施工技术等进行探究和分析。
关键词：公路；特长隧道；通风竖井；设计方法；施工技术
引言
我国高速公路的快速发展使特长隧道的工程越来越多，进而带动着对于通风竖井建设的关注度不断增高。公路隧道通风竖井位置的选择、地质条件、功能上及结构安全方面的差异，都有可能影响通风竖井的作用，需要对其进行深入性研究。因此，做好公路特长隧道通风竖井设计和施工至关重要。
一、一般规定
1.1竖井的概念
竖井指的就是洞壁直立的井状管道，实际上就是一种塌陷的漏斗。从平面的角度来看，主要轮廓呈现出方形、长条状，或者是不规则的圆形等形状。即方形或者是圆形是沿着两组节理而发育，而长条状是沿着一组节理而发育得出。
1.2竖井结构组成部分
公路特长隧道通风竖井结构主要是由锁口圈、井身、马头门等构成。第一，锁口圈主要在隧道口部设置，主要是为了承受井口建筑物、地表土层的土压力和相关设备的荷载，尽可能的将其基础置立于基岩之中。另外，在进行锁口圈开挖的过程中，主要是以敞口开挖和钢筋混凝土结构为主。第二，井身作为竖井中的重要组成部分，上面连接锁口圈，下面连接马头门。如果竖井处在一个较深的位置时，或者是竖井井身需要承载较大的荷载力时，应该要设置相应的壁座，而壁座主要设置于井口的位置处、马头门的上方，或者是地质条件较差的井身段处。另外，井身支护通常都采用的是喷锚防护复合衬砌结构的形式，在通常情况下，初期支护作为主要的承载结构，而二次衬砌主要是发挥安全储备，或者是减少运营期间通风阻力的作用。第三，马头门主要是为井身和联络通道交叉处的结构组织，不仅形状较为特殊，而且受力作用也比较复杂，同时承受着井身二次衬砌传递过来的荷载力，通常要对这种情况加强相关的处理。所以，在进行马头门断面处理时，应当还要兼顾施工所需要的材料、设备运输，并且就对运用期间的导流叶片进行相关的安装作业。
1.3结构受力、施工难易程度、通风效率分析
在进行结构受力、施工难易程度、通风效率这三方面分析的过程中，竖井断面主要是以圆形断面为主，内径大小控制在13m/s～18 m/s的范围内，这个范围值是根据《公路隧道通风照明设计规范》确定的。如果通风井较长的情况下，应该能该选取一个较低的风速，反之，则要取一个较高的风速，当然，如果通风井的长度在100米以下时，井内的风速需要保持在20m/s，在整个送排式通风方案中，应该要设置15cm～20cm厚的钢筋混凝土结构中间墙，进而保障运行的安全性。
二、结构设计
2.1锁口圈设计
首先，锁口圈的高度应该要根据该地域的地质情况来定，相对于覆盖层的厚度而言，要厚于覆盖层厚度，并且还要将其埋藏于基岩之上，这也是为了避免施工期间有水流入，所以，锁扣圈的设置位置应该要高于1m；其次，锁口圈的底部通常都会采用将钢筋混凝土基础扩大的方式，综合考虑到井口土质的松软性和井口附近建筑物、运行车辆等荷载的作用，不仅要将锁口圈的厚度确定为0.4m～0.6m，而且还要在扩大的基础上加大1.5m～2.0m的厚度，另外，在锁口圈四周，用浆砌片石进行填充并做压实作业，防止在施工期间锁口圈位置发生横向偏移；最后，在明洞衬砌顶部区域，最适宜放置锁口圈顶部，以确保能够承受明洞荷载。当然，如果锁口圈上有建筑物的荷载时，应当要对其截面垂直应力是否符合要求进行核算，即K*N≤∑Ra*A（1），在式中，K表示安全系数2.4、N表示垂直方向合力KN、Ra表示混凝土的抗压极限强度KN、A表示锁口圈井壁最薄处的横截面积m²。如图1竖井锁扣圈计算模型。
图1竖井锁口圈计算模型
另外，锁口圈井壁轴力弯矩采用弹性力学计算，且厚壁筒的计算公式模型为： 
，当 
、
，其中，N表示井壁环向每延米的轴力KN；M表示井壁环向每延米的弯矩KN-m； 
井壁外半径m；P表示井壁水平比KN；µ表示泊桑比；r表示土体容种KN/m³；h表示锁口圈高度m，根据这些数据进行轴力、弯矩计算。
2.2井身设计
第一，竖井衬砌按照新奥法原理进行复合衬砌，处于施工安全方面的考虑，两次衬砌在原则上都是要求要在竖井施工完成之后进行，防止对施工环节造成过大的干扰，所以，适当的加强初期支护是必要的。
第二，竖井底部马头门处因为周边的围岩受力状况较为复杂，所以，需要进一步加强初期支护和二次衬砌。
第三，竖井井口段的地质一般都不是非常稳定，通常会在敞口的区域进行开挖活动，修筑明洞结构。另外，在上层结构地段施工时，要考虑好地表采用的处理措施，如采用钻孔灌注桩、钢板桩、水泥搅拌桩等方式进行加固。
第四，井身衬砌承受的地层压力主要是通过太沙基理论计算得到的，所以，通常会采用三维有限元计算，保障结果的有效性和合理性。
第五，因为二次衬砌的原则就是从底部向上进行浇筑，在竖井是不设置壁座的，如果竖井埋藏位置较深时，可以考虑二次衬砌环节中需要承受的自重，在其支撑高度允许的范围内进行相关核算。当然，如果二次衬砌以C25混凝土为主要原材料时，高度确定值是226米。所以，如果竖井深度高于200米时，必须要在井壁中设置相关的壁座，壁座设计按照100m—150m的规制设置。
第六，在通风竖井设计施工的过程中，壁座的高度不能低于二次衬砌厚度的2.5倍，一般都会选取1m—1.3m的规格，其宽度是不能低于1.5d，倾斜角采用a来表示角度的取值，分别是Ⅴ级级围岩地段的50º-60º、Ⅳ级围岩地段的25º-45º、Ⅱ和Ⅲ级围岩地段的0º-15º。
第七，井底马头门与连接的通风道都采用的是似矩形断面，这不仅有助于保障竖井能够与连接的通风道在直墙上连接，而且还有助于简化通风竖井设计和施工程序。另外，基于竖井井身、井底通风道和导流页片等方面的考虑，一般井底的设置是不能低于5m的，由圆形逐步变化为正方形。
如图2某工程竖井立面。
图2某工程竖井立面
三、施工方法
第一，竖井在施工的过程中，需要配备专门的设施，类似于吊盘、稳车、抓岩机，或者是吊桶等，施工设备和施工技术非常复杂，所以，必须要在竖井井筒内安装安全梯等基础性的安全措施，不仅可以有效地防止因为工程施工造成吊绳的断裂，或者是溜车之类的事件发生，而且还能够避免竖井内部发生碰撞事故。
第二，在施工方法上，不管是在主隧道竖井建成之后，还是竖井建成之前展开的竖井建成工作，都要加以研究，而且还需要根据竖井在开挖和衬砌期间是单独作业或是平行作业进行探讨，具体探究的方法主要为全井单行作业法，而主隧道先于竖井建成，可供选择的方法包括吊罐反井正向扩大法、钻机反井正向扩大法、爬罐反井正向扩大法等。
四、总结
综上所述，在对公路特长隧道通风竖井设计方法及施工技术进行研究的过程中，就如何进行竖井工程的建设，通过不同的方面进行综合性考虑，尤其是对于设计阶段而言，应该要站在不同的角度，从多个方面对问题进行考虑、论证和分析，在达到预期效果的同时，还需要进一步为竖井设计和施工技术发展提供理论方面的指导，从而促进我国隧道建设发展的越来越好。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.公路隧道设计规范.北京人民交通出版社，2014-09-11.
[2]中华人民共和国行业标准.公路隧道施工技术规范.北京人民交通出版社，2013-07-02.
[3]张海宁.灵山高速公路隧道斜、竖井利用及自然通风研究[D].长安大学，2014-05-10.
论文作者:黄河
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/6/14
标签：竖井论文; 隧道论文; 井壁论文; 马头论文; 荷载论文; 或者是论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第10期论文;