摘要：新建贵阳至广州快速铁路GGTJ-2标同马山隧道2#斜井长1222米，纵坡11%，斜井与正洞平面交角10°18′57″，井底设计为90°垂直进洞；并且2#斜井洞口场地狭小，斜井断面小，非常不利于隧道通风排水。本文将结合该隧道的特点探讨设计及施工，仅供参考。
一、概述
我项目部施工的同马山隧道设计进口里程DK172+100～DK186+029，隧道全长13929m。我部承担隧道中间段DK177+400～DK181+000（3.6km）及2#斜井施工任务。同马山隧道DK177+400～DK181+000为直线段，隧道净空12.2m(宽)×8.68m（高），线间距4.8m,复合式衬砌结构，隧道防水等级不小于P8。2#斜井长度1222m，纵坡11%，直墙断面型式，单车道无轨运输出碴；设计斜井净空断面4.7m(宽)×6m（高）。同马山隧道2#斜井与正洞相交于DK180+400，作为DK177+400～DK181+000段唯一的施工通道。斜井与正洞相交平面示意如下图所示：
图1斜井与正洞相交平面示意图
二、优化设计
首先，长大山岭隧道设计的斜井口位置较为偏远，往往施工便道比较长，且洞口场地相对狭小，其次，斜井设计为单车道无轨运输，净空宽度尺寸无法实现装载机与汽车并排装碴，运输、出碴效率不高，开挖支护循环时间增长；另外，净空高度对交通运输有限制，在设计中的断面上布置一条通风软管（加上停风状态下的通风软管下坠量）显得车辆行走空间不足，容易造成交通障碍和安全隐患。
针对实际情况，有必要对原设计进行优化。
以Ⅲ级围岩断面为例，
1、斜井衬砌后净空宽度B=30+235+50+300+30=650cm。
其中30cm及35cm为机械距离边墙的预留工作空间；
235cm为汽车宽度；
50cm为装载机装碴时与汽车并排的工作预留空间（经现场用装载机和汽车并排模拟装碴，50cm正好满足并排装碴条件）；
300cm为装载宽度。
如果考虑装载机从汽车尾部装碴，则装载机倾卸碴只能达到汽车料斗1/3～2/3长度；如果采取扩挖装碴车道，则又回到原设计断面采取的装碴措施方式上了，更不经济。
2、斜井衬砌后净空高度H=20+385+30+180+30=645cm
其中20cm为底板厚度
385cm为混凝土罐车的高度；
30cm为风管距离拱顶的高度；
180cm为风管直径；
30cm为风管下坠时距离罐车顶部的预留空间。
3、支护参数调整
原设计支护参数如下表：
调整后支护参数如下表：
三、交叉口施工方案
根据优化过的设计施工方案，更为便于正洞施工，拟将斜井与正洞平面交叉角度设为60°。
进正洞前200m先对隧道对洞外平面、高程控制网，洞内平面控制网进行复测，以确保洞内施工放样的准确性。
进正洞前100m，请地质预报单位进行超前地质预报，以探明前方围岩情况，以采取安全可靠的进洞方案。以下按Ⅲ、Ⅳ两种围岩情况确定进洞方案。进洞的支护方案按降低一级围岩级别进行考虑。
（一）Ⅲ级围岩进洞处理方案
1、当超前地质预报探明前方为Ⅲ级围岩时，按照降低一级围岩级别支护的原则，交叉口处斜井井身10m范围按Ⅳ级围岩进行支护，并辅以工字钢拱架加强支护。原斜井Ⅳ级围岩单车道扩大断面支护型式为：拱墙范围打设L=3m@1.2m×1.2m的水泥砂浆锚杆，梅花型布设；拱墙挂设φ8@200mm×200mm的钢筋网；喷射25cm厚的C25混凝土。
2、当超前地质预报探明前方为Ⅲ级围岩时，按照降低一级围岩级别支护的原则，正洞交叉口前后11m范围按照Ⅳ级围岩进行支护（参考图贵广贰隧参04-10-01-02Ⅳ级围岩A型复合式衬砌断面及参考图贵广贰隧参04-22-01-03Ⅳ级围岩I型加强复合式衬砌I18型钢钢架设计图）。设计Ⅳ级围岩正洞支护参数为：拱墙范围打设L=4.0m@1.2×1.0m的锚杆，拱部为组合中空锚杆，边墙为水泥砂浆锚杆；I20b型钢钢架间距1m,拱墙挂设φ8@200mm×200mm的钢筋网；喷射28cm厚的C25混凝土。
3、斜井交叉口缓坡段段10m范围采用间距为1m/榀的Ⅰ16工字钢拱架加强支护以确保结构稳定（详细支护见图4）。交叉口架立3榀Ⅰ20b工字钢拱架并排加强支护。喷射混凝土厚度22cm，Ф22水泥砂浆锚杆长度3m，挂设单层φ6钢筋网，网眼间距250×250mm。
4、施工步骤为：斜井按13.52%坡度上坡，开挖出中导洞平台后，中导洞往贵阳方向按13%的上坡掘进11m至正洞拱顶高程；按正洞设计坡度将正洞扩挖至上断面设计开挖宽度，然后再按正洞上断面开挖往前6m，以满足反向挑顶的操作空间，然后反向挑顶和扩挖边墙至设计断面。按照上述施工步骤往广州方向开挖中导洞及往贵阳反向挑顶及扩挖至设计断面。开挖支护步骤如图3所示。
5、中导洞和挑顶和掘进过程中，要随开挖随支护，中导洞支护见图6。中导洞开挖找顶后，开打设L=2.5m@1.2m×1.2m梅花型布设的Ф22水泥砂浆锚杆，安装垫块。挂设φ6@25cm×25cm钢筋网，喷射8cm厚度的C25混凝土。
6、中导洞顶部开挖至正洞拱顶高程后，要进行扩挖，扩挖过程中可采取一些与中导洞相同的支护措施，待扩挖至正洞上台阶尺寸后，立即按照正洞Ⅳ级围岩进行支护。即架立1m/榀的Ⅰ18工字钢拱架，打设L=3.5m的Ф22锁脚锚杆及L=3.0m的Ф22系统锚杆。系统锚杆间距1.2m×1.2m梅花型布设。挂设@20cm×20cmφ8钢筋网，喷射25cm的C25混凝土进行封闭。
7、挑顶过程中，当拱部遇到水平岩层时，采用3.5m长的Ф25超前锚杆加固后，再进行开挖。当围岩较破碎时，采用Ф50超前注浆小导管代替超前锚杆。
8、正洞落底后要及时进行正洞仰拱施工，以便初期支护与仰拱尽早成环，确保施工安全。
（二）Ⅳ级围岩进洞处理方案
当超前地质预报显示前方为Ⅳ级围岩时，斜井交叉口处10m范围内和交叉口处正洞前后11m按Ⅴ级围岩进行支护（参考图贵广贰隧参04-14-01-02Ⅴ级围岩复合式衬砌断面及参考图贵广贰隧参04-26-01-04Ⅴ级围岩、Ⅴ级I型加强复合式衬砌I18型钢钢架设计图），只是将格栅钢架改为I20b工字钢拱架。Ⅳ级围岩进洞处理施工步骤与Ⅲ级围岩类似。如图2所示：
图2Ⅳ级围岩斜井进入正洞剖单位：m
四、施工排水方案
根据初步设计图及目前斜井地下水发育情况，结合施工用水，计算施工排水量如下。
1、施工用水排水量
考虑洞内风钻用水排放、喷雾用水量等，施工用水量约为27m³/h。
2、雨季最大涌水量
根据初步设计图预测，DK181+800-DK172+105段雨季隧道最大涌水量约为41095m³/h。按隧道纵向延米涌水量平均，则DK177+400～DK181+000段涌水量预测为：41095÷（181800-172105）×3600÷24=635.8m³/h。
总排水量635.8＋27=662.82m³/h。
3、平常涌水量
根据初步设计图预测，DK181+800-DK172+105段雨季隧道最大涌水量约为22830m³/h。按隧道纵向延米涌水量平均，则DK177+400～DK181+000段涌水量预测为：22830÷（181800-172105）×3600÷24=353.2m³/h。
总排水量353.2＋27=380.2m³/h。
由于缺乏施工段内的地质资料，地下水最大涌水量和平常涌水量是根据初步设计图DK181+800-DK172+105段的涌水量平均计算。如不考虑不属于我项目部施工且含水性好的DK180+420～DK180+720段巫不1#、2#正断层涌水量，则按0.6的系数取我部施工段涌水量为：最大涌水量408.5m³/h，平常涌水量238.9m³/h。由于缺乏施工段内的地质资料，地下水最大涌水量和平常涌水量是根据初步设计图DK181+800-DK172+105段的涌水量平均计算。如不考虑不属于我项目部施工且含水性好的DK180+420～DK180+720段巫不1#、2#正断层涌水量，则按0.6的系数取我部施工段涌水量为：最大涌水量408.5m³/h，平常涌水量238.9m³/h。
根据涌水状况，根据有关公式计算出所需水泵总排水能力和水泵总扬程。
4、水泵的排水能力
Q=C/m×q=1.3÷0.8×238.9=388.2m³/h
C－涌水不均匀系数，取1.3～1.5
m－水泵的时间利用系数，取0.8～0.85
q－涌水量，m³/h。
5、水泵总扬程计算
H=（L1+L2）sinα（1+K）
=（1190+13.72）×sin6.2773°×（1+30%）
=171m
L1－排水管长度（m）
L2－吸水管长度（m）
K－管路阻力换算扬程系数，扬程30m以上，200mm以下管径取K=30%
α－排水管路的倾角，按斜井坡度11%计算，α为6.2773°。
前期进入正洞前，考虑采用45kW及30KW的水泵两级排水出洞外即可。
进入正洞水量较大时，为将隧道内水及时排出，拟在井底段开挖一个约220m³水仓，采用单级排水将水排出洞外。
（1）水泵轴功率计算（总功率，按单泵计算）
N1=（QHγ/367.4η）
=388.2×171×1.1÷367.4÷0.65
=305.76kW
电机功率N2=1.15N1=351.62kW
（2）排水管管径计算
此处计算按速度为1.5m/s～2.2m/s计算:
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）
求得管径最大值为:
Dmax=[4Q/(3600πν)]1/2
=1.88×(Q/ν)1/2
=303cm（ν=1.5m/s）
管路最小直径为:
Dmin=[4Q/(3600πν)]1/2
=1.88×(Q/ν)1/2
=250cm（ν=2.2m/s）
考虑到我项目部只有Ф200cm和Ф150cm的水管，如果只用其中一条排水，流速将超过合理范围，不可实现。因此如果不换管，只用一条Ф200cm出水管是不可行，于是考虑三两条出水管,其中2条200水管、1条150水管。
（3）吸水管配置
吸水管管径：d吸（Ф200）=d+25=225cm
d吸（Ф150）=d+25=175cm
吸水管长度：L2=（Hs+0.5）/sinα=（1+0.5）/sin6.2773°=13.72m
Hs－水泵允许吸上真空高度（m）
0.5－莲蓬头上面的水位高度（m）
（4）抽水机规格确定：
根据隧道预测水量及计算结果，配备6台水泵，扬程都不小于171m。
配备D155-67×3型水泵5台，D85-67×3型水泵1台。按平常涌水量计算，2台D155-67×3型及1台D85-67×3型水泵工作，3台D155-67×3型水泵备用，每台流量155×2+80=390m³/h，满足平常涌水量要求。当处于最大涌水量时，用4台D155-67×3型水泵及1台D85-67×3型水泵同时工作。D155-67×3型水泵扬程201m，电机功率132KW,水管直径200mm。D155-67×3型水泵扬程201m，电机功率90KW,水管直径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
流速在合理范围内。
五、施工通风方案
隧道通风分两个阶段：斜井施工阶段和正洞施工阶段
1、斜井施工阶段
斜井施工阶段采用1台2×110kW的SDF(C)-NO12.5风机供风。
2、正洞施工阶段
进入正洞往大里程方向掘进时，在斜井口增加1台2×110kW的SDF(C)-NO12.风机供风，即双供风管进洞，一风机供大里程方向，一个风机供小里程方向。小里程方向最远距离距斜井口4222m，计划在交叉口掘进1000m左右的位置串联一台SDF(C)-NO12.风机。正洞施工至一定距离后，视情况在斜井井底附近设置一台75kW的风机往井口外面排风。
六、配电方案
洞外配置两台1500KVA/35-10的变压器及1台630KVA/35-0.4变压器。洞内采用高压电进洞配电方案。从两台1500KVA/35-10变压器各引一条10KV高压线进入洞内；630KVA/35-0.4供洞外通风机及砂场生产用电。在抽水泵站的配电洞室内配置一台800KVA/10-0.4变压器。在串联风机附近避车洞位置设三台500KVA/10-0.4的变压器。
同时，在抽水泵站配电洞室处另配一台300KW内燃发电机1台，在正洞内设1台移动式的250KW内燃发电机，以备停电时二衬混凝土能连续浇筑。
洞内施工用电量如表1所示：
表1用电情况明细表
