熊文亮

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

0 引言

近年来，长大隧道越来越多，隧道通风是高速公路长大隧道建设中必须认真研究和解决的重要问题。地下风机房在实际工程中越来越多地被采用，在隧道通风中起着举足轻重的作用，但地下风机房具有断面多、跨度大、结构较复杂、交叉洞室多和施工难度大等特点。

就隧道地下风机房设计而言，其重点在于布置方式的选择、洞室交叉结构的安全及地下风机房系统内防灾救援措施等。目前在有关隧道地下风机房的研究中:文献［1］介绍了方斗山隧道地下风机房的施工技术方案和关键施工技术;文献［2］介绍了夹活岩隧道地下风机房的总体设计;文献［3－4］介绍了斜井进正洞挑顶施工技术;文献［5］介绍了地铁区间隧道通风机房的几种典型布置形式，总结了各典型布置形式的优缺点。国内隧道地下风机房的设计和施工经验尚未成熟，需要更多的工程实践经验及更多的工程技术人员进行总结及探讨。本文从地下风机房的布置方式介绍地下风机房的总体设计，总结地下风机房布置原则及要求，通过工程类比及结构计算确定出洞室支护参数，详述地下风机房施工方案及交叉洞室施工技术，并总结地下风机房的优点及设计的重点、难点，探讨地下风机房的发展趋势。

1 工程概况

四川省南充—大竹—梁平(川渝界)公路是四川省最便捷的东北向通江达海的出川快速通道，直接通往陕西西安和重庆万州。其中华蓥山隧道为此项目的控制性工程，位于四川盆地东部，横穿走向北北东向的华蓥山背斜北段，路线走向与越岭山脊走向近于正交，隧道最大埋深604 m。华蓥山隧道为双洞单向行驶隧道，左线隧道长8 151 m，右线隧道长8 168 m。左右线进、出口均位于不设超高平曲线上，中部位于直线上，左右线隧道纵坡均为+1.46%、－0.6%及－1.48%的人字坡。根据隧道地质、通风及防灾救援等因素综合确定左右洞隧道通风方式均采用单座竖井分两段送排式纵向通风，左右洞外侧各设一座竖井，竖井中间设置中隔板，将其分为送风道及排风道，并在左、右洞竖井底部均设置一地下风机房，在地下风机房与隧道、竖井间均设置联络风道。

2 地下风机房设计

2.1 地质概况

左线隧道地下风机房位于T2l(雷口坡组)地层，岩性主要为中－厚层状，泥质灰岩，围岩较完整，局部地段岩溶裂隙发育区围岩稳定性较差;右线地下风机房位于T1j(嘉陵江组)地层，岩性主要为中－厚层状，灰质白云岩，围岩较完整，局部地层遇不利节理切割会出现掉快，局部地段岩溶裂隙发育区围岩稳定性较差;左、右线地下风机房处围岩均为Ⅲ级围岩。围岩物理力学参数为:容重24 kN/m3，弹性抗力系数800 MPa/m，变形模量13 GPa，泊松比0.28，内摩擦角45°，黏聚力 1.2 MPa，计算摩擦角 65°。

2.2 地下风机房总体布置

地下风机房洞室断面多、跨度大、结构较复杂、交叉洞室多，设计中必须在保证结构安全的前提下，考虑大型轴流风机及相应电器的操作、维护人员在洞内的空间位置，而且还需考虑设备运输、安装、运营、维护等各方面对地下空间的特殊要求，同时满足通风、排烟、防灾救援等功能要求［6－7］。

隧道风机房的布置必须满足以下要求:

1)能满足各种工况下的通风、防灾救援的风量和风向要求;

2)能满足布置轴流风机、电器设备、控制设备和其他辅助机电设备的要求，并有大型设备搬运通道和工作通道等;

3)当风机分期安装时，应考虑预留空间和连接设置;

4)能满足设备检修的需要;

5)通风损失小，运营费用低，风机房内空气质量好。

在满足以上要求的前提下从功能要求、地形地质条件、外观协调、环境保护、养护维修及运营管理等各方面因素综合考虑选取风机房布置形式。

地下风机房整个系统内包括送风道、排风道、风机房、救援通道、运输通道等，考虑各种洞室的位置关系、通风的作用、设计施工难度、造价等因素综合确定地下风机房的布置见图1。

图1 地下风机房总体布置图Fig.1 General layout of underground ventilation equipment chamber

2.3 净空断面设计

地下风机房的内轮廓根据轴流风机、电器设备、控制设备、其他辅助机电设备所需空间，综合考虑安装、检修、营运维护空间和工作人员安全等。

运输通道、联络风道、排烟通道、救援通道、电器室等断面均根据各断面的用途及功能要求，综合考虑结构的受力安全和施工的难易程度拟定。为了便于安装风机及与联络风道连接，将洞室的净空断面设计为直墙圆拱式。

根据隧道各段的控制风量及较经济风速标准［8］，得出各类型风道的断面面积见表1。

表1 地下风机房系统联络风道净空面积Table 1 Clearance areas of connection galleries of underground ventilation equipment chamber m2

综合以上因素确定:

1)地下风机房净宽10 m、净高13 m;

2)风机消音器安装断面净宽10.5 m、净高7.5 m;

3)风机房与隧道间联络风道净宽9.00 m、净高6.45 m;

4)送风通道及排风通道净宽6.50 m、净高4.65 m。

洞室内净空断面图可参见各洞室衬砌设计图见图2。

2.4 洞室结构设计

2.4.1 衬砌支护参数

地下风机房系统内各型衬砌均采用复合式衬砌结构，衬砌支护参数根据围岩级别、跨度、埋深、地质条件等因素，主要按工程类比，并结合有限元数值分析确定。地下风机房系统洞室多，本文仅列出几个大断面洞室(地下风机房、风机消音器安装断面及地下风机房与隧道间联络风道)结构设计，其衬砌支护参数见表2。

表2 衬砌支护参数表(适用于Ⅲ级围岩)Table 2 Support parameters(applicable in GradeⅢsurrounding rock)

2.4.2 地下风机房牛腿设计

为满足地下风机房内轴流风机等大些设备的运输及安装，在地下风机房边墙上部设置牛腿，并在牛腿上设置运输轨道。根据地下风机房牛腿在运输和安装设备时所需承受的起重机及设备质量确定牛腿设计荷载为15 t。

2.5 洞室防排水设计

地下风机房系统内洞室多，且大多洞室防水要求高，地下风机房及风道内均严禁渗漏水，为较好得达到防排水效果，力争做到“不渗不漏”，在初期支护与二次衬砌之间设分离式防水层(凹凸HDPE防排水板+无纺布+EVA防水板防水)，二次衬砌环向施工缝采用外贴式橡胶止水带+中埋式橡胶止水带组合防水，纵向施工缝采用外贴式橡胶止水带+中埋式BW型遇水膨胀橡胶止水条组合防水。

为使衬砌背后地下水更顺畅地引入洞室边沟，衬砌背后纵向每10m(可根据实际情况作适当调整)设一道φ50 mm HDPE单壁打孔波纹管环向排水盲管(外裹无纺布);边墙脚设φ100 mm HDPE单壁打孔波纹管(外裹无纺布)，在通道交叉处纵向盲管均应相互连通并通过纵向盲管和横向导水管排至排水边沟;每10 m(可根据实际情况作适当调整)设一道φ100 mm单壁无孔横向导水波纹管。

3 地下风机施工方案

3.1 施工顺序

1)当正洞掌子面施工至排风联络风道时，同时施工正洞和隧道排风联络风道;

2)当正洞掌子面施工至运输通道后，同时施工正洞和运输通道;

3)施工运输通道途经电器室时施工电器室及运输通道与排风联络风道间通道;

4)运输通道施工完成后进入地下风机房施工，然后向两端施工地下风机房;

图2 各洞室衬砌断面设计图Fig.2 Cross-sections of lining of different galleries

6)施工排风通道;

7)施工竖井(需提前进行导向孔钻探作业，且保证隧道施工至竖井位置时导向孔施作完毕，以便于对竖井进行扩孔作业，为竖井施工缩短工期，但竖井工期不控制隧道工期)。

3.2 施工方法

3.2.1 地下风机房

地下风机房采用三台阶法开挖，送风道及排风道采用全断面法开挖，其余断面均采用两台阶法开挖。地下风机房施工工序见图3。

图3 地下风机房施工工序图Fig.3 Construction procedure of underground ventilation equipment chamber

3.2.2 通道交叉

运输通道进入地下风机房:自运输通道进入地下风机房开挖后，逐渐抬高开挖断面拱部，抬高开挖至地下风机房另一侧拱部(刚进入地下风机房时略扩大开挖断面预留施作运输通道与地下风机房连接处的门型钢架空间)，然后对风机房进行挑顶［9］。运输通道进入地下风机房施工工序见图4。

地下风机房进入联络风道:开挖风机房时，在联络风道位置架设门型钢架，待地下风机房施工完成后再开挖联络风道。地下风机房与风道交叉口门型钢架示意见图5。

其余交叉口在主洞架设完钢架后直接施工。

4 结论与讨论

1)地下风机房能有效地解决隧道通风运营及管理问题，虽施工难度大、工程造价较高，但具有占地少、风机房内四季温差小、便于管理等优点，在实际工程中不断被采用。

2)地下风机房设计的难点在于布置方式的选择及地下风机房系统内的防灾救援、防潮、防尘、降噪、温度调节等设计，建议在今后的地下风机房设计中将这些作为设计研究的重点。

3)隧道公路行业的不断发展，公路不断向山岭重丘地区延伸，为了改善线形、缩短里程、保护生态环境、提高运输效益等，隧道在公路建设中越来越得到重视，便出现大量的长大隧道。通风与防灾救援技术是制约长大公路隧道发展的一个重要瓶颈，而通风竖井、斜井的设置是实现分段通风、降低运营费用的有效途径，且必须配备风机房。较地面风机房而言，地下风机房具有较多优点，地下风机房势必在今后的隧道发展过程中得到广泛的使用。

4)目前地下风机房的研究在我国还处于起步阶段，没有专门的设计规范或书籍对地下风机房进行详细的论述。因此，本文通过介绍华蓥山隧道地下风机房的设计与施工，对今后地下风机房的发展及研究具有积极意义。

［1］ 辛国平，刘汉红.高速公路地下风机房施工技术［J］.现代隧道技术，2008(S1):462－465.

［2］ 刘柏林，程久胜，董建.夹活岩隧道通风竖井及风机房设计［J］.公路隧道，2006(4):49－53.

［3］ 付国宏.7号斜井进正洞挑顶施工技术［J］.铁道标准设计，2005(9):77－79.

［4］ 张金锋.张茅隧道1号斜井进正洞挑顶施工技术［J］.山西建筑，2006(8):128 －129.(ZHANG Jinfeng.Ripping constncction for 1#oblique well of Zhangmao tunnel which leading to positive carve［J］.Shanxi Architecture，2006(8):128 －129.(in Chinese))

［5］ 谢朝军.地铁隧道通风机房的典型布置［J］.隧道建设，2007，27(1):29 － 33，83.(XIE Zhaojun.Typical arrangement modes of ventilation equipment room for Metro tunnel［J］.Tunnel Corstruction，2007，27(1):29 － 33，83.(in Chinese))

［6］ 中华人民共和国交通部.JTG D70—2004公路隧道设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［7］ 中华人民共和国交通部.JTG/T D70—2010公路隧道设计细则［S］.北京:人民交通出版社，2010.

［8］ 中华人民共和国交通部.JTJ 026.1—1999公路隧道通风照明设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［9］ 中华人民共和国交通部.JTG F60—2009公路隧道施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2009.