大坪山

第３５卷第４期

２０１５年４月

麓莲建设

Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

Ｖ０１．３５ Ｎｏ．４

Ａｐｒ．２０１５

特长公路隧道斜井、竖井设计技术与经验

陈光明 ，韦 薇 ，胡益华

（１．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉４３００５６；２．湖北省交通规划设计院，湖北武汉４３００５１）

摘要：为解决特长公路隧道斜井、竖井设计中方案比选多、工作繁琐及技术要求高的难题，结合龙潭隧道、大坪山隧道、乌池坝隧道

斜井和竖井设计实践，总结和研究斜井、竖井的布置，斜井、竖井方案的比选，斜井倾角与提升方案的选择，斜井与联络风道相交设

计及竖井施工方案等关键技术。主要得出如下结论：１）斜井、竖井的布置应利用地形、地质条件，灵活设计；２）斜井、竖井方案比选

需改变“竖井通风阻力小，优于斜井”的惯性思维；３）不应仅考虑施工便利而选择缓坡斜井，增加建设成本和运营通风费用；４）斜

井与联络风道相交宜采用分岔布置式，虽结构复杂，但风流顺畅；５）反井法具有降低劳动强度和施工成本，提高机械化施工水平的

优点。

关键词：特长公路隧道；斜井；竖井；设计

ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１５．０４．０１０

中图分类号：Ｕ ４５９．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１５）０４—０３４２—０８

Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ Ｓｈａｆｔｓ ａｎｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｈａｆｔｓ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ－ｌｏｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌｓ

ＣＨＥＮ Ｇｕａｎｇｍｉｎｇ ，ＷＥＩ Ｗｅｉ ，ＨＵ Ｙｉｈｕａ

（１．ＣＣＣＣ Ｓｅｃｏｎｄ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ Ｃｏ，．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００５６，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＨｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００５１，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒ—ｌｏｎｇ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌｓ ｉｓ ａ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｏｒｋ．Ｉｎ ｔｈｅ

ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔｓ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ

ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔｓ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｈｏｉｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ，ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ

ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｇａｌｌｅｒｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ，ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ

ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｈｓ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔｓ ｏｆ Ｌｏｎｇｔａｎ ｔｕｎｎｅｌ，Ｄａｐｉｎｇｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ Ｗｕｃｈｉｂａ ｔｕｎｎｅｌ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅｓ．

Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｄｒａｗｎ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：１）Ｔｈｅ ｌａｎｄｆｏｒｍ ａｎｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ

ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔｓ．２）Ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｃｅｐｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ｉｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈｅ

ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅｓｓ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｈａｎｇｅｄ．３）Ｉｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｖｏｉｄｅｄ ｔｈａｔ ｉｎｃｌｉｎｅｄ

ｓｈａｆｔｓ ｗｉｔｈ ｇｅｎｔｌｅ ｓｌｏｐｅｓ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｏｎｌｙ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ｃｏｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ．４）Ｆｏｒｋ－ｔｙｐｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ，ａｌｔｈｏｕｇｈ ｃｏｍｐｌｅｘ ｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｓ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｆｏｒ

ｓｍｏｏｔｈ ａｉｒ ｆｌｏｗ，ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｇａｌｌｅｒｙ．５）Ｔｈｅ ｌａｂｏｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ

ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｒａｉｓｅ—ｂｏｒｉｎｇ

ｍｅｔｈｏｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒ－ｌｏｎｇ ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ；ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ；ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ；ｄｅｓｉｇｎ

０ 引言

随着我国经济和社会的不断进步，公路建设向山

区发展，特长公路隧道斜井、竖井不断纳入建设规划，

斜井、竖井设计对特长公路隧道纵向分段式通风方案

起决定性作用，关系隧道工程规模、工期、后期营运费

用和防灾救援。然而设计规范对其规定比较简略，无

论在设计理论还是工程实践，我国均缺乏必要的积累，

可借鉴的资料少，经验缺乏。公路隧道斜井、竖井设计

主要借鉴铁路、冶金、煤炭等行业，但其具有自身特殊

性，考虑的重点是解决运营期间通风和防灾救援难题。

收稿日期：２０１４—１２—１６；修回日期：２０１５—０２—０５

作者简介：陈光明（１９７８一），男，湖北孝昌人，２００１年毕业于西南交通大学，土木工程专业，本科，高级工程师，现从事公路隧道咨询、设计和研究

工作。

第４期 陈光明，等： 特长公路隧道斜井、竖井设计技术与经验

铁路隧道辅助坑道主要目的是提高施工进度，缩短工

期，解决施工期间的通风问题。矿山工程考虑的重点

是斜井、竖井的运输能力，以及运输效率。目前国内学

者针对特定工程条件下公路隧道斜井、竖井设计方面

做了一系列技术工作，取得了一些成果。文献［１—２］

介绍了太岳山隧道和米仓山隧道斜井、竖井方案研究；

文献［３］介绍了佛岭隧道斜井、竖井设计；文献［４］介

绍了石门垭隧道斜井纵坡优化设计；文献［５—６］介绍

了雪峰山隧道和华蓥山隧道竖井设计和施工。公路隧

道斜井、竖井设计不仅涉及到岩土工程和结构工程，还

要结合路线平纵断面，与隧道通风、消防、供配电等交

通工程息息相关。考虑因素多，导致制订方案时纳入

同精度比选方案多，工作既繁琐，又难以抓住重点，需

系统研究。本文结合龙潭隧道、大坪山隧道、乌池坝隧

道３座特长隧道设计实践（见表１）和文献［７—１Ｏ］，对

有关设计内容进行细化与规范，提出具体设计原则、指

标和图例供参考；阐述工程应用情况和设计理由，达到

提高认识，合理选用技术标准的目的。

表１ ３座特长公路隧道斜井、竖井设置情况

Ｔａｂｌｅ １ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔｓ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔｓ ｏｆ Ｌｏｎｇｔａｎ ｔｕｎｎｅ１．Ｄａｐｉｎｇｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ Ｗｕｃｈｉｂａ ｔｕｎｎｅｌ

隧道名称

通风井概况 ’ 隧道概况

通风井 规模／ｎ１ 分段长度／ｍ 风机房

平面布置／ｍ

长度／ｍ 纵Ｘ／％交通量／（Ｐｃｕ／ｄ）

１号斜井：

４１７．５，

２号斜井： 左洞：２ ３８５＋４处

龙潭隧道 井

：

３ ２３０＋

：

３ ０ ７ ９

＋

３３２．０， ３ ２３５＋２ ９８９ 房

４号竖井：

１号斜井

ｚ斜井 井

３９９．７

１号竖井

乌池坝 １斜井＋ ２８９．０，

隧道 １竖井 ２号斜井

４０６．３

左洞：２ ４６０＋ ２处

４ ２５０ 地面

右洞：２ ４１０＋ 风机

１ ４１５＋２ ８７０ 房

左洞

８ ６９４

右洞

８ ６２０

左洞：

８ ２６３．

右洞：

８ ２４２

左洞

６ ７１Ｏ

右洞

６ ６９５

左洞：

１．５

右洞：

一１．５

近期：

１７ ７６０

远期：

３７ ６７２

近期：

９ ３２５

远期：

２１ ９６８

近期：

２０ ７ｌ２

远期：

４２ ４０７

１斜井、竖井的布置

斜井、竖井可解决采用纵向通风隧道受长度限制

的问题，能有效缩短工期，其布置需分析隧址区地形地

貌、可设置通风井的位置、工程地质条件和土建费用；

研究隧道通风分段、防灾救援要求和营运通风费用；考

虑施工可行性、施工组织、施工工期等要求。

１．１ 地形地貌和工程地质条件

１）隧道洞身埋置不深或虽埋深大，但隧道适宜位

置处傍侧有低洼地形可利用，且地质条件较好，因而宜

设置斜井、竖井。

２）斜井、竖井井身应选择在工程地质和水文地质

条件较好的地层中，尽可能避免井身穿过松软地层、断

层破碎带及含水层；要注意井口处排水方便，不要被水

淹没；井口应有适合于布置提升设备、材料堆放、布设

各种管线和生产房屋、弃渣的场所。

３）不应过分地强调均匀分段而不考虑地势地形

条件，以免造成斜井、竖井、连接风道的土建费用增多；

同时由于过长的斜井、竖井、连接风道也会增加通风阻

力，造成运营费用增高。

１．２通风分段和防灾救援

斜井、竖井井底位置由通风分段决定，通风分段主

要取决于隧道需风量，而需风量的影响因素主要有隧

道长度、设计交通量、设计车速、纵坡等。

１）每段设计风速宜为２．５～１０ ｍ／ｓ，最好在６—８

ｍ／ｓ，相邻两段风速不宜超过５ ｍ／ｓ，以免增加通风控

制难度，满足通风技术要求。

２）通风分段不宜过短，斜井、竖井施工难度大，设

备投入多，土建费用高，分段越多土建费用越高，同时

加大通风控制困难，分段长度一般大于２ ０００ ｍ。

： ，５ ： ８ ：８ ： ，０ 洞 洞 洞 洞

左ｍ 一右 一左 一 右 一

舾 房

一 一

隧道建设 第３５卷

３）通风分段不宜过长，需考虑火灾工况下的排

烟，受火灾排烟区段长度控制，一般情况下排烟区段长

度不宜大于５ ０００ ｍ。

４）考虑排风容易、送风困难，当有条件时，宜适当

增加排风段分段长度，减少送风段的分段长度，以降低

轴流风机功率，节省能耗。

１．３施工因素

１）考虑斜井、竖井本身施工技术和设备的限制，

目前竖井最大深度不宜超过７００ ｍ，有轨运输斜井不

宜超过１ ０００ ｍ，无轨运输斜井不宜超过２ ０００ ｍ。

２）隧道施工组织、工期的需要，在方案比选中分

析斜井、竖井本身工期及其缩短主体工程工期的作用，

达到降低工程造价、提高经济效益、一井多用的目的。

１．４工程应用

１．４．１龙潭隧道与大坪山隧道

龙潭隧道采用三段式通风，大坪山隧道采用二段

式通风，２隧道工程规模虽相差不大，但斜井、竖井布

置差异较大，主要理由如下。

１）交通量的差异。龙潭隧道位于沪渝高速，为东

西向国道主干线，远期交通量大，为３７ ６７２ Ｐｃｕ／ｄ；大

坪山隧道位于谷竹高速公路，隧道出口为保康北枢纽

互通，为谷竹高速和麻竹高速的Ｔ型交叉，麻竹高速

是国家高速公路网上海至安康高速公路（Ｇ４２１３）的重

要组成部分，分流了相当大部分交通量，远期交通量

小，为２１ ９６８ Ｐｃｕ／ｄ。

２）路线纵坡的差异。龙潭隧道为１．５０％的单向坡，

坡度大；大坪山隧道为＋０．５１％，一０．８９％人字坡，变坡点

基本位于隧道中心，纵坡平缓，汽车污染物排放量小。

３）地形的差异。龙潭隧道中部地势高，不适合设

置斜井、竖井，适合通风井的位置分别靠近进口和出

口，同时考虑隧道纵坡和交通量大，采用三段式通风；

大坪山隧道适合通风井的位置靠近隧道中部，且最大

分段长度左洞为４ ７５２ １＇１３，右洞为５ １１５ ｒｎ，可满足防灾

救援的要求，同时考虑隧道纵坡和交通量小，采用二段

式通风，节省土建和营运通风费用。

１．４．２乌池坝隧道

乌池坝隧道右洞采用三段式通风，左洞采用二段

式通风，主要原因如下。

１）右洞为上坡隧道，远期交通量大，为４２ ４０７

Ｐｃｕ／ｄ，需风量大，采用斜井集中排出式＋竖井送排

式＋射流风机纵向通风。竖井将右洞隧道分为３ ８２５

ｍ＋２ ８７０ ｍ ２段，第１段通风长度偏长，与第Ⅱ段通风

长度相差１．０ ｋｍ，相差５０％，导致２段风速相差大，通

风控制困难，需设置射流风机调压；通过斜井排出第１

段部分风量，减少风速差，降低轴流风机和射流风机功

率，降低竖井面积。

２）左洞为下坡隧道，需风量小，采用斜井集中排

出式＋射流风机纵向通风。斜井将左洞隧道分为

４ ２５０ ｍ＋２ ４６０ ｒｎ ２段，通过斜井排出第１段部分污

染空气，降低第Ⅱ段风速，降低射流风机功率。

３）考虑左洞入口段火灾时的排烟，在右洞竖井处

设置了专用排烟通道连接竖井排风道，再加上斜井对

左右洞排烟，对防灾、救灾非常有利。

２斜井、竖井方案的比选

斜井和竖井的比选需从地形地貌、工程地质、施工组

织、工程造价、营运费用和工程的难易各方面综合考虑。

２．１斜井优缺点

１）有利因素。可利用斜井辅助主洞施工，缩短

期；斜井施工需要一定的提升设备，主要有提升绞车、

矿车、轨道、信号和安全设施等。施工设备和施工技术

较竖井简单，工程难度小；调整斜井轴线与隧道轴线夹

角，可以达到优化隧道通风分段的目的；斜井可有效降

低井口标高，从而减少通风井长度，并减少上山的施工

便道，既满足了洞口自然坡体和植被不被破坏的要求，

又解决了斜井施工便道坡度大、施工车辆安全保障性

低的难题。

２）不利因素。当斜井、竖井井口井底高差相同，

斜井倾角取２５。时，斜井长度是竖井长度的２．２倍，土

建费用略高于竖井，增加通风沿程阻力，增加轴流风机

功率，增加通风费用。

２．２竖井优缺点

１）有利因素。缩短井身长度，可大大减少通风阻

力，充分利用竖井烟囱效应，降低轴流风机功率，从而

降低运营通风费用。

２）不利因素。竖井施工需垂直运输，需要一套专

门设施，主要有提升绞车、吊盘、抓岩机、吊桶、稳车、信

号和安全设施等。施工设备较斜井复杂，竖井施工进

度慢，水的排出困难，造价高，安全性也差，测量投点困

难；竖井出渣与下料均为垂直运输，辅助主洞施工能力

不如斜井。

２．３工程应用

２．３．１进口段应用

龙潭隧道进口段设置２座斜井，大坪山隧道设置２

座斜井，乌池坝隧道进口段设置１座斜井，主要理由如下。

１）龙潭隧道斜井口距进口约２．０ ｋｍ，如采用竖

井，会导致第１段通风长度偏短，与第Ⅱ段长度相差

１．６ ｋｍ，通过设置斜井，使２段长度之差降至０．８ ｋｍ，

通风分段均匀，利于通风控制，节省营运期问费用。

２）大坪山隧道斜井口距进口约２．７ ｋｍ，如采用竖

井，第Ⅱ段通风长度将达５．５ ｋｍ，防灾排烟距离过长，

需要在隧道出口段再设置１处通风井。在大坪山隧道

特定的交通量、平纵断面及地形条件下，设置斜井可使

隧道通风分段合理，左洞为３ ５１１ ｍ＋４ ７５２ ｒｎ，右洞为

３ １２７ ｍ＋５ １１５ ｍ，达到了比较理想的状态，可采用二

段式纵向通风，左右洞只需各设置１座斜井，减少通风

井数量，降低工程规模。

第４期 陈光明，等： 特长公路隧道斜井、竖井设计技术与经验 ３４５

３）设置斜井降低了井口标高，将大坪山隧道地下

风机房调整为地面风机房，土建费用省。

４）可利用斜井辅助主洞施工，缩短工期，斜井施

工较竖井方便、安全，工程难度小，土建费用较竖井低。

５）斜井可有效降低井口标高，从而减少通风井长

度，并减少上山的施工便道，既满足了洞口自然坡体和

植被不被破坏的要求，又解决了施工便道坡度大、施工

车辆安全保障性低的难题。

２．３．２出口段应用

龙潭隧道出口段设置２座竖井，乌池坝隧道出口

段设置１座竖井，主要理由如下。

１）竖井处埋深较大，龙潭隧道、乌池坝隧道分别

达３５５ ｍ和２８９ ｍ，设置竖井可以大大减少通风阻力，

从而降低通风运营费用；若设斜井辅助主洞施工效率

会很低，成本高，提高施工效率作用有限。

２）距离乌池坝隧道竖井４００ ｍ有一处地表消坑，

且据深孔钻探资料表明岩层裂隙发育，有大量填充物，

第四纪覆盖层厚度达１４０ ｍ，如设置斜井，斜井洞身和

井底位于地表消坑，施工难度大。

３斜井倾角与提升方案的选择

３．１斜井倾角

斜井倾角的大小，影响井筒的长度、提升设备的选

型和建井速度，关系斜井工程造价和运营阶段通风费

用，且一旦建成，便很难更改和调整。

斜井倾角的选择需考虑隧道地形、地质情况，当倾

角过大，纵坡虽大，但斜井井口位于隧道轴线地势较高

处，造成井口与井底高差大，井身长度相应增加；当倾

角过小，纵坡小，井口上升高程有限，同样会增加斜井

井身长度，且使井口位于浅埋、软弱地层的长度增加。

选择倾角时，应使斜井井身位于工程地质和水文地质

条件较好的地层中。

一般认为斜井倾角小，对斜井本身的修建速度有

所提高，工作人员上下方便安全，并可提高斜井的提升

能力，对隧道快速施工起到一定的作用。施工方一般

考虑降低机械设备的投入，施工便利，加快施工进度，

一般要求采用缓坡斜井。

设计考虑公路隧道斜井的首要功能是作为运营通

风风道，其次作为施工期问辅助主洞施工的通道。为

降低通风沿程阻力损失，降低轴流风机功率，一般推荐

采用陡坡斜井，缩短通风井长度，以控制斜井土建工程

造价和运营阶段的通风费用。

设计中需综合考虑施工条件、施工工法、工期、造

价以及运营通风，应视具体工程条件灵活选取斜井倾

角。防止仅为施工方便而采用缓坡斜井，导致斜井长

度增加过多，增加工程造价，增加通风阻力，造成运营

通风费用过高；同时缓坡斜井长度长，本身施工时间

长，对缩短施工工期作用有限。

３．２斜井提升方案

提升方案与斜井倾角密切相关，当采用矿车提升，

倾角超过一定的角度就会出现掉块，倾角越大掉块现

象越严重；同时还容易掉道，开挖、装渣难度加大，装渣

效率低，故采用矿车提升的倾角一般不宜大于２５。。

采用箕斗提升倾角可适当加大至３５。，以缩短斜井长

度，增大提升能力，加快斜井提升速度。胶带运输机结

合冶金部门经验，倾角一般不大于１５。。缓坡斜井采

用汽车无轨运输，一般倾角不超过７。。各类斜井提升

方案比较见表２。

表２斜井提升方案比较表

Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｃｋ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｃｋｌｅｓｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ

斜井提升方案和方式应根据提升量、斜井长度及

井口地形选择，在满足提升量要求的前提下，选取工程

量小、投资省、安装简易、施工方便的方案。目前公路

隧道陡坡斜井主流的方法是矿车出渣，箕斗法一般在

矿山工程中采用。

３．３工程应用

龙潭隧道、大坪山隧道和乌池坝隧道均采用陡坡

斜井，斜井倾角接近２５。，采用矿车提升，主要理由

如下。

１）控制斜井长度，减小通风阻力，降低轴流风机

功率，控制斜井土建工程造价和运营阶段通风费用。

２）方便提升设备的选型，公路隧道斜井具有要求

投产快、使用期短、方便适用及安全可靠的特点，矿车

斜井具有工程量小、投产快、成本低、设备简单的优点，

隧道建谨 第３５卷

利于施工。

３）龙潭隧道、大坪山隧道、乌池坝隧道长分别为

８ ６９４，８ ２６３，６ ７１０ ｍ，工作面少，工期较紧张，需要斜

井辅助主洞施工；同时斜井处埋深分别为１８７，１８６，

１６３ ｍ，斜井长度分别为４６５．８，４６３．０，４０６．４ ｍ，可为

主洞施工提供便利。在实际施工中，通过斜井出渣、下

料，施工主洞上台阶１００～３５０ ｍ，减缓了隧道的工期

压力。

４斜井与联络风道相交设计

４．１相交设计难点

斜井与联络风道相交设计是难点和关键：１）斜井

和联络风道净空断面类型多，变化大；斜井为圆形断

面，联络风道考虑施工方便，采用半圆形拱形断面，两

者在形状、高度、宽度上差异大，且斜井需同时与送风、

排风联络风道衔接。２）通风技术要求风流顺畅，减少

通风风流局部风压损失，达到降低隧道运营费用的目

的。各类衬砌断面变化处应平顺，不宜有突变，保证风

流顺畅，目前设计主要采用错位布置式和分岔布置式。

４．２工程应用

龙潭隧道和乌池坝隧道采用错位布置式，平面布

置见图１。优点是结构简单，设计容易，施工组织方

便；缺点是土建工程量较大，风流在斜井底部容易形成

湍流。

图１龙潭隧道１号斜井井底平面布置图（单位：ｅｍ）

Ｆｉｇ．１ Ｐｌａｎ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆ Ｎｏ．１ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ｏｆ Ｌｏｎｇｔａｎ

ｔｕｎｎｅｌ（ｃｍ）

大坪山隧道采用分岔布置式，开展技术创新，斜井

井底采用叉洞结构，由大拱段、连拱段、小净距段３部

分组成，减少断面变化，平面布置见图２。在选定联络

风道净空断面的过程中，合理选定拱部半径与直墙高

度，以利于斜井与大拱段、大拱段与连拱段的连接；同

时，斜井井底曲墙式衬砌与又洞大拱段直墙式衬砌之

间设置３ ｍ渐变段。优点是斜井与送排风联络风道连

接平顺、顺畅，减少通风阻力，工程费用省；缺点是设计

及施工繁琐。

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图２大坪山隧道２号斜井井底叉洞段平面布置图（单位：ｃｍ）

Ｆｉｇ．２ Ｐｌａｎ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｆｏｒｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏ．２ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ｏｆ

Ｄａｐｉｎｇｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ（ｅｒａ）

５竖井施工方案

竖井施工的特点：１）作业工序具有单一性。井筒

开挖与支护不能平行作业，施工干扰大、条件差、进度

慢。２）安全措施要求高。由于空间狭小，大部分施工

设备需利用井架或井壁悬挂，出渣、进料均为竖直运

输，危险源非常多。井筒内需设置安全梯等安全设施，

并应采取相关安全措施，防止设备在提升过程中因为

断绳、脱钩产生溜车（掉罐）或过卷，以及在竖井中发

生碰撞事故。

５．１竖井施工方案比选

竖井常用施工方法主要有正井法（凿岩爆破一次

成型法）和反井法（先导井、后扩挖），竖井施工国内煤

炭、冶金及矿山部门经验虽多，但公路交通建设中工程

实例仍比较少，需进行比选研究。

５．１．１正井法

从井口开始全断面开挖，自上而下施工，井筒开挖

一次凿岩爆破成型，采用抓岩机装渣，采用吊桶提升运

输洞渣和材料，出渣完成后施作初期支护和二次衬砌。

凿岩爆破一次成型法优点是施工技术成熟，可提前开

工，解决主洞施工通风难题；缺点是装渣、出渣效率低，

第４期 陈光明，等： 特长公路隧道斜井、竖井设计技术与经验

建井进度较低，空间狭小，地下水排出困难，存在一些

安全隐患。

根据竖井深度、地质情况、施工设备和施工顺序，

凿岩爆破一次成型法又分为全井单行作业法、长段单

行作业法、短段单行作业法、长段平行作业法。竖井正

井法各方案比较见表３。

表３竖井正井法各方案比较表

Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｓｈａｆｔ ｓｉｎｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ

５．１．２反井法

具体方法是先开挖用于溜渣的导洞，然后再用传

统的钻爆法自上而下扩挖成井。反井法的优点：１）山

上施工场地小，施工设备相对较少，不需要在山上弃

渣，有利于环保，对自然环境破坏小；２）由于有反井的

自由面存在，扩大施工时爆破效率高，有利于实现深孔

光面爆破；３）地下水和爆破下来的岩石直接落到下部

隧道内，提高了出渣和清底的速度，加快凿井进度；４）

减小吊桶容积和提升设备规模，节省吊泵等临时排水

设备，降低成本。缺点：１）只有主洞施工到竖井处才

能开始竖井施工，不能缩短主洞施工通风距离；２）反

井贯通后，仍需正井扩挖，上口需布置一套提升吊挂设

施和设备；３）随着竖井深度的增加，反井钻孔容易产

生偏斜，施工难度越来越大，速度越来越慢，造价也相

应增加了。

导洞施工现行的主要方法是钻机反井正向扩大法，

吊罐反井正向扩大法、爬罐反井正向扩大法作为落后工

艺，现已很少采用。竖井反井法各方案比较见表４。

表４竖井反井法各方案比较表

Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｒａｉｓｅ—ｂｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ

５．２工程应用

龙潭隧道和乌池坝隧道竖井施工采用凿岩爆破一

次成型法，全井单行作业法施工。从井口开始全断面

开挖，采用吊桶提升运输洞渣及其材料，只有竖井洞口

段二次衬砌可根据监控量测情况要求提前施作，其他

地段原则上要求在竖井施工完成之后再施作二次衬

隧 建谨 第３５卷

砌，因此加强了初期支护，主要理由如下。

１）当隧道主洞施工到竖井处，可以利用竖井缩短

施工期间的通风距离，提高通风效率，改善洞内作业环

境，降低施工费用，加快主洞施工进度。

２）隧道主洞施工如出现断层、突泥、涌水、溶洞、

软弱破碎带、硬岩岩爆和软岩大变形等不良地质，工期

紧张时，可利用竖井辅助主洞施工，确保隧道按期

建成。

３）２座隧道竖井井口临近现有国道、省道，交通便

利，大型机械设备进场容易。

４）２座隧道竖井穿过地层地质较好，除井口分布

有０．５～１．５ ｍ厚碎石土层岩外，井身穿过岩体地质较

好，岩性单一，主要为中至弱风化灰岩，Ⅲ级围岩约占

９０％，围岩稳定好。

５）全井单行作业法施工工序单一，施工干扰小，

减少了混凝土施工缝，井身围岩渗水量小。

６结论与建议

通过工程实例，结合笔者设计、研究和咨询审查工

作，总结公路隧道斜井、竖井设计技术和经验，提出如

下结论与建议。

１）斜井、竖井的布置需与通风、地质、结构和路线

专业工程师密切配合，充分利用地形、地质条件，灵活

设计、创作设计。不应过分强调均匀分段，同时应防止

缺乏整体规划，不顾经济效益，仅从施工方便考虑，随

意设置斜井、竖井，造成工程上的浪费。

２）斜井、竖井方案比选需改变“竖井通风阻力小，

可利用烟囱效应，优于斜井”的惯性思维，斜井具有可

调整优化通风分段的优点，当隧道轴线６００ ｍ附近范

围有低洼地形可以利用时，选择斜井可利用地形，降低

井口标高，缩短井身长度，降低施工难度，达到降低工

程造价和运营费用的目的。

３）当隧道轴线周围确有深峻沟谷可利用，斜井长

度增加不多时，采用缓坡斜井可基本不增加投资，实现

通风功能不变、降低施工难度、加快施工进度的目的。

但在实际工程中，部分缓坡斜井仅考虑施工方便，导致

斜井长度增加１倍多，增加了建设成本和运营通风费

用；同时缓坡斜井自身施工时间长，对缩短主洞工期作

用有限，得不偿失。

４）斜井与联络风道相交设计建议采用分岔布置

式，虽然结构较复杂，增加设计和施工难度，但是土建

工程量较小，各类衬砌断面变化处平顺，无突变，风流

顺畅，有效地减少了风流局部风压损失。

５）正井法技术成熟，工程案例最多。随着钻井技

术进步，反井法在降低劳动强度，降低施工成本，提高

机械化施工水平方面的优点越来越明显，工程应用逐

年增多。目前国内反井钻机设备与国外相比尚存在一

定差距，在钻井过程中导孔偏斜率不易控制，建议国内

引进或研发更为先进的设备和技术，改进施工工艺，促

进竖井的施工工艺进步。

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第４期 陈光明，等：特长公路隧道斜井、竖井设计技术与经验 ３４９

我国内河最长沉管隧道——红谷隧道即将迎来首次沉放

２０１５年４月７日，由中国中铁隧道集团承建的南昌红谷隧道首批沉管管段正在进行试浮检漏试验。预计５月首节管段浮运

沉放。

南昌市红谷隧道位于南昌大桥与八一大桥之间，隧道穿越赣江，连接新老城区。隧道总长９ ２８８ ｍ，其中江中段为直线沉管隧

道，长１ ３２９ ｍ，为目前国内内河规模最大、最长的城市道路双向六车道沉管隧道。

红谷隧道１２节管段将分２０１５年、２０１６年２个批次沉放，１批次沿放６个管段。此次进行测试的为第１批次的前３节管段，后３

节管段已在建设，预计６月完工，８月初进行沉放。

红谷隧道干坞长５５９ ｍ，宽２７８ ｒｎ。隧道管段在干坞内预制完成后，将浮运８．５１ ｋｍ的距离，到达隧址进行沉放、对接。施工过程

中，需克服丰水期水流过快、施工船机与通航船舶交叉干扰及大体积混凝土防渗抗裂等众多难题。

作为南昌市的重点工程，红谷隧道项目自开工以来，就受到多方关注。江西省委常委、南昌市委书记龚建华在调研时指出，红

谷隧道将使南昌的城市交通发生质的改变，大大方便赣江两岸百姓通行，是真正的百年大计。

沉管法是国际先进的隧道施工工法之一，目前我国在建或已建成的沉管隧道共７座，其中大部分由中国中铁隧道集团设计施

工。红谷隧道按城市主干路、双向六车道标准设计，设计行车速度为５０ ｋｍ／ｈ。建成后，隧道将成为东西走向的城市主干路，主要连

接南昌市红谷滩新区与东岸老城区，市民们乘车过江最快仅需３ ｒａｉｎ，将极大缓解两岸交通压力。

（摘自中新网ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈａ．ｃｈｉｎａｎｅｗｓ．ｅｏｍ．ｃｎ／ｎｅｗｃｎｓｎｅｗｓ／２６１／２０１５—０４—０８／ｎｅｗｓ一２６１—１８４２１４．ｓｈｔｍ１）

乌兹别克斯坦“中亚第一长隧’’实现首洞贯通

有着“中亚第一长隧”之称的乌兹别克斯坦安格连至琶布铁路隧道进口安全洞与１号斜井之间长达４ ６９９ Ｉ／１的隧洞日前实现

贯通，成为该工程开工以来首个局部贯通的隧洞。

安琶铁路隧道安全隧道与主隧道平行，全长１９ ２６８．５ Ｉｎ，建成后将作为运营期间隧道检修、人员疏散通道。

乌兹别克斯坦国有铁路公司项目经理纳乌茹兹接受媒体采访时表示，这次安全洞进口与１ 号斜井之间的贯通，对全洞贯通意

义重大。安格连至琶布铁路是乌兹别克斯坦的国家重大工程项目，被列为“总统一号工程”，全长１２９ ｋｍ，其中中铁隧道集团承建

的１９ ２６８．５ ＩＴＩ的隧道段是全线的咽喉要道。目前该隧道在全世界隧道长度排名第１３位。

安格连至琶布铁路隧道工程自２０１３年７月２９日正式开工，目前该隧道主洞已完成９１ ０２７ ｍ，安全洞完成１０ ６７３ ｍ，项目工程

进展顺利。

（摘自中国岩土网ｈｔｔｐ：／／ｎｅｗｓ．ｙａｎｔｕｃｈｉｎａ．ｃｏｍ／２２６１７．ｈｔｍｌ ２０１５００３０３０）