隧道通风井支护结构及其施工方法与流程

本发明属于隧道通风领域，具体的是隧道通风井支护结构及其施工方法。

背景技术：

通风井是隧道通风设施中的一种。它是超特长隧道的“鼻孔”，通过通风井，将隧道内污浊空气排出地面，同时将地面新鲜空气送入隧道，保证隧道内空气的清新。随着我国交通网不断向山区延伸，出现了大批长隧道以及超长隧道，这类隧道通常需要设置通风井以解决运营通风的问题。竖井相对于其它井型具有长度短、风阻小等优点。但是竖井施工复杂，主要采用掘进后喷锚支护或成井后自井底模筑混凝土或钢筋混凝土组成的复合式衬砌结构，施工以正井钻爆掘进和掘砌单行作业为主。该方式具有以下弊端：

首先，复合式衬砌支护工序多，建井速度慢；

其次，单行作业方式，机械化程度低，安全性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种隧道通风井支护结构及其施工方法，解决传统复合式衬砌施工复杂，建井速度慢的问题，以节约通风井支护工序，加快建井速度，提高安全性。

本发明采用的技术方案是：隧道通风井支护结构，通风井与对应隧道主井连通的一端为井底端、另一端为井口端；沿通风井纵向，通风井包括与井口端相邻的井口段、与井底端相邻的井底段和位于井口段与井底段之间的井身段；所述井身段的内壁呈凹凸不平的粗糙面；紧贴所述井身段的内壁上设置有环向封闭的井身衬砌层，所述井身衬砌层采用模筑砼结构，并由所述井身衬砌层构成所述井身段的单层衬砌结构。

进一步的，所述井口段设置有环向封闭的锁口圈，所述锁口圈为模筑钢筋混凝土结构，并由所述锁口圈构成所述井口段的单层衬砌结构。

进一步的，紧贴所述井底段的内壁设置有环向封闭的井底衬砌层，所述井底衬砌层采用模筑钢筋混凝土结构，并由所述井底衬砌层构成所述井底段的单层衬砌结构。

进一步的，所述通风井为竖井。

进一步的，沿通风井的径向，在所述井身衬砌层的外壁设置有沿其径向向外凸出的井身壁座，在所述井身段的内壁上设置有沿其径向向外凹陷的井身凹槽，所述井身壁座插接于所述井身凹槽内。

进一步的，所述井身壁座为钢筋混凝土结构；所述井身壁座包括底壁、侧壁和斜壁；所述底壁垂直于井身段的内壁，所述斜壁一端与侧壁相连接，另一端倾斜向井口端方向延伸至井身衬砌层的外壁。

上述隧道通风井支护结构的施工方法，沿通风井的纵向由井口段向井底段方向按掘进段进行分段施工，所述掘进段包括井口段、井身段和井底段，且所述井身段由井口段向井底段方向分为数段井身掘进段；施工时，待掘进段模筑形成的筑壁的1/3高达到初凝后，开始下一掘进段的施工，如此重复直至井底段施工完毕。

进一步的，悬吊整体模板，将整体模板下方在对应掘进段掘进形成的虚渣上，该整体模板与对应掘进段的井壁之间形成浇筑口朝向井口端的浇筑腔体，向浇筑腔体内浇筑混凝土。

进一步的，所述井身段的每一井身掘进段的井壁上至少分布有一处井身凹槽。

进一步的，在井身段的相邻井身衬砌层的施工缝之间、井身衬砌层与锁口圈之间以及井身衬砌层与井底衬砌层的施工缝之间设置环向封闭的止水条。

本发明的有益效果是：本发明的隧道通风井支护结构，首先，采用单层衬砌结构，结构得到简化，节约了施工工序，大大节约了施工工期；采用模筑结构与成井同时进行，机械化程度高，施工安全性高。其二，单层衬砌结构对围岩起到支护的时间提前，提高了通风井自身以及施工的安全性。其三，全程支护采用模筑结构，避免扬起灰，对环境的污染小。其四，依靠井身段的内壁凹凸不平的粗糙面对衬砌结构起到支撑避免其滑落的作用，特别利于保证竖井施工的安全性，且结构简单，造价低廉，并可通过掘进工序自然形成，施工简单方便。其施工方法，工作面安全、成井速度快，月成井能到达65-85米。

附图说明

图1为本发明剖面图；

图2为图1的a处局部放大图；

图3为本发明施工示意图。

图中，井口段1、锁口圈11、井身段2、井身衬砌层21、井身壁座22、底壁221、侧壁222、斜壁223、井身凹槽23、井底段3、井底衬砌层31、整体模板4、浇筑腔体5、虚碴6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：

隧道通风井支护结构，如图1所示，通风井与对应隧道主井连通的一端为井底端、另一端为井口端；沿通风井纵向，通风井包括与井口端相邻的井口段1、与井底端相邻的井底段3和位于井口段1与井底段3之间的井身段2；所述井身段2的内壁呈凹凸不平的粗糙面；紧贴所述井身段2的内壁上设置有环向封闭的井身衬砌层21，所述井身衬砌层21采用模筑砼结构，并由所述井身衬砌层21构成所述井身段2的单层衬砌结构。

本发明的隧道通风井支护结构，通过井身段2的内壁呈凹凸不平的粗糙面，井身衬砌层21为紧贴井身段2的内壁的模筑砼结构，且为单层衬砌结构。首先，使得与传统的复合式衬砌结构相比，无需喷锚支护等作业，节约了施工工序，大大节约了施工工期。其二，与传统的复合式衬砌结构相比，结构得到简化，成本得到降低。其三，对围岩起到支护的时间大大提前，提高了通风井自身以及施工的安全性。其四、井身段2的内壁呈凹凸不平的粗糙面，模筑时衬砌结构的混凝土与凹凸不平的内壁相互嵌入，在分段模筑时，对上段已模筑的衬砌结构能够起到支撑避免其滑落的作用，特别利于保证竖井施工的安全性。其五，井身段2内壁的凹凸不平结构，结构简单，造价低廉，并可通过掘进工序自然形成，施工简单方便。

优选的，所述井口段1设置有环向封闭的锁口圈11，所述锁口圈11为模筑钢筋混凝土结构，并由所述锁口圈11构成所述井口段1的单层衬砌结构。

优选的，紧贴所述井底段3的内壁设置有环向封闭的井底衬砌层31，所述井底衬砌层31采用模筑钢筋混凝土结构，并由所述井底衬砌层31构成所述井底段3的单层衬砌结构。

该结构也可以适用于斜井、平行导洞和竖井等，其在竖井中的优势最为明显。

为了进一步提高井身衬砌层21与井身段2的内壁结合的稳定性，优选的，如图2所示，沿通风井的径向，在所述井身衬砌层21的外壁设置有沿其径向向外凸出的井身壁座22，在所述井身段2的内壁上设置有沿其径向向外凹陷的井身凹槽23，所述井身壁座22插接于所述井身凹槽23内。

通过井身壁座22嵌入井身凹槽23内，使得井身衬砌层21牢牢抓附于井身衬砌层21的外壁，进一步提高了井身衬砌层21的稳定性，避免了井身衬砌层21沿竖向滑落。

为了便于浇筑，优选的，所述井身壁座22为钢筋混凝土结构；所述井身壁座22包括底壁221、侧壁222和斜壁223；所述底壁221垂直于井身段2的内壁，所述斜壁223一端与侧壁222相连接，另一端倾斜向井口端方向延伸至井身衬砌层21的外壁。

该斜壁223的设置，使得混凝土能够很好流入井身凹槽23内，再结合底壁221的设置，对流入凹槽23内的混凝土起到限位作用，使得井身壁座22能很好的成型，并与井身凹槽23融合在一起。

上述隧道通风井支护结构的施工方法，沿通风井的纵向由井口段1向井底段3方向按掘进段进行分段施工，所述掘进段包括井口段1、井身段2和井底段3，且所述井身段2由井口段1向井底段3方向分为数段井身掘进段；施工时，首先对上部掘进段进行掘进，待掘进段模筑形成的筑壁的1/3高达到初凝后，开始下一掘进段的掘进，如此重复直至井底段3施工完毕。具体的，如图3所示，悬吊整体模板4，将整体模板4下方在对应掘进段掘进形成的虚碴6上，该整体模板4与对应掘进段的井壁之间形成浇筑口朝向井口端的浇筑腔体5，向浇筑腔体5内浇筑混凝土。

具体施工时，首先，明挖井口段1，悬吊整体模板4并将整体模板4下方在井口段1的废碴上，浇筑钢筋混凝土，形成锁扣圈11，当锁扣圈11高度的1/3达到初凝后，开始平行出碴，并继续下一掘进段，也就是井身段2最上部的井身掘进段的掘进，待最上部的井身掘进段掘进到位，将整体模板4下方至该井身掘进段的废碴上，在掘进形成的井壁与整体模板4之间形成浇筑腔体5，向浇筑腔体5内灌注混凝土形成井身衬砌层21，同样待井身衬砌层21高度的1/3达到初凝后，开始出碴，并继续下一掘进段的施工，直至井底段3施工完毕。对于井口段1，上述筑壁是指钢筋混凝土结构的锁扣圈11；对于井身段2，上述筑壁是指砼结构的井身衬砌层21；对于井底段3，上述筑壁是指砼结构的井底衬砌层31。例如，整体模板4的高度为4米，那么对应筑壁达到1米高初凝后，便可继续后序施工。

本发明公开的通风井支护结构的施工方法，采用由井口段1向井底段3方向即至上而下的施工方式，能够保证施工的安全性。并通过分段施工，即每掘进一段便浇筑一段，使得掘进完成后便对通风井支护完毕，节约了施工工序，缩短了施工周期，并及时对掘进段进行支护，保证了施工以及通风井自身结构的安全性。由于掘进形成的通风井的内壁凹凸不平，其能使模筑形成的混凝土牢牢附着于其表面，当筑壁的1/3高达到初凝后，筑壁便能牢牢支撑于通风井的内壁而不滑落。故，当筑壁的1/3高达到初凝后，便可出碴，进行下一掘进段的施工。由于筑壁的1/3高达到初凝后，便开始下一掘进段的掘进，使得筑壁工序部分与掘进工序平行，更利于提高成井速度。由于正施工的掘进段的废碴并未出碴，即该掘进段的掘进工序尚未完成，便开始下方整体模板4进行浇筑，使得筑壁工序包含在掘进工序中。正是由于筑壁工序包含在掘进工序中，又有部分筑壁工序与掘进平行，使得通风井支护结构紧跟掘进面，工作面安全、成井速度快，月成井能到达65-85米。而整个施工过程仅由井口端向井底端进行一道次作业完成，而无需再由井底端向井口端进行作用，避免了上空坠物等风险，还节约了工序和施工周期，同时，避免了复合式衬砌的喷锚过程，全程采用现浇混凝土结构，无回弹，施工过程不会造成空气污染。并且支护层的厚度得到缩小，不仅利于节约材料，还降低了对通风井直径的影响。

为了进一步提高每一掘进段的筑壁与井壁结合的稳定性，优选的，所述井身段2的每一井身掘进段的井壁上至少分布有一处井身凹槽23。

为了起到防水作用，优选的，在井身段2的相邻井身衬砌层21的施工缝之间、井身衬砌层21与锁口圈11之间以及井身衬砌层21与井底衬砌层31的施工缝之间设置环向封闭的止水条。