斗篷山隧道斜井施工通风技术应用研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 斗篷山隧道斜井施工通风技术应用 研究 摘要隧道施工爆破产生的烟尘和 无轨运输方式排出的大量油烟，使得设 斜井工作面的长大隧道通风排烟困难。 本文以贵广铁路斗篷山隧道斜井施工通 风为例，进行通风设计，选用目前比较 先进的通风设备和合适的通风管，并在 施工过程中加强环境监测和通风管理， 达到了较好的通风效果，找到了解决此 难题的主要途径，可为以后类似的工程 提供参考经验。 中国论文网 /2/view-12913546.htm 关键词：隧道施工，通风，施工 技术 1 引言 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 目前国内隧道施工，从施工效率 和成本考虑，基本采用无轨运输方式。 爆破产生的烟尘和挖装运设备产生的油 烟等有害气体，对隧道内空气污染很大， 为使洞内作业环境达到国家规定的劳动 卫生标准，以确保作业人员的身心健康， 加快施工进度，保证工期、施工质量和 安全,必须加强隧道施工通风，排出污浊 空气，使新鲜空气到达工作面。 2 工程概况 新建贵广铁路斗篷山隧道长 7369m，为级风险隧道，工期较紧， 其进口段岩溶十分发育，且下穿在建厦 蓉高速公路，其出口下穿运营中的贵新 高速公路，施工风险较大，为减小施工 风险对工期的压力，在隧道中部增设斜 井，并兼作运营期间救援及疏散通道。 斜井洞口位于正洞右侧，井身段与正洞 平行 50m，在 DK106+460 用半径 150m 的圆曲线与正洞相交，交角 90，长度 为 600m，综合坡度调整为 8%（原设计 斜井位置坡度为 11.5%，坡度较陡，调 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 整后的坡度有利于提高出渣效率） ，断 面改成 7m（宽）6.5（高）m 的双车 道(原设计为单车道断面 56m)。因此本 隧采取三口（进、出口、斜井口）四个 工作面组织施工，采用无轨运输方式。 单口独头开挖施工长度最小距离 1600m（斜井向出口方向开挖）,最大距 离 2750m（出口工区,见下图 1） ，独头 通风距离均超过 1500m，且斜井断面较 正洞断面小，排烟不畅，需进行通风设 计。 3 斗篷山隧道斜井通风设计 3.1 根据通风效果选用通风方式 为隧道工作区域提供良好的施工 环境，采用全断面开挖（根据围岩情况， 采用全断面开挖的工况比例较大）时， 工作段风速应大于 0.15m/s。将洞内运 输车辆的废气和爆破烟尘排出洞外，同 时提供隧道内施工人员所必须的新鲜空 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 气，宜优选单机单管压入式通风法。 3.2 每个工作面所需的风量计算 3.2.1 按同一时间内爆破的最大炸 药量计算(全断面面积 130m2,每循环开 挖用药量为 240kg)： 工作面风量： 3.2.2 按最小风速计算： 工作面风量： 3.2.3 按洞内最多人数（120 人） 计算： 工作面风量： 3.2.4 按稀释和排除内燃机废气计 算： 采用无轨运输，洞内内燃设备配 量较多，废气排放量较大，供风量应足 够将内燃设备所排放的废气全面稀释和 排出，使有害气体降至允许浓度以下。 洞内使用内燃机械的通风量由于内燃机 的制造型号、结构、燃料、负荷、技术 状况等因素的不同而有很大差别，一般 按内燃机械额定功率规定的单位需风量 计算。计算方法为内燃柴油机的功率总 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 和乘以一个功率通风计算系数 k 值 （2.83.0） ，考虑到不是每台内燃设备， 也不是每台内燃设备始终都处于满负荷 同时工作状态，如果都不加区别地乘以 一个相同的 k 值，就可能使通风量超过 实际，造成不必要的浪费，因而在计算 时采用以下公式计算： Q= 式中：不同内燃设备工作时， 内燃机利用系数； 内燃设备功率通风计算系数， 3.0m3/KW； 各台内燃设备的额定功率 KW。 考虑 2 台 ZL50C（功率 155KW, 利用系数 0.5）,4 台 12m3 自卸汽车出渣 （功率 206KW, 利用系数 0.45） ； 计算得： Q=3.0（15520.5+20640.45） =1580（m3/min） 通过计算比较，每个工作面最大 理论所需风量选用最大值 1580 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 m3/min。 3.3 实际所需风量 在管道通风中，漏风系数 P 值和 风管型号选择、风管接头安装、通风管 理等有十分严密的关系。P 值的确定， 因计算公式中不确定因素较多，很难反 映实际情况。 根据以往类似的施工经验，选用 合适的风管,并加强现场隧道通风管理， 百米漏风率可以控制在 1%1.5%以内， 因此取值 1.0%。风管直径暂定为 1.5m. 实际所需风量:Q 需 =1580+（15802060/100 ） 1.0%=1905（m3/min） 。 （2060m 为斜 井洞口到斜井正洞段掌子面最长距离, 也是工作面所需的最大通风量的距离） 3.4 压入式通风系统风压 H 计算 整个通风系统要克服通风阻力并 使风管末端风流有一定的动压，克服通 风阻力完全取决于系统静压。故计算系 统阻力即计算动压和静压之和作为系统 提供的风压。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 3.4.1 动压计算 根据物理学原理，动压 = 式中：动压（Pa） ； 空气密度（kg/m3） ； 末端管口风速（m/s） ， V=14.9m/s。 =Pa 3.4.2 风管磨擦阻力 h 风管磨擦阻力与风管摩阻系数、 风管直径、管内平均流速等因素有关， 比较准确的是分段计算风管的压力损失 和漏风量。现粗略按照公式：h=计算如 下： 式中：管道摩阻系数，螺 旋通风软管摩擦阻力较小，取 0.015； L通风距离，按照最初方案 斗篷山隧道斜井向进口方向掘进长度为 1460m，斜井长度 600m，斜井工区的 最大通风距离为 2060m。 d 风管直径，选取 1.5m； 管内平均流速，计算公式： = m/s= 所以 h= -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 3.4.3 局部阻力 hf 根据经验，局部阻力 hf 为摩擦 阻力的 0.1 倍，所以局部阻力 hf=0.1h=0.13214=321 Pa。 3.4.4 静压 Hs 静压为摩擦阻力与局部阻力之和， 所以 Hs=h+hf=3214+321=3535(Pa) 3.4.5 系统风压 H 系统风压为动压与静压之和，所 以 H=Hd+Hs=129+3535=3664(Pa) 3.5 通风机与通风管的选择 3.5.1 通风机的选择 斗篷山隧道斜井通风选用双速高 效隧道节能风机，就是通过改变电机极 数和转速达到变风量送风的目的。在同 一转速下，也可以只启动(出风端)一组 叶片减少风量，风量大小的改变方法至 少有四种：一组低档，两组低档，一组 低档+一组高档，两组高档。可以通过 风机上的按钮组合来实现。 双速高效技术多用于功率较大的 风机中，目前产品有以下三种型号，见 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 表 1： 为满足风机最大风压大于系统风 压 H=3664Pa，通风量大于 Q 供=1905 m3/min 的通风要求，选用型号为 SD- NO12.5 的双速高效轴流通风机。 该机是一种隧道变极多速风机。 采用镁铝合金叶片，具有动态性能好、 噪音低、性能可靠等优点。可以按照隧 道开挖初（进尺 500m 以内） 、中（进尺 5001000m） 、后(1000m 以上)三个时 期的需要，分别用不同的电机转速获得 与掘进长度相适应的风量、风压的大小， 以双级、单级和不同叶片角度的方式运 转调节，从而实现一机多用、高效节能 的目的，见图 2。 3.5.2 通风软管的选择与使用 以往隧道施工用通风软管,均采用 直缝拼接,把一定幅宽的涂塑布拼接成圆 周,此工艺曾广泛用于公路、铁路隧道施 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 工通风，由于布料受力膨胀,风管中部鼓 大，一节一节如“ 香肠” 形状，阻力增加， 风管直径超过 1.3m 时，更加明显。如 果不改变工艺, 通风软管直径大于 1.5m 时，势必造成焊缝易裂。而螺纹焊接有 偿良好的受力条件，这在钢制风管中早 已使用，螺旋通风软管的研制成功，提 高了同类软管的质量和使用寿命，平均 百米漏风率可控制在 1%以下,见图 3。 对风管的压力可按下式计算： 式中：局部阻力系数；i风 管内沿程磨擦阻力系数；Li风管的长 度； di风管直径；Vi风管内风速； 空气容重；1.16kg/m3 选用直径 1.5m 和 1.8m，进行风 管压力对比计算，见表 2： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 通过以上计算可以看出，当双速 高效轴流通风机输出压力为 50KPa，如 果选用直径 1.5m 的通风管，其压力比 1.8m 通风管大了一倍以上,风机电流大, 有可能烧电机，或者把风量憋得很小。 而且根据现场经验，当通风机采用最大 功率 2135KW 运行时，极易拉裂风管， 所以选用直径 1.8m 通风管才能满足要 求。 螺旋风管安装时按以下要求进行： 螺旋风管每节的采用高强度拉链连接， 每节螺旋风管接头带有内、外翻边，每 节螺旋风管的长度以拉链之间距离计算。 螺旋风管吊环采用带孔的金属螺栓，间 隔 70-100cm，坚固而不会脱落，先在 隧道壁（顶）用膨胀螺栓固定双股 8 铁线，拉紧安平后，将螺旋风管吊环用 8铁线栓牢。 4 斗篷山隧道斜井最终通风方案 的确定 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 通过上述计算隧道内所需风量、 风压是以隧道最大开挖长度决定，根据 “安全、经济、技术可行 ”的原则，保证 隧道内正常施工需风量，隧道不同开挖 长度决定不同的风机功率： 4.1 根据施工指南及经验，斜井 井身段开挖支护和正洞开挖每个掌子面 长度小于 200m 时，在斜井井口配置一 台轴流风机（优先选用 SD-NO12.5 的 双速高效轴流通风机） ，采用三通管分 别向个方向供风，根据掌子面的风量需 求，通过风机的档位组合来进行风量控 制。 4.2 正洞开挖每个掌子面长度大 于 200m，在斜井井口配置两台 2135KW 的轴流风机。同时为了保证 斜井中空气质量及能见度，在斜井与正 洞交界处设置了一台 55Kw 的射流风机， 接 1m 风管至斜井口外 20m，并利用了 斜井的“烟囱效应 ”，引导烟尘、废气等 从斜井中排出。 4.3 根据风管风阻及隧道断面等 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 实际情况，2135KW 的轴流风机均选 用直径为 1.8m 风管，向两个掘进方向 分别通风。掘进长度之和为 2460m，考 虑斜井风管的磨损及备用更换，所需直 径 1.8 螺旋通风管长度为： （2460+6002）+50=3710m，根据以往 的类似施工经验实际证明能够有效满足 长大隧道供风需要。 4.4 斗篷山隧道斜井施工通风风 流方向，如图 4 所示。 通过长时间的实践和现场空气质 量监测，掌子面的风速均可以达到 0.15m/s 以上, 每次在通风 1h 后，CO 浓度控制在 50mg/L 以内，NOx 浓度控 制在 8mg/L 以内，基本满足了施工要求。 为了进一步增加通风效果，可在掌子面 附近增加局扇。 5 结论 -精选财经经济类资料-