梧山隧道出口施工通风技术讨.doc

梧山隧道出口施工通风技术探讨中铁二局第二工程有限公司 唐文斌摘要：结合京福铁路客专梧山隧道出口实施的施工通风方案，探讨大断面长大隧道在无轨运输和高地热的条件下，从通风设计、方案选择、设备选型等方面，如何更好的解决长距离施工通风技术问题。关键词：长大隧道 无轨运输 长距离 通风技术1.概述进入二十一世纪以来，我国的隧道施工规模突飞猛进，长大隧道比比皆是。然而，在隧道施工的各个环节中产生的大量粉尘和有害气体，严重危害作业人员的身体健康，也不利于施工作业的正常进行。因此，施工通风是隧道施工中不可缺少的环节，也是制约隧道快速施工的一个重要因素。特别是在单口掘进长大隧道的施工中通风问题显得尤为突出。早在上世纪六十年代，管道式通风技术已经成为解决施工通风的发展方向。在我国以往较短隧道施工中，由于采用管道式通风时所用风机的风压和风量均不大，故仅适用于小断面和局部通风。八十年代以后，我国从日本引进了大功率对旋式轴流风机，才使管道通风技术有了较大提高。在有轨运输的工程实例中，秦岭线隧道平导采用日产PF-110SW55型轴流风机，配合1.3m隧道局通风设备厂产的PVC增强维纶布拉链式柔性风管，独头压入式通风距离达到了4800m。但对于大断面无轨运输的通风工程实例，从现有资料看，超过3000m就非常困难了。我公司在京福铁路客专承建的梧山隧道，位于福州市闽清县与闽侯县交界处，全长8432.68米，其中出口端在未贯通前独头掘进3672m，断面面积约130m2，双线隧道。由于隧址区存在高地热，地下水丰富，出碴进料采用无轨运输，客观条件决定了施工通风问题成为梧山隧道出口能否优质高效完成掘进任务的关键之一。为此，我们在项目策划期间进行了通风技术的研究工作。2.通风设计2.1通风方案的比选2.1.1通风方案的制订依据在隧道施工中，采取何种通风方式应根据隧道的施工方法、坑道特点和污染源的特性以及设备条件等因素加以确定。梧山隧道出口在选择通风方案时主要考虑了下列因素：隧道出口端计划独头掘进约4000米；双线隧道，断面面积大(约130m2)；采用钻爆法、全断面或大断面开挖方式；采用无轨运输出碴进料；柴油汽车排放的废气发生在整个运输巷道上，且愈往洞口处废气浓度愈大；2.1.2通风方案的比较隧道施工通风主要采用机械通风，其通风方式按风道类型一般分为巷道式和管道式两种，其中后者按送风方式不同又可分为压入式、吸出式和混合式三种。它们各有其优缺点。2.1.3方案确定结合现场分析比较后，方案确定为采用压入式通风为主，必要时辅以射流风机保证隧道内的空气质量和能见度。同时，考虑到需要解决长距离通风，风机选型要求大风量、高风压，风管要求选用大直径柔性风管向洞内送风。2.2通风系统的设计计算隧道施工通风旨在为洞内施工人员创造一个适宜的作业环境，以保证作业人员的身体健康和作业的效率。因此通风设计需要达到以下条件。保证洞内作业人员有足够的新鲜空气。坑道中氧气含量按体积计不得低于20%。粉尘允许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg；含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘为10mg。作业面有害气体浓度降到允许范围内。二氧化碳按体积计不超过0.5%。 氮氧化物换算成NO2为5mg/m3以下。一氧化碳不大于30mg/m3。隧道内的温度不得高于28；2.2.1计算参数的确定结合相关规范和实际情况，拟定计算参数如下：每人每分钟呼吸所需新鲜空气量=3m3/min；-风量备用系数，取1.101.15；-洞内同时工作的最多人数，开挖30人+仰拱8人+衬砌10人+沟槽12人+管理人员8人=68人，取m=70；-同时爆破的炸药消耗量，炸药单耗0.65kg/m3循环进尺3.0m断面面积126m2=245.7kg；-一公斤炸药爆破时所构成的有害气体体积，40L；-通风时间，按30min计；-隧道断面面积，126m2；-通风区段长度，预计通风长度3500m；ni洞内同时使用内燃机作业的总功率，平均4台出碴车(173Kw/台)+2台装载机(162Kw/台) =1016Kw；a洞内同时使用内燃机每Kw所需的风量，取3m3/min；V-工作面最小风速，0.15m/s，但不宜大于6m/S；-百米漏风率，取1%；-空气密度，1.2kg/m3；-末端管口风速，5.6m/s（按工作面最小风速折算）；d通风管直径，d=2m，管节长20m。-管道摩阻系数，根据使用经验取0.01；-管道内平均风速，；2.2.2风量计算风量计算从最多人数、最多炸药量、爆破后稀释CO至许可最高浓度、稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度、满足最小风速5个方面予以考虑。按洞内同时工作的最多人数计算按同时爆破的最多炸药量计算按爆破后稀释CO至许可最高浓度计算按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算按满足工作面最小风速计算取上述风量的最大值作为设计风量，故工作面所需风量应不小于Q=3048m3/min。考虑漏风因素：据风管厂提供的技术指标，采用PVC增强塑纤布作风管材料，百米漏风率正常时可控制在1%以内。本方案通风距离考虑3500m，据此计算漏风系数则最终风机供风量应不小于2.2.3系统风压计算从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。动压计算静压计算管道摩擦阻力局部阻力系统静压系统风压根据以上计算结果，在通风管直径为2m情况下，供风量不小于4694m3/min，全压不小于4685Pa的风机才能满足施工要求。2.3设备选型设备选型关系到整个方案的成败，是通风系统运行好坏的基本保证。设备选型时主要依据理论计算得到的供风量及供风风压来确定设备的技术参数，同时考虑成本因素。2.3.1通风管的选择通风管的选择应从降低风压损失、降低管道摩阻损失和降低管道漏风损失等方面进行考虑。降低风压损失根据已有经验，实现长距离大风量的送风最有效的措施是采用大直径通风管，这不仅可以减少通风机、延长送风距离，还可以成倍的降低通风能耗。降低管道摩阻损失引起管道摩阻损失的主要因素管壁的光滑程度、管道接头、管道的顺直情况。为减少管道的摩阻损失并考虑造价因素，可选用具有风阻小、装拆方便、耐用、易修补、耐腐蚀、抗静电成本低的风管。降低管道漏风损失管道接头漏风、管道缝纫针眼漏风、管道破损漏风等均是造成管道漏风损失的重要原因。为此，可采用长节段风管减少接头，可采用对折缝纫法和在缝纫缝上刷涂粘胶剂来减少针眼漏风。根据以上阐述和压入式通风的特点，结合梧山隧道的实际情况，决定采用软式拉链风管，选用直径为2米。该风管具有较强的抗拉强度和较小的伸长率，接头方式新颖，使用方便，重量轻，易安装，破损较少，径向变形也小。另接头光滑、严密，能有效地减少漏风和系统阻力。2.3.2风机的选择风机的选择主要考虑供风量、风压和能耗的问题。依据以上计算和阐述，决定选用西安交大咸阳风机厂生产的SDDY-隧道专用三速对旋式风机。该风机具有高中低三中转速，可以根据隧道施工的不同时期对风机性能的不同要求，采用相适应的转速，以达到高效和节约能源。配用风机各项性能指标如下。风机机号速度转速(r/min)流量(m3/h)全压(Pa)高效流量(m3/h)效率(%)配用功率(Kw)13.5高速148019000014500050007000170000861602中速9801350001050002200310012000085472低速74095000750001300185080000842223.通风方案的实施3.1机构和制度上的保证为加强通风工序的管理，保证通风效果，梧山隧道出口在机构的设置上重点突出了通风环节。成立了专业的通风班组，并将隧道的进度与通风班组成员的收入挂钩，制定并严格执行奖惩措施，从而在机构的设置和制度的执行两方面都使通风方案的有效实施得到保障。3.2设备的安装与维护通风系统的安设质量对通风效果有着直接的影响。通风机的安设需重点考虑循环污染的问题。为避免由洞内排出的污浊空气再次进入洞内，我们将风机安设在隧道线路左侧距洞口30米，不影响隧道口交通组织的位置。风管的安设需要尽量做到平直畅通、吊挂稳固、接头牢靠，并注意保持吊挂锚杆的纵向一致和风管承重索的高度相同。风管的接长等工作则选在钻眼工序时进行。风管末端到工作面的距离保持在30米左右，最长不应大于50米。通风系统的维护为了使系统始终处于良好状态，就必须加强对通风系统的日常维护。除安排专人负责通风系统的日常检查和维修外，过程中的维护工作重点关注通风机的保养、风管的破损情况以及风管通过衬砌台车等设备处的顺直情况等。4.方案的优化4.1解决雾气问题梧山出口在掘进至2600米时，由于隧址区地下水丰富、存在高地热现象，导致洞内600米2000米洞段因雾气大而产生能见度低的问题出现，严重影响洞内的行车安全。经过分析研究，项目部通风管理小组决定对既有方案进行优化。即在距离洞口800米处、1800米处各增设一台75KW的射流风机向洞外排风，加快洞内的空气流动速度。方案经优化后，洞内雾气的问题得到有效的解决。4.2控制扬尘改善通风效果在施工过程中，我们注意到爆破作业结束后和出碴的过程中，扬尘的问题对通风的效果影响较大。为此，项目部采取了对爆破后的碴堆进行洒水降尘的措施，改善了通风的效果。另外，保持路面和施工场所的其余场地的整洁同样能够有效的控制扬尘，加强通风的效果。5.长距离通风的技术措施要保证管道压入式通风实现长距离的目标，除了通风机械的合理选配外，如何做好防漏降阻是技术关键。要做到这一点，主要是靠风管的制造、安装和维护。5.1防漏问题风管的材质和接头方式是造成风管漏风的内在因素。因此，选择耐久性强、涂敷层密实的材料制作的风管和密封性能好的接头可适当减少漏风和降低风阻。经过调研，我们选取了隧道局生产的由PVC塑纤布和拉链式接头制作的风管，可较好地解决接头漏风。除上述风管自身固有的内在因素外，还有因接头松动、风管破损等外在因素所造成的针眼漏风、接头漏风和破损漏风。因此，在管理上我们严格要求，定岗定人定责，定期检查，发现破损及时修补，使风管始终处于良好的工作状态，以有效地减少漏风。5.2降阻问题通风系统管道阻力除了受风管制作材料表面的光洁度和接头平滑程度的影响外，风管直径的大小以及管道弯曲等导致的局部风阻增大也是重要因素。若采用直径较大的通风管道，如从1.8m增大到2.0m，同一风量的阻力损失可降低到前者的60%左右。因此在选择风管时，我们除了考虑风管的制作材料和接头方式外，还采用了直径较大（2.0m）的风管。另外我们在风管的安装和维护上也下了功夫，这也是施工单位进行降阻的主要着眼点。对此，我们的应对措施是专人负责风管的接长、检查、补漏和顺直等诸项管理工作，确保风管始终处于吊挂稳固、平顺畅通、接头严密和管径一致的良好状态，有效地降低了通风阻力。6.结论随着隧道通风设备的更新换代和通风技术的日益完善，对于采用钻爆法、大断面、无轨运输出碴的长大隧道，压入式通风经过梧山隧道出口的验证可以达到3500米以上。隧道通风方案应根据施工方法、坑道特点等实际情况而定。在选取通风系统时，可根据风量、风压计算，采用高效大风量的风机和大直径、性能好的风管，以改善通风效果。同时，选用三速通风机也可在使用过程中合理的管控施工成本。实现隧道的长距离通风，除合理匹配通