梧山隧道出口施工通风技术讨

0 梧梧山山隧隧道道出出口口施施工工通通风风技技术术探探讨讨 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 1 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 几种管道式通风方案的比较 序号通风方式布置形式 优点缺点 1 2 3 压入式 吸出式 混合式 能很快地排除工作面 的污浊空气 拆装简单 工作面净化较快 洞内空气较好 洞内空气好 净化快 污浊空气流经全洞 风机移动频繁 噪声大 管道漏风可造成循环污染 噪声大 受空间限制 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 2 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 10 1 15 k 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 m 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A 126m2 245 7kg 一公斤炸药爆破时所构成的有害气体体积 40L b 通风时间 按 30min 计 t 隧道断面面积 126m2 S 通风区段长度 预计通风长度 3500m L 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 1 100 P 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 末 v 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 3 管道内平均风速 v sm d QQ 1 20 60 4 2 max 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 min 5 2417015 133 3 1 mmkQ 按同时爆破的最多炸药量计算 min 1638 30 40 7 2455 min 5 33 2 mm t Ab Q 按爆破后稀释 CO 至许可最高浓度计算 min 39 70660 30 15 1 7 24510 40 5 min 60 105 33 3 mm t KA b Q 按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算 min 304831016 3 4 maniQ 按满足工作面最小风速计算 min 113412615 0 6060 3 5 mSVQ 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 4 Q 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 54 1 1 100 3500 1 1 100 1 1 100 P L P 则最终风机供风量应不小于 min 4694304854 1 3 max mPQQ 2 2 3 系统风压计算 4 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 196 52 1 2 1 2 1 2 2 a pvH 末动 静压计算 管道摩擦阻力 4242 1 20 22 2 13500 01 0 2 2 2 a pv d L h 摩 局部阻力 摩局a phh42442421 01 0 系统静压 局摩静a phhh4666 系统风压 4685 a phhh 静动 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 5 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 高速 1480 190000 1450005000 70002 中速 980 135000 1050002200 3100 1200008547 213 5 低速 740 95000 750001300 1850 800008422 2 3 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 6 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 梧山出口2600米至3600米施工通风方案示意图 4 2 控制扬尘改善通风效果 7 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 8 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