向莆铁路福建段重点控制工程某特长隧道通风技术与应用施工工法

xx特长隧道通风技术研究与应用1工程概况xx隧道是xx铁路xx段重点控制工程，2008年6月份开工，是当时国内长度排名第四的特长隧道(单线双洞设计，左线长22175m，右线21843m)，位于xx省xx市xx县和xx市xx区境内，隧洞沿线有S203省道平行延伸。总体走向北西-南东，为单线双洞隧道，左右线最小间距30m，最大间距300m，最大埋深为900多m，左右线之间每隔500m设置一横通道。长大隧道的通风和降尘是长大隧道施工的重点，xx隧道设进、出口以及4个斜井共6个工区，前期开展工作面8个，为确保左线按期完工，隧道右线突前一段距离后，还需通过横通道增设左线工作面。为确保工期和贯彻“以人为本”的管理理念，确保隧道内工作环境，必须设计科学的通风方案，选择适用的通风机械。2施工通风管理的原则施工通风管理的原则为：“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针。实施中，以长代短，风管每节长50～100m，减少接头数量；以大代小，在净空允许的条件下，尽量采用大直径风管。3洞内通风标准隧道中空气质量要求：一氧化碳（CO）浓度不大于30mg/m3；二氧化碳（CO2）按体积计不得大于0.5%；氮氧化物（NO2）在5～8mg/m3以下；甲烷（CH4）按体积不得大于0.5%；含10%以下游离二氧化硅的粉尘，不得大于2mg/m3，含10%以下游离二氧化硅的粉尘，不得大于4mg/m3。4通风计算本隧道施工运输系统全部采用无轨运输，正洞掘进深度大、通风困难的工作面，为减少洞内内燃机械排烟，考虑采用电力驱动装碴机（H挖掘装载机或立爪装碴机）。根据影响通风四个因素（洞内允许最小风速、洞内同一时间最多工作人员数量、稀释洞内爆破炮烟、稀释洞内内燃机械排烟）进行计算。4.1计算参数通风计算参数表表1序号参数名称参数备注1开挖断面积A90.64m22Ⅴ级围岩开挖断面面2一次开挖长度L3.5m全断面开挖进尺尺3单位体积耗药量量Q1.6kg/mm34一次爆破最大用用药量G422kg5洞内单作业面最最多作业人人数m60人6爆破后通风排烟烟时间t30min7通风管直径φ1.8m皮质软管8管道百米漏风率率β1％9最小洞内风速V不小于0.155m/s10风量备用系数k1.1511洞内每人每分钟钟所需新鲜鲜空气q3m3/minn12风管沿程摩擦阻阻力系数（达达西系数）α3.0×10－－4kg/m313炮烟抛掷长度Ls99m4.2通风计算（1）按洞内允许最小风速计算采用公式：Q1=60VA（m3/min）式中：V——洞内最小允许风速m/s。则Q1=60×0.15×90.64=816m3/min（2）按正洞内同一时间最多工作人员数量计算采用公式：Q2=qmk（m3/min）式中：q——洞内每人每分钟所需新鲜空气，取q=3m3/minm——洞内同时工作的最多人数，取60人。k——风量备用系数，则Q2=3×60×1.15=207m3/min（3）按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算Q3=V1-(KV1t+1/V2)1/t式中：V1——一次爆破产生的炮烟体积V1=A×Ls=90.64×99=8973（m3/min）V2——一次爆破产生的有害气体V2=A×G=3×10－10×422=12.66（m3/min）t——通风时间K——允许浓度取100ppma——单位重炸药爆破产生的有害气体换算成CO的体积取30（m3/kg）代入上述数据：Q3=8973-(100×10-6×897330+1/12.66)1/30=758（m3/min）（4）按稀释内燃机废气计算风量根据装碴作业工序中内燃设备分布，工作面暂按6台满载斯太尔自卸车，平均负荷率0.75，空载4台，负荷率0.3。Q4＝3×6×173×0.75＋3×4×173×0.3＝2957(m3/min)通过Q1、Q2、Q3、Q4比较，工作面风量不低于816m3/min，稀释内燃设备尾气所需的通风量约3000m3/min。（5）通风机的供风量无轨运输作业时，通风机的供风量一般由稀释内燃设备尾气所需风量控制，在严格控制管道漏风的情况下，这个风量也能满足排除炮烟的要求。此时验算漏风可按排除炮烟所需风量或平均风速计算，取其最大者。隧道采用大风量供风，拟采用软皮质风管，管路直径1.8m，每百米漏风量率可以控制在1.8%以内。隧道供风量：Q修=P·QP=（1-β）-L/100式中：P—漏风系数β—百米漏风率L—通风管长度，暂取2700m代入相关数据，P=1.57则：供风量Q修=1.57×816=1281<2957m3/min因此，取风机设计风量3000m3/min。4.3风压计算（1）局部阻力h1=nCgV（pa）式中：n—风管转弯次数C—转弯阻力次数，取0.04g--重力加速度，g=9.81m/s2V—转弯风速，取0.4m/s考虑风筒最多三次拐弯，则风筒局部阻力为：h1=3×0.04×9.81×0.40=0.473（kpa）（2）沿程压力损失计算沿程压力损失：（1）沿程空气柱损失：（2）风速：（3）式中：λ——沿程阻力系数，取0.0165。与管壁相对粗糙度和雷诺数有关Re=V×d/μ,μ—空气运动粘，T=20℃时，μ=1.63×10-5m2/s。管壁粗糙度：Δ/de=0.19/750=0.0002533(Δ—管壁表面平整差，de—当量直径，圆形管时，直径即为当量直径，当为方形时de=2hb/(h+b).沿程阻力系数计算应参照流体力学计算公式。L——管道长度，取2700m。—沿程压强损失（Pa）。--风量流速（m3/s)，Q=3000/60=50(m3/s),工作风量Q/P＝50/1.57＝32m3/s，取35m3/s。V——风速（m/s）。d——通风管直径，取1.5m。——空气密度，T=20℃时,=1.2kg/m3。g——重力加速度，取9.81m/s2。风速：V=35/(3.14x0.92)=13.76（m/s）。沿程损失：=0.0165x2700/1.8x13.752/2/9.81=238.5(m空气柱)。压强损失：=238.5x1.2x9.81=2807（Pa）。（3）管道总阻力h=h1+=473+2807=3280Pa,取3280Pa。4.4通风机选型通风机型号的选择主要考虑以下三个条件:（1）通风机吸出风量不能小于理论计算风量；（2）通风机直径与选取通风管直径不能差别太大；（3）风机全压值≮管道总阻力。根据计算数据，为确保满足计算结果，确保通风效果，主通风机采用天津市通创风机有限公司152BD-2SE132型轴流式通风机，设计风量3000m3/min，风压4100Pa，功率为2×132KW，最大通风长度3000m。串联风机采用125AD-FS110型，风量2200m3／min，风压2200pa，功率115KW，风管直径1.6m。风管的选用主要从风管出口处的风速和风量、风管的耐用性、风管装拆的难易程度等方面考虑。风管选用洛阳机械厂生产的φ1600mmWSFG型双抗软质拉链风管。该风管具有防水、阻燃、抗静电性能。每节风管30～50m长，连接头为拉链式，以实现防漏降阻。风机接口处及正洞与横通道连接处采用硬质风管连接，长度不短于200m。网管过衬砌台车采用φ1500mm的硬质网管连接。5通风方案根据现在实际和任务划分，采用以下施工通风方案：（1）隧道进、出口进、出口衬期采用压入式通风。横通道贯通后形成巷道式通风系统（见图1和图2（1）、图2（2））。（2）梅鼎宫（1#）斜井、乌田（2#）斜井、乾顶（4#）斜井斜井施工采用单机压入式通风。待打到正洞后再增加一台风机，供两个作业面通风，形成巷道式通风系统（见图3、图4和图6）。（3）风际（3#）斜井前期采用单机压入式通风方案，通风竖井施工完成后利用竖井抽出，斜井进风方案（见图5）。竖井抽出风机7200m3/min，风压600Pa，功率95KW，为本程专用风机，须另行设计开发。图1：进口施工通风系统简图Fig1:HYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"portalconstructionHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"ventilationsystemHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"diagram图2（1）：出口工区压入式通风系统简图Picture2（1）：excitingworkareaforcingsystemdiagram图2（2）：出口工区巷道式通风系统简图Fig2（2）：excitingworkareaHYPERLINK"/dict_result.aspx?searchword=%e5%b7%b7%e9%81%93%e5%bc%8f%e9%80%9a%e9%a3%8e&tjType=sentence&style=&t=gallery+ventilation"galleryventilationsystemdiagram图3：1#（梅鼎宫）斜井正洞施工通风系统简图Fig3：1#（MeiDinggong）HYPERLINK"/dict_result.aspx?searchword=%e6%96%9c%e4%ba%95&tjType=sentence&style=C038&t=inclined+shaft"inclinedshaftmaincaveconstructionHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"ventilationsystemHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"diagram图4：2#（乌田）斜井正洞施工通风系统简图Fig4：2#（WuTian）HYPERLINK"/dict_result.aspx?searchword=%e6%96%9c%e4%ba%95&tjType=sentence&style=C038&t=inclined+shaft"inclinedshaftmaincaveconstructionHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"ventilationsystemHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"diagram图5：3#（风际）斜井正洞施工通风系统简图Fig5：3#（FengJi）HYPERLINK"/dict_result.aspx?searchword=%e6%96%9c%e4%ba%95&tjType=sentence&style=C038&t=inclined+shaft"inclinedshaftmaincaveconstructionHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"ventilationsystemHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"diagram图6：4#（乾顶）斜井正洞施工通风系统简图Fig6：4#（QianDing）HYPERLINK"/dict_result.aspx?searchword=%e6%96%9c%e4%ba%95&tjType=sentence&style=C038&t=inclined+shaft"inclinedshaftmaincaveconstructionHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"ventilationsystemHYPERLINK"javascript:showjdsw('jd_t','j_')"diagram6通风设备配置数量通风设备一览表表2型号风量(m3／min)风压(Pa)功率(KW)风管直径(m)数量(台)备注152AD-22SE1332对旋轴流流风机300020001321．82152BD-22SE1332对旋轴流风机30004100132×21.85125AD－SSE55风520定制竖井抽出风机720060095-1定制SDS-N0..10射流风机16563010风机合计38风管1．815000m1．520000m7风机、风管安装及维护（1）安装风机洞外风机安装位置距洞口为25～30m，支架稳固结实，保证风管、风机在同一直线上。风机位于洞口外上风向位置，避免洞内压出废气循环进入风机形成二次污染。风机出口设置加强型柔性或变径管与风管连接，风机和风管接口处法兰间加密封垫。（2）安装风管通风管挂于隧道顶部，衬砌面下5cm。作业时先算出风管位置，并每隔5m算出锚杆位置。风枪打眼后安装1.5m长锚杆。再将φ8mm盘条吊挂线拉直拉紧并焊固在锚杆上，然后吊线挂上风管，这样可使风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减少通风阻力。在锚杆上设软带固定风管，防止停风时风管下垂被刮破。为克服长期使用风管疲劳造成长度延伸、挠度增大。风管吊挂必须做到平、直、稳、顺、紧。即：在水平面上无起伏，在垂直面无弯曲，风管无褶皱、无扭曲。网管过衬砌台车时，有台车的上部设φ1.5m的硬质网管，使软网管与硬质网管保持顺接。（3）通风系统的维护通风系统由专门门维修负责责组维护，实实现防漏降降阻，推广广防尘技术术。健全通通风管理制制度，使工工作内容制制度化，工工作标准规规范化，并并制定相应应奖惩措施施，并严格格执行。每每月进行一一次系统检检查，每3300m为为一个检查查调整段。开开挖期间，风风管出现破破洞，及时时粘补，较较大的破口口可先缝再再粘补。风风管每隔一一段距离要要设放水孔孔。8洞内通风注意事事项压入式进风管口口设在距洞洞口20～30m左右右的位置，防防止污染空空气再流入入洞内。压压入式通风风管的出风风口距工作作面不大于于15m。通风机装有保险险装置，发发生故障时时能自动停停机。通风风系统定期期检测通风风量、风速速、风压，检检查通风设设备的供风风能力和动动力消耗并并做好记录录。如通风设备出现现事故或洞洞内通风受受阻，所有有人员撤离离现场，在在通风系统统未恢复正正常工作和和经全面检检查确认洞洞内已无有有害气体之之前，任何何人均不得得进入洞内内。施工场所的通风风机械噪声声不得超过过90分贝，如如有超出，第第一，检查查风机消声声器的工作作性能，第第二，改装装或增设消消声器。硬质风管安装顺顺直、严密密；风管的的联结采用用密封法兰兰盘接头，橡橡胶垫板，拧拧紧，尽最最大努力防防漏降阻。洞内施工机械均均采用尾气气净化装置置，以减少少尾气排放放。根据隧道施工规规范要求，汽汽油车严禁禁入洞。9通风排烟管理措措施设立通风排烟作作业班组，作作业人员实实行通风排排烟值班。风管安装必须做做到平、直直、稳、紧紧，且不漏漏风。风管管转弯半径径不小于风风管直径的的3倍，风机机及风管必必须随掘进进而延伸。通风机安装牢固固，通风方方向与管道道方向基本本一致，尽尽量增大每每节风管的的长度以减减少风管接接头。出现现问题及时时维修，保保证通风效效果。作业面爆破前，做做好对风机机及风管防防护，爆破破后由专职职人员携带带防毒面具具进入拆除除防护及延延伸送风管管，确保送送风管出风风口到掌子子面距离少少于10mm，同时尽尽快开启送送、排风机机，达到