下坝隧道竖井通风技术研究

下坝隧道施工通风方案汇报人李文纲中铁一局集团成贵铁路项目经理部二分部前言介绍PrefaceIntroduction随着近几年高铁客专施工逐渐向偏远地区发展，各种地质条件复杂、含瓦斯有害气体、特长等特点的隧道频频出现，给施工单位带来新的挑战，如何保证这些隧道施工安全、质量问题，是每个施工人需要面对解决的问题。隧道通风作为隧道施工的关键技术值得每个施工单位深入研究，一个成熟、好的通风方案，不仅能解决隧道施工安全问题，更能节省大量施工成本，本次汇报，以成贵铁路二分部下坝隧道为工程载体，详细介绍长大、高瓦斯隧道通风方案，希望对类似隧道施工有一定的推广和应用价值。工程概况01下坝隧道出口通风方案02优化通风方案后效益分析03应用推广价值04目录页PAGEDIRECTORY01工程概况工程简介工程特点原设计施工情况斜井工区施工难度调整后施工情况*工程概况下坝隧道全长3784米，起止里程D3K296+480～D3K300+264，其中高瓦斯段落起止里程D3K298+081～D3K298+686，长度605米。本隧道位于云南省威信县，进口位于威信县潘家沟附近，出口位于威信县院子乡附近，隧区属剥蚀低中山地貌，地形连绵起伏，沟壑纵横，相对高差100～300米，地层岩性以泥质砂岩、砂质泥岩、灰岩为主，偶夹油页岩。地下水以孔隙水、裂隙水、岩溶水为主，最大涌水量24779m3/d。不良地质为顺层、煤与瓦斯、有害气体、岩溶等。其中D3K298+081～D3K298+686地层局部含不稳定煤层，单层厚0.1～1m不等，呈鸡窝状，为高瓦斯工区。隧道土建工期为37.35个月。工程简介*123

灰岩地段隐伏岩溶发育区，溶洞多，施工难度大。工程特点工程概况4地层含煤层瓦斯、有害气体，施工安全风险大。泥岩、砂岩为弱质岩体，遇水易软化，施工安全风险高。地下水发育，最大涌水量达24779m3/d。施工难度大。6*工程概况原设计施工情况出口工区(1578m)斜井工区(605m)进口工区(600m)出口工区(1001m)斜井低瓦斯工区高瓦斯工区低瓦斯工区低瓦斯工区7*工程概况1、斜井工区处于村庄中间，斜井上方有大量居民，最小埋深不足10米，施工安全隐患大。4、斜井工区弃渣量约11万方，当地无合适弃渣位置。5、斜井为反坡施工，最大纵坡20%，而该段富水，施工难度大，对当地环境污染大。基于以上原因，优化施工组织6、3、进村便道为机耕道，长约5公里，宽约3米，多处存在石桥，房屋夹道而修，便道修筑难。斜井工区施工难度2、斜井工区为当地政府规划的农田保护区，人多地少，拆迁、安置难度大。8*工程概况调整后施工情况出口工区(2773m)进口工区(1011m)斜井高瓦斯工区低瓦斯工区9*工程概况高瓦斯施工安全问题独头掘进2773m长距离通风问题调整施工组织后面临问题优化通风方案？？运营期间瓦斯排放问题？10*工程概况出口工区(2773m)进口工区(1011m)斜井通风竖井高瓦斯工区低瓦斯工区1102竖井通风方案竖井选址竖井参数、平面设置整体通风思路相关通风计算调整后施工情况12*1竖井选址原则下坝隧道出口竖井通风方案地形地貌较平坦地段，便于施工、施工期间期管理及封闭。埋深不宜过大，人工挖孔一般不宜超过60米。地层条件较好地段，岩体较完整。2345地下水不丰富地，保证施工安全。尽可能靠近掘进面，较短送风距离。*竖井位置确定下坝隧道出口竖井通风方案隧道正洞竖井D3K298+7655m距高瓦斯起点79m距贯通点1284m埋深浅，仅为50米地势平坦，便于施工地层条件好，挖孔安全有保证该地层处为水稻田，保水性好，地下水不丰富。实现高瓦斯短距离通风及解决独头掘进长距离送风问题。14*竖井参数、平面设置下坝隧道出口竖井通风方案3m2.4mC30模筑混凝土15*竖井参数、平面设置下坝隧道出口竖井通风方案16*下坝隧道出口竖井通风方案最终作为运营期间瓦斯排放通道第一阶段：出口工区独头掘进1578米通风阶段，采用洞口风机通风第二阶段：出口掘进至高瓦斯段后采用竖井风机通风、洞口风机为备用风机竖井整体通风思路17*出口工区（低瓦斯段）第一阶段通风示意图下坝隧道出口竖井通风方案进口工区(1011m)出口工区（高瓦斯段）18*出口工区（变为高瓦斯工区）第二阶段通风示意图下坝隧道出口竖井通风方案进口工区(1011m)出口工区（高瓦斯段）竖井备用风机19*出口工区（变为高瓦斯工区）运营期间瓦斯排放示意图下坝隧道出口竖井通风方案进口工区(1011m)出口工区（高瓦斯段）竖井水气分离室排气管20*下坝隧道出口竖井通风方案按洞内最小允许风速计算

Q1=60VS式中：V—保证洞内稳定风流之最小风速，取0.25m/s；S—断面面积，正洞（初期支护以及仰拱填充完成后的净空面积）S=100m2；Q1=60VS=60×100×0.25=1500m³/min。按洞内同一时间最多人计算Q2=qkm式中：q—每人每分钟供风标准，4m³/min；k—隧道通风系数，包括隧道漏风和分配不均匀等因素，取K=1.25；m—隧道内同时工作的最多人数，取100人；Q2=qkm=4×1.25×100=500m³/min。风量计算21*下坝隧道出口竖井通风方案按瓦斯绝对涌出量计算

Q3=KQ绝/(Bg允-Bg送)式中：Q绝—设计图纸瓦斯绝对涌出量为0.68m3/min，施工中据实调整；Bg允—工作面允许瓦斯浓度,取0.5%；Bg送—送入风中瓦斯浓度,取0；K—瓦斯涌出不均匀系数，取K=1.6；Q3=KQ绝/(Bg允-Bg送)=1.6×0.68/(0.5%-0)=218m³/min。风量计算22*下坝隧道出口竖井通风方案按同时起爆炸药量计算

Q4=5Ab/t式中：A—次爆破所用最大装药量，正洞Ⅲ级围岩一次爆破装药量A=300Kg；b—每公斤炸药爆炸生成的有害气体量，取b=40m³/Kg；t—通风时间，一般为20～30min，取30min；Q4=5Ab/t=5×300×40/30=2000m³/min；

风量计算

Qmax=(Q1、Q2、Q3、Q4)=2000m³/min；百米漏风率P100=1.0%；出口风量：Q供=PQ计=1.277×2000=2554m³/min。竖井风量：Q供=PQ计=1.127×2000=2254m³/min。Q供23*下坝隧道出口竖井通风方案第一阶段供风第一阶段供风最大距离为1499m。1.通风管路局部阻力计算：H动=（ρ/2）×V2=1.22/2×[(4×2554/60)/(π×1.82)]2=170Pa其中：ρ—空气密度，取1.22kg/m3；；V—为管口末端风速（V=4Q/πd2）；d—配用风管直径，Φ1.8m计算。2.摩擦阻力计算：

h=(λρLV2)/2d=（0.019×1.22×1499×V2）/(2×1.8)=3784Paλ—为管道摩阻系数；L—为通风距离；d—为通风直径V—为管内平均风速（V=4√mQ/πd2）=19.8m/s3.返回污风隧道摩擦阻力：按摩擦阻力10%计算为：378Pa4.隧道内通风阻力计算：170+3784+378=4332Pa。

风压计算24*下坝隧道出口竖井通风方案第二阶段供风:竖井主风机风压计算第二阶段巷道式通风，最大供风距离为1274m。1.通风管路局部阻力计算：H动=（ρ/2）×V2=1.22/2×[(4×2254/60)/(π×1.82)]2=132Pa其中：ρ—空气密度，取1.22kg/m3;V—为管口末端风速（V=4Q/πd2）;d—配用风管直径，Φ1.8m计算.2.摩擦阻力计算：h=(λρLV2)/2d=（0.019×1.22×1274×V2）/(2×1.8)=2837Paλ—为管道摩阻系数;L—为通风距离;d—为通风直径V—为管内平均风速（V=4√mQ/πd2）=18.6m/s3.返回污风隧道摩擦阻力：按摩擦阻力10%计算为：284Pa4.隧道内通风阻力计算：132+2837+284=3252Pa。

风压计算25*下坝隧道出口竖井通风方案第二阶段供风:洞口备用风机风压计算洞口备用风机最大供风距离2773m。1.通风管路局部阻力计算：H动=（ρ/2）×V2=1.22/2×[(4×2544/60)/(π×1.82)]2=170Pa其中：ρ—空气密度，取1.22kg/m3;V—为管口末端风速（V=4Q/πd2）;d—配用风管直径，Φ1.8m计算2.摩擦阻力计算：h=(λρLV2)/2d=（0.019×1.22×2773×V2）/(2×1.8)=7000Paλ—为管道摩阻系数;L—为通风距离;d—为通风直径V—为管内平均风速（V=4√mQ/πd2）=19.8m/s3.返回污风隧道摩擦阻力：按摩擦阻力10%计算为：700Pa4.隧道内通风阻力计算：170+7000+700=7870Pa。

风压计算26*下坝隧道出口竖井通风方案风速验证按最大风速验证采用公式：Vmax=Q/S则：隧道内：Vmax=2554/（100×60）=0.43m/sVmax=2254/（100×60）=0.38m/s0.25m/s＜Vmax＜6m/s满足《高速铁路隧道工程施工技术规程》一般规定18.1.6条款要求。

按最大风速验证27*下坝隧道出口竖井通风方案应提供的风量2554m³/min应提供风压分别为4332Pa、8770Pa洞口风机选型选择SDFNO13(2*132KW)通风机

28*下坝隧道出口竖井通风方案应提供的风量2254m³/min应提供风压为3252Pa竖井风机选型选择SSDFNO12.5(2*110KW)通风机29*下坝隧道出口竖井通风方案按最大风速验证通风设备选择参数汇总表3003优化通风方案后效益分析工期分析安全分析经济效益分析社会效益分析31*优化通风方案后效益分析优化后工期根据实际进度指标(Ⅲ级160m/月、Ⅳ级90m/月、Ⅴ级45m/月)进行分析，剩余施工任务1246m(Ⅲ级865m、Ⅳ级270m、Ⅴ级111m)，预计2016年12月1日贯通。原施组工期原设计工期37.35个月，贯通日期为2017年6月15日提前196天工期分析工期*优化通风方案后效益分析安全1.实现高瓦斯段短距离通风，大大降低高瓦斯段施工安全风险。2.解决独头掘进2773米长距离通风问题，最大送风仅为1274米，降低了施工安全风险。3.竖井可作为运营期间瓦斯排放通道，解决了水气分离的问题。

按最大风速验证33*优化通风方案后效益分析优化后通风费用1、风筒需4047m，费用52万元；2、1台110×2KW风机+1台132×2KW风机电费需154万元。3、通风费用合计206万元；原施组方案根据原施组工期计算：1、风筒需5544m,费用71万元；2、2台132×2KW风机电费需284万元。3、通风费用合计355万元。节约149万元经济效益分析通风费用34*优化通风方案后效益分析优化后通风费用仅组织挖孔桩形式工作面即可。预计节省成本350万元。原施组方案原设计需组织斜井工区工作面节约成本约350万元经济效益分析生产组织35*1社会效益分析优化通风方案后效益分析提前工期196天，得到建设、设计、监理单位的一致认可。提高通风效率，大大改善隧道作业环境。234减少斜井工作面，避免对当地居民的影响，有利于社会稳定。避免斜井工区施工引起的大量征地、拆迁以及环境破坏。3604推广应用价值隧道通风方案的思考37*隧道通风方案的思考通过对下坝隧道出口