巷道式通风在长大隧道施工中的应用

GXF360 2017-12-07

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巷道式通风在长大隧道施工中的应用

薛兴伟

（中铁十二局集团国际工程有限公司，山西太原 030023）

摘要：结合阿尔及利亚在建最长隧道——甘塔斯隧道施工实例，对该隧道通风方案进行应用研究，重点探讨了施工方案及原理、通风检算、通风管理方案。结论证实，甘塔斯隧道通风方案在综合考虑现场实际与经济安全的情况下作出的方案科学合理。尤其是通过采用巷道式通风方案，使得隧道内供风更加经济合理，安全可靠，可为以后的隧道施工通风总结经验。

关键词：长大隧道；巷道式通风；通风验算；风压计算

1 工程概况

甘塔斯隧道为阿尔及利亚阿福隆——黑密斯市复线铁路项目间的一座隧道，位于艾因德福拉省黑密斯市甘塔斯山脉。甘塔斯隧道为双洞单线铁路隧道，左线长7346m、右线长7335m，为阿尔及利亚在建及已建最长隧道，是项目的重难点工程、全线的控制性工程。甘塔斯隧道共设三个工区组织施工，目前隧道进口与斜井已经贯通，剩余两个工区施工任务划分见表1。

表1 隧道施工任务划分

任务进口工区 1#斜井工区出口工区正洞左洞 2019 3645 1682右洞 2028 3648 1659斜井 530

由表1可知该隧道单掌子面最大掘进距离为3648m，掘进距离长，且铁路单线隧道断面小，为降低隧道作业面粉尘含量及有毒有害气体的浓度，确保施工平稳安全推进，解决洞内通风问题成为隧道施工的重要课题，本文以进口工区为例，介绍隧道通风方案。

2 施工方案及原理

隧道进口与斜井贯通后，采用巷道式通风方式，即封闭通风机至斜井间的所有横通道[1]，左洞作为排烟通道，右洞作为新线空气通道，如图1所示。通风机安装在右洞距掌子面500～1000m位置，采用两台大功率轴流风机（风机型号为SDF（c）-11，每台风机额定功率为2×55=110kW）吸入新鲜空气，通过大孔径PVC软风管（直径φ1.5m）分别送风到左右洞掌子面。右洞污浊空气经距离掌子面最近的横通道进入左洞，在隧道左洞安装2台射流风机加快污浊空气的排出。

图1 进口与斜井贯通后通风示意图

3 通风检算

根据相关资料及现场施工组织安排情况，隧道通风设备选用型号为：轴流通风机SDF（c）-NO11（风量2030～2790m3/min，全压624～4150Pa，电机功率2×110kW），最大通风距离最长为1500m。对各项计算参数进行了整理，具体参见表2。

表2 施工通风计算参数表

项目单位数量最大开挖断面积正洞 m3 71.72洞内同时作业最多人数正洞人 80掌子面装碴功率正洞 kW 165每人每分钟所需新鲜空气 m3/min 3出碴车功率 kW 211通风时间 min 30洞内稳定风流最低风速 m/s 0.2风管平均百米漏风率 % 1.2风管摩擦阻力系数 0.02隧道沿程摩擦阻力系数 0.025

3.1 供风量验算

3.1.1 需风量计算

用不同方式计算隧道洞内单位时间（1min）需风量，并通过比较取最大值作为最大需风量。

（1）按洞内最低允许风速计算，见式（1）：

式中：Vmin为最小允许风速，取值0.2m/s；Amax为隧道开挖最大断面积，取值71.72m2。

（2）按洞内最多作业人数计算，见式（2）：

式中：3为每人每分钟需新鲜空气量3m³；K为人员洞内作业通风安全系数，取值K=1.2；M为洞内同时最多作业人数：初期支护15人、二衬仰拱15人、二衬拱圈25人、机械操作人员15人、辅助作业人员10人，总计80人。

（3）按稀释内燃机废气计算，见式（3）：

式中：Q0为内燃机作业时所需通风计算系数，取2.5m3/（min·kW）；∑Pmax为洞内最大同时作业内燃机总功率：根据各工序机械使用情况，在洞砟运输时洞内内燃机械使用量最大：装砟机械1台侧卸式装载机（额定功率162kW）或1台挖掘机（额定功率162 kW）；运输机械3台自卸车（额定功率213kW，1台满载100%功率、2台空车75%功率）。

（4）通过Q1、Q2、Q3比较，最大需风量为，见式（4）：

3.1.2 供风量计算

通风管道使用单节长度为20m的φ1500mm PVC拉链通风软管，根据该型号通风软管产品技术性能可知：摩擦阻力系数α=0.8×10－3kg/m³、平均百米漏风率0.67%、接头漏风率0.119%，则通风软管百米漏风率，见式（5）：

取最大送风距离L=1500m，则通风软管出口风量为：

3.1.3 验算结果，见式（6）

因此，通风软管出口风量大于需求风量，满足供风需要。3.2 风压损失验算

3.2.1 沿程风压损失计算，见式（7）

式中：R为风阻系数。R=6.5αL/D5=6.5×0.8×10-3×1500/1.55=1.03；Q机为通风机高效风量2790m³/min； Q需为掌子面需风量1736m³/min； D为通风管直径1.5m

3.2.2 验算结果

根据计算结果，P损＜P全=4150Pa

沿程风压损失小于风机全压，供风方案满足洞内通风需要。

4 通风管理方案

为确保洞内通风效果，应加强通风管理，安排专人负责风机，风管的安装、管理、检查和维修[2]。具体通风管理。

（1）将高压电引入隧道斜井洞内，保障通风机能够在最大额定功率下正常运转。

（2）加强封闭横通道处的管理，设置专人看管，防止封闭的横通道打开后未及时关闭，造成右洞新鲜空气污染[3-4]。

（3）在隧道内定期进行洒水降尘，减少扬尘对空气的污染。

（4）加强风管维护

①通风软管悬挂要平、顺、直。每隔5m钻孔安装高强膨胀螺栓，布置φ6mm细钢丝绳作为拉线，拉线需用紧线器拉紧，确保风管每10m挠度不大于150mm，轴向偏差每100m不大于300mm[5]；②定期检查通风软管，发现破损等情况及时进行修补或更换；③为避免长期使用造成的风管长度延伸、挠度增大，定期进行系统检查，并每隔300m设置调整段，将多余风管拉紧后切除多余部分，增设钢圈接头并捆绑牢固；④风管使用过程中会因洞内渗水和温度变化产生积水，每月排水一次，以减少风管承重和阻力[6]。

（5）加强通风系统维护

①通风机设专人值守，定期进行保养；②尽量减少风机的停机次数，最大限度发挥风机连续运转性能。