长大隧道通风施工

长大隧道通风施工（精选10篇）

长大隧道通风施工 第1篇

云桂铁路5标六郎双线隧道全长14 090 m, 起讫里程DK573+807~DK587+897, 隧道曲线半径R=6 000 m, 最大埋深约550 m。该隧道设“贯通平导+一横洞”的辅助坑道, 距线路左侧30 m平行正洞方向设长度14 090 m无轨单车道贯通平导1座, 每420 m设一个横通道与正洞相连;于DK582+300正交正洞设1座无轨双车道横洞, 长度244 m。隧道正洞内轮廓半径为6.41 m, 断面面积为110 m2~120 m2;平导设计为单车道辅以错车道, 断面积为30 m2。根据合同工期要求及设计辅助坑道, 六郎隧道任务划分为进口、横洞、出口三个工区负责施工。

2 分阶段通风系统设计

根据以往隧道施工经验, 传统压入式通风实际最大距离为2 500 m左右, 且通风效果并不理想。结合六郎隧道设有贯通平导的特点和现场实际任务情况, 经研究论证, 决定采用压入式和巷道式通风于不同施工阶段分步实施的通风方案。总体思路为:各工区施工第一阶段平导、正洞均采用常规压入式通风;根据平导、正洞施工进度适时改为巷道式通风, 形成新鲜空气从平导进、污浊空气从正洞出的独立进出通风回路, 同时辅以射流风机配合排除污浊空气。对于横洞工区在横洞长度范围安装隔板将横洞断面分为上进下出通风风道, 分别与平导和正洞连通, 于平导口设风门与横洞下部风道隔离, 创造巷道式通风条件;分阶段前移轴流风机并设平导和横通道风门, 动态优化调整轴流风机至作业面的供风距离或增设射流风机, 达到预期通风效果。从而改善洞内作业环境、提高人员设备工作效率, 实现“以人为本、降本增效”的目的。在此, 主要介绍进口工区通风设计。

3 六郎隧道进口工区通风设计

1) 第一阶段施工通风。5号横通道增设新工作面之前, 该阶段正洞与平导各有一个作业面在施工, 采用正洞与平导互不干扰的压入式通风方式。于正洞和平导洞口分别设置1台2×185 k W (1号风机) 和1台2×110 k W (2号风机) 轴流风机压入式通风方式来解决洞内的通风问题, 改善洞内作业环境。具体布置图见图1。

2) 第二阶段施工通风。平导开挖施工至5号横通道后, 从5号横通道已经进入正洞增设正洞作业面 (简称JK2, 下同) , 进口正洞作业面 (简称JK1, 下同) 施工至与3号横通道贯通前, 在平导洞口增设1台2×132 k W风机 (3号风机) 供应5号横通道处增设的JK2通风。1号和2号轴流风机同第一阶段仍旧供应JK1与进口平导施工作业面 (简称JP, 下同) 通风, 同时在平导与5号横通道交叉的拱顶位置处增加一台30 k W射流风机, 将5号横通道JK2的污浊空气引至平导排出洞外。具体布置图见图2。

3) 第三阶段巷道式施工通风。当正洞JK1与3号横通道贯通后, 将平导洞口的2台风机移至平导与3号横通道交叉处小里程附近, 并设风门将2号、3号轴流风机与前方JP隔离, 采用巷道式通风由平导进新鲜空气、正洞排出污浊空气;正洞洞口1号轴流风机不移动, 继续供应JK1通风, 移至平导洞内的2号和3号轴流风机分别供应JP和JK2的施工通风。1号、2号横通道采用风门封闭, 将平导与正洞隔离从而达到巷道式通风条件, 同时在平导与3号横通道交叉处增设1台30 k W的射流风机, 将污浊空气从正洞排出, 形成巷道式通风。具体布置图见图3。

4) 第四阶段巷道式施工通风。根据计划, 正洞JK1与5号横通道贯通时, JK2应施工至7号横通道, 平导JP应开挖通过9号横通道;故将JK1作业队转移至9号横通道增设JK3工作面辅助正洞施工。然后将1号风机移至平导与6号横通道交叉口附近, 该风机风带从6号横通道进入正洞, 保证正洞JK2工作面正常通风;2号、3号风机移至平导内7号横通道处小里程端分别供应JP和JK3通风, 在平导与7号横通道附近设置风门, 将2号、3号风机和JP重新隔离, 1号~6号横通道设置风门, 保证平导与正洞不串风。7号、9号横通道与平导交叉处拱顶侧增设30 k W射流风机, 将污浊空气从正洞排出。具体布置图见图4。

4 风量计算

4.1 正洞工作面所需风量

1) 按洞内同一时间内作业最多人数计算:Q=3N=180 m3/min。其中, Q为工作面风量, m3/min;N为隧道内最多人数, 取60人。2) 按允许最低风速计算:Q=v A×60=1 170 m3/min。其中, v为允许最低风速, m/s;A为开挖断面积, m2。按允许最低风速0.15 m/s计算 (取正洞上下台阶同时开挖断面130 m2) 。3) 按排除炮烟计算:。其中, t为通风时间, min (不影响隧道正常作业情况下的最短时间选取) ;G为同时爆破的炸药量, kg (根据爆破方案选取) ;A为掘进隧道开挖的断面积, m2;L0为通风区段的长度 (放炮后瞬间, 工作面附近一段充满了炮烟的距离, 这段距离即炮烟抛掷长度L0) , m。取单位炸药用量1.1 kg/m3, 循环进尺3.0 m, 爆破后通风时间20 min, 则一次爆破炸药用量为:G=1.1×3×130=429 kg。L=G/5+15=100.8 m。Q= (7.8/20) ×[429× (130×100.8) 2]1/3=1 635 m3/min。4) 正洞稀释内燃废气所用风量:Q=K×∑Ni Ti=2 467 m3/min。其中, K为规定的单位需风量, 取3.6;Ni为各内燃机的功率;Ti为同时工作柴油机设备利用率系数。正洞最大送风长度2 000 m, 区段内最多可有2台重车、2台空车、2台装载机 (150 k W) , 自卸车装机功率230 k W, 重车负荷率0.8, 空车负荷率0.4, 设备利用率0.9。

4.2 正洞通风机供风量确定

目前各平导口配置风机功率2×132 k W, 供应风量为3 300 m3/min。取风管百米漏风率P100=1.2%, 当送风长度为2 000 m时:漏风系数。工作面可得新鲜风量2 500 m3/min, 基本满足排除炮烟、允许最低风速、人员保健等方面的要求。因此, 初步确定正洞内压入式风机的设计风量为3 300 m3/min。

5 通风设备配置

根据上述风量计算, 六郎隧道各工区通风设备配置见表1。

6 通风管理

施工通风管理水平的高低是影响洞内通风质量的关键因素之一。以往不少隧道施工通风不好, 除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外, 主要问题是通风管理不善, 管道通风阻力大、通风管破损漏风, 导致开挖工作面得不到足够的新鲜空气, 巷道内污浊空气不能及时排出洞外。现场以“合理布局, 优化配置, 防漏降阻, 严格管理, 确保效果”二十字方针, 作为施工通风管理的指导原则, 强化洞内通风现场管理。

7 实施效果

采用合理的通风系统达到理想的通风效果是实现长大隧道快速施工、保护施工人员身心健康及施工安全的关键因素, 高水平的施工通风管理也是保证通风效果的重要保证。目前, 我公司六郎隧道通风方案经过设计比选以及现场的实际运用, 基本上解决了六郎隧道的通风问题, 爆破后15 min~20 min即可进行下道工序作业, 大大提高了施工效率, 明显改善了施工作业环境, 而且较传统压入式通风设备投入少, 并节约通风用电和通风管费用。

8 结语

1) 射流风机布设要在轴流风机前后15 m范围之内, 防止巷道内形成污浊空气的循环流动;其余地段布设间距根据巷道内所需最小流动风速动态增设。2) 在形成巷道式通风的过程中, 通风机等设施要移至平导内, 洞内施工用电负荷较大, 在施工组织设计时, 提前考虑高压进洞配套方案。3) 隧道施工过程错综复杂, 既有施工交叉作业, 又有机械、运输车辆不间断工作, 按照理论计算的通风阻力和现场实际存在一定差别, 为保证作业面空气质量, 轴流风机距开挖面距离应控制在2 000 m以内。4) 风门是整个巷道式通风是否成功的关键, 风门封堵的好坏直接影响通风效果。由于工序需要, 施工中不能将每一个横道都完全封堵, 设计施作开启式风门比较符合现场实际。

参考文献

[1]铁建设[2010]241号, 高速铁路隧道工程施工技术指南[S].

[2]工管技[2009]77号, 铁路隧道施工通风技术与标准化管理指导手册[S].

长大公路隧道通风问题 第2篇

夏永旭

（长安大学公路学院，710064）

摘要：论述了我国长大公路隧道通风中目前存在的几个技术问题，提出了解决这些问题的主要思路。关键词：长大公路隧道，通风，问题。

1.前言

随着公路建设的快速发展和道路等级的逐渐提高，近年来，我国的公路隧道越修越多，越修越长。特别是我国西部山区的公路建设，将有许多长大或特长公路隧道要修建，正在施工的秦岭终南山公路隧道，设计长度更是长达18.004km。在整个隧道的建设中，通风方案的优劣及通风运营效果的好坏，将直接关系到隧道的工程造价、运营环境、救灾功能及运营效益。20多年来，国内在公路隧道通风方面积累了许多成功的经验，但也存在许多问题。随着人们对公路隧道通风理念的转变[1]，特别是许多长大或特长公路隧道的建设和规划，通风已经成为影响和制约长大公路隧道建设的关键。本文在总结经验的基础上，探讨了我国目前长大公路隧道通风中所存在的一些问题，提出了解决这些问题的基本思路。

2．长大公路隧道通风中的几个问题 2.1 汽车排污量的计算

公路隧道的通风原理，是通过向隧道内注入新鲜空气，稀释洞内由汽车排出的废气(CO、NO2、HC)和烟雾，使得隧道内的空气质量和烟雾透过率，能保证司乘人员的身体健康和行车安全。然而，隧道内的废气总量和烟雾浓度，与汽车的排污强度以及隧洞内的车流密度成正比。

关于汽车的排污强度，我国已经制定了一系列强制性的政策法规。但是，我们现在的排污限制标准，仅相当于欧洲的1号标准。新颁布的《公路隧道通风照明设计规范》[2]，所给出的各类汽车基本排放量也是1995年的测试结果。规范中虽然也给出了co折减系数为1％-2％，但是，汽车排污折减系数的取值不仅取决于汽车的发动机性能，而且与汽车燃油的质量以及道路的坡度都有关。图1是针对某隧道取co允许浓度为200ppm时不同折减系数的新风量。可以看到，折减系数影响较大,因此在具体计算中究竟取多少很值得研究。而关于柴油车的烟雾排放，现行规范中根本没有提及折减，但随着汽车性能的逐渐改进，烟雾排放量也当然应该折减。另外，当柴油车车速为80km/h或者70km/h，隧道纵坡大于1％或者大于2％时的烟雾车况系数fa(VI),也应该予以研究，因为这两种情况显然是存在的。

图1 不同折减系数时的新风量3000 Q(m/s)3图2 新风需求量***12折减系数34Q(m/s)20255000050100***0350ppm2015

另一方面，隧道内的车流密度和道路的交通量成正比，车流密度高，洞内烟雾排放量大, 1

3而交通量一般又呈逐年增长趋势，所以，如何处理汽车排污量逐年下降和交通量逐年增长二者之间的关系，是计算隧道排污量的关键，也是一个难题。但是，目前在许多工程的工可阶段，出现了为提高公路的等级，人为扩大交通增长速率的现象，这势必也加大了隧道的污染量，应该引起注意。

2.2 长大公路隧道的卫生标准及需风量

有了隧道污染量，则隧道的卫生标准和烟雾允许透过率直接决定隧道需风量的大小。卫生标准主要是指是co的允许浓度，计算时不仅要考虑汽车行驶速度，而且要考虑司乘人员在隧道中停留的时间。规范对于小于3.0km的隧道，给出co允许浓度为250ppm，堵塞时

-1为300ppm，烟雾允许透过率为0.0070m。又根据已有的研究，提出c=co×t=600ppm﹒min。但是，对于大于3.0km的特长公路隧道，co允许浓度究竟如何取，规范中没有说明。所以，对于长大公路隧道的卫生标准，必须深入细致研究。毫无疑问，卫生标准高，隧道内的环境好，但是通风设备的投资肯定很大，而且将来的运营费用也会很高。因此，在确定卫生标准时，应当同时兼顾国家的环境卫生法规和业主的承受能力。图2给出了某特长公路隧道取不同卫生标准时的新风量需求曲线，从图中可以看到，co允许浓度取200ppm和150ppm 相差 35.11％，这是一个相当大的数字。

隧道通风需风量的计算，除了要满足正常交通外，还必须考虑阻塞情况和灾害情况。规范根据PIARC的建议，取阻塞工况车速10.0km/h,长度为1.0km，完全可以。但是，阻塞区外的车速肯定是距离阻塞中心越远车速越高。然而，沿隧道长度车流如何分布，车速到底取多少；相邻车道的车流、车速又如何，都需要认真研究。另外，由于长大公路隧道设有监控中心，所以在计算需风量时，20.0km/h工况是否还要考虑，值得商榷。根据目前的发展趋势可以预计，随着汽车排污量的逐年降低，烟雾允许透过率将成为控制隧道风量的决定因素，这在坡度较大隧道中业已得到验证。

公路隧道的灾害主要是指火灾。尽管正常运营时的隧道风速，肯定满足防止火灾时烟雾回流的最低风速要求，但是，在计算隧道需风量时，必须认真详细地研究隧道发生火灾时灭火排烟的需风量以及逃生道和避难洞的风量需求。

2.3 通风方式的选择及通风方案的初选

公路隧道的机械通风方式，一般分为全横向、半横向和纵向。上述三种通风方案各有利弊。如全横向和半横向通风，隧道内的卫生状况和防火排烟效果好（全横向最好）。但是，初期的土建费用、设备费用以及后期的通风运营费用很大；纵向通风土建工程量小，设备运营费用相对较低，且方式灵活多样，但洞内的环境状况和防火排烟效果稍差。根据2000年底的统计，全世界已建3.0km以上的公路隧道400多座，20世纪80年代以前建成的多为全横向式和半横向式通风，以瑞士、奥地利和意大利为代表。而20世纪80年代以后，关于公路隧道通风方式基本分为两大派。欧洲仍然以半横向、全横向居多，而亚洲以日本为代表，全为分段纵向。日本甚至认为，加静电除尘器的分段纵向通方式,适合任何交通形式和任何长度的公路隧道。近几年，欧洲各国的通风理念也有所改变，双洞单向交通，分段纵向通风方式，逐渐成为主流。奥地利巴拉斯基隧道和陶恩隧道的二期工程就是典型的例子[4]。

国内的通风方式，也经历了由最初的全横向、半横向向分段纵向逐渐过渡的过程。如上海的打浦路隧道（2.761km）、延安东路隧道右洞（2.261km）采用的是全横向。深圳的梧桐山隧道左线（2.238km）为半横向。1989年建成的七道梁隧道（1.56km），在国内首次采用全射流纵向通风。而1995年建成的中梁山隧道（左洞3.165km，右洞3.103km）和缙云山隧道（左洞2.528km、右洞2.478km），变原来的横向通风方式为下坡隧道全射流纵向通风，上坡隧道竖井分段纵向通风，在国内首次将纵向通风技术运用于3.0km以上的公路隧道。随后，铁坪山隧道（2.801km）、延安东路隧道左洞（2.30km）、谭峪沟隧道（3.47km）、木鱼槽隧道（3.61km）、梧桐山隧道右洞（2.27km）、大溪岭隧道（4.1km）、二郎山隧道（4.61km），[3][2]

[2] 2 均采用了纵向或分段纵向通风方式。

尽管分段纵向通风方式，已经成为大家普遍的共识，但也遇到了许多问题和挑战。如分段的长度最大不能超过多少，国外4.0km的长度能否在国内适用；对于地形险峻，埋深太大的特长隧道，如何解决中间段的通风；火灾和救援逃生时风机如何控制；静电除尘器的技术和经济效果到底如何；怎样减少通风阻力；大角度长斜井和盲竖井的技术经济比较；地下风机房和地面风机房的优缺点，等等。对于上述这些问题，虽然国外已有各种处理方法，但效果不一。随着研究的深入和认识的不断提高，有些问题已经有了新的解决办法。如采用隧道顶端的大直径轴流风机可以大大降低通风阻力；火灾发生时的人员逃生可以事先通过[6]现场和数值模拟研究，制定出救灾预案。无法设置竖井的中间段可以设法采用混合通风方式[7，8，9]。当然，国外的经验只能借鉴，决不能照搬。真正解决问题，还是要靠我们自己做扎实细致的研究工作。

在具体进行通风方案的选择时，可以分三个层次展开。首先是确定通风方式，是采用横向、半横向，还是纵向、混合式；其次是在所确定的一种或者两种通风方式中，再进行多方案的比选，选取较好的2～3种；最后对所初选的通风方案进行比较分析，给出推荐方案和比较方案，提供专家评审。然而，不管在哪一个阶段，都必须从功能、技术、经济三方面考虑，逐步深入，认真研究，科学论证。

2.4 防火救灾时的通风

公路隧道通风方案的设计，除了要满足交通运营通风外，还必须详细研究火灾发生时的通风需求，即把正常运营通风和火灾时的通风看作是整个通风系统的两种重要的工况。由于隧道火灾的随机性，通常很难提前预防。加之隧道环境封闭，灭火救灾困难，一旦发生火灾，损失巨大。1999年3、4月间，意大利勃朗峰隧道和奥地利陶恩隧道的先后发生大火，造成40多人死亡。2001年10月24日，瑞士圣哥达隧道又有两辆大卡车碰撞引起大火，14人丧生。可以肯定地说，防火救灾是目前公路隧道通风的难点，而且是今后很长时间内需要研究的课题。因而，在研究通风方案时，对于隧道防火区段的划分、横通道的设置、横通道的开启与关闭、烟流排出的路径与速度、逃生通道的空气补给、避难洞的新风需求、隔温安全段的长度和降温措施、排风口的间隔和面积、火灾时的风机控制、部分风机损坏时的风机调配等，都要逐一详细研究。而在研究这些问题时，又必须和隧道的正常通风以及安全等级、防灾救灾预案的制定综合考虑，并在通风方案的选择阶段和优化阶段，分层次进行。研究的方

[6]法可以通过物理实验的方法和数值模拟的方法同时进行。2.5 通风方案的优化

优化研究是对通风方案深化和完善的重要过程。因为，除了在通风方式的选择和通风方案的初选阶段，许多问题根本无法解决外，一些隐藏的深层次的问题，只能是随着研究的深入和设计的展开逐步显现。国外对长大公路隧道的通风研究历来十分重视，如意大利的勃郎峰隧道，从最初的设计草图到最后建成通车，历时三十一年,通风方案先后多次修改。今年又结合防灾救灾，对整个通风系统进行大的改造。

通风方案的优化研究，可通过数值模拟和物理实验两种方法实现。数值模拟可首先根据一元流理论，研究不同防火区段划分、不同斜（竖）井断面、不同车流工况、不同风机配置时，隧道内的风流方向、风速变化、风压分布，给出该通风方式的定性及定量描述。然后，再应用CFD技术，进一步详细研究上述相关问题以及细部结构对通风效果的影响，诸如斜（竖）井断面、射流风机效应、分流和汇流局部损失系数、连通道和过渡端的阻力、轴流风机进出口段最佳长度和角度、火灾时的烟雾分布规律、连通道在灭火排烟中的作用、两洞口及送排风塔相互影响、隧道污染物的扩散等。

物理实验研究是借助物理模型，模拟所拟定的通风方案在不同细部结构、不同通风工况、不同风机配置时的通风效果，观测各个细部的流场分布，实测模型内不同断面的风流、风压、[

6、11]

[10]

[5] 3 风速；实测壁面阻力系数和不同细部损失系数、研究各个细部的最佳几何形状；观测火灾发生时的烟流分布，风机的排烟效果，确定轴流风机和射流风机的最佳配置；研究不同风机参数（轴流风机的叶片角度、进出口形状、风量控制方式；射流风机类型）对风场的影响等[6,12]。

数值模拟和物理模拟目前也最存在一些问题，如建立更符合实际的计算模型、瞬态非线性以及紊流的计算方法、非相似物理实验模型、足尺实验等。但是无论怎样，物理实验是优化研究的基础，它不仅是对通风方案的验证，而且更为重要的是通过实测为数值模拟提供计算参数，修正和完善数值研究模型。因此，对于长大及特长公路隧道的通风优化，物理实验是最重要的必须手段，也是最直接和最基础性的工作，决不能流于形式和沦落为对通风方式单纯的验正。2.6 通风效果的检测

通风效果的检测，是对竣工运营后的隧道通风状况进行实地检测，内容包括隧道内的 CO浓度、NO2浓度、HC浓度、烟雾透过率、风压、风速、噪音；隧道区域环境污染浓度、污染范围；风机性能、风机功率、风机组合功能、风机控制效果甚至于检测器件的灵敏度等。通风效果检测的最大困难在于设计交通工况的组织以及灭火排烟时效果的检验。但是，成功的通风效果检测，不仅仅是对通风方案有一个实际的考察和评估，而且会为通风控制方案的完善提供有用的帮助。所以，对于长大和特长公路隧道必须认真做好通风效果的检测工作。

3．结语

隧道通风是长大公路隧道建设中必须认真研究和解决的重要问题，而防灾救灾的研究更是长远的课题。无论是基础理论还是研究的技术和手段，特别是实际经验，我们和国外都有很大的差距。所以，虚心学习国外的先进经验，加强公路隧道通风基础理论和应用技术的研究，结合工程实际，开拓思路，努力工作，将是我国今后长大公路隧道通风研究的长期任务。

参考文献

1.夏永旭、戴国平.现代公路隧道的发展，2001’中国公路隧道学术交流论文集，2001.9 2.中华人民共和国行业标准：《公路隧道通风照明设计规范》，北京：人民交通出版社，2000.6 3.夏永旭、王永东、赵峰.雁门关公路隧道通风技术研究报告，2001.6 4.夏永旭.欧洲四国隧道通风考察报告，2000.5 5.John Day，Ian Sweetland.REDUCING PORTAL EMISSIONS FROM TUNNELS ECONOMICALLY, Ventilatoren Sirocco Howden，2001 6.杨冠雄.公路隧道营运时防灾系统设计分析，台湾中山大学研究报告，2001.7 7.夏永旭.秦岭终南山公路隧道通风方案讨论，长安大学学报，2001.10,待发表 8.夏永旭、赵峰.纵向－半横向混合通风方式研究，长安大学学报，2001.10,待发表 9.夏永旭、赵峰.纵向－全横向混合通风方式研究，长安大学学报，2001.10,待发表 10.王永东、夏永旭：长大公路隧道纵向通风数值模拟研究，中国公路学报，2002.1 11.王永东、夏永旭：公路隧道纵向通风局部数值模拟研究，西安公路交通大学学报，Vol.21(2001).4 12.A D Martegani、G Pavesi.An experimental study on longitudinal ventilation system,CICC,1993

夏永旭，长安大学公路学院教授，电话：029－8498307（H）

长大隧道通风施工 第3篇

关键词:特长隧道;施工;通风竖井

中图分类号:U455.8文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)08-0034-02

随着中国高速公路建设的发展,长大隧道越来越多,对于长大隧道的通风竖井建设也将会受到更多的关注。公路隧道因井位的选择、地质条件的差异、功能上的差异、结构安全的差异等,还需要进行深入的研究。通风条件是制约长大公路隧道建设的主要因素之一,因此,建设好竖井工程对长大公路的建设至关重要。

1 一般规定

(1)竖井结构主要包括锁口圈、井身、马头门。

(2)锁口圈设置于隧道口部,主要承受地表土层的土压力、井口建筑物及设备的荷载,其基础应尽量置于基岩中。锁口圈通常采用敞口开挖,采用钢筋混凝土结构。

(3)马头门为井身与联络通道交叉处结构,形状特殊,受力复杂,并承受井身二次衬砌传来荷载,应考虑加强处理。马头门断面应能满足施工所用的材料、设备的运输及运营期间导流叶片的安装。

(4)井身是竖井的主要组成部分,它上接锁口圈,下接马头门。当竖井较深时,或井身需要承受上方较大荷载时,应设置壁座;壁座通常设置于井口段、地质条件较差的井身段及马头门的上方。

(5)井身支护一般采用喷锚防护的复合衬砌结构形式,初期支护为主要的承载结构,二次衬砌通常作为安全储备及减少运营期间通风阻力的作用。

(6)从结构受力、施工难易程度以及通风效率等多方面考虑,竖井断面以圆形断面较为合适,其内径的大小应根据《公路隧道通风照明设计规范》规定的“风道内设计风速宜在13m/s～18m/s范围内取值”而确定,高低的取值与通风井的长度有关系(即考虑井内摩阻力变化对送排风机功率的影响)。当通风井偏长时,应取较低的风速,当通风井偏短时可以取较高的风速,如果通风井长度小于100 m,井内风速即使取20 m/s对风机功率影响也是可以接受的。

(7)采用送排式通风方案时,根据需要还应设置15 cm～20 cm厚的钢筋混凝土结构的中隔墙。

2 结构设计

2.1 锁口圈设计

(1)锁口圈高度h应根据地质地形情况而定,通常应大于覆盖层厚度,尽量埋置于较好的基岩上,为避免施工期间水的流入,锁口圈应高出地面h1>1.0 m。

(2)锁口圈底部一般采用扩大的钢筋混凝土基础,考虑井口土质一般较松软且井口附近有建筑物及车辆荷载,锁口圈厚度一般为0.4 m～0.6 m,扩大基础通常加厚至1.5 m～2.0 m;四周采用浆砌片石等回填压实,防止施工期间锁口圈横向移位。

(3)明洞衬砌顶部宜搁置于锁口圈顶部,以使锁口圈能承受明洞竖向自重荷载。

(4)当锁口圈上作用有建筑时(如井架、通风塔),应核算其截面垂直应力是否满足要求,计算公式:

K×N≤∑Ra×A(1)

式中:K:安全系数2.4;

N:垂直方向合力,kN;

Ra:混凝土的抗压极限强度,kN;

A:锁口圈井壁最薄处横截面积,m2。

(5)锁口圈井壁轴力弯矩采用弹性力学。

厚壁筒公式计算,计算模型及公式:

式中:N:井壁环向每延米的轴力,kN;

M:井壁环向每延米的弯矩,kN·m;

r1:井壁内半径,m;

r2:井壁外半径,m;

P:井壁水平力,kN;

μ:泊桑比;

r:土体容种,kN/m3;

h:锁口圈高度,m。

计算轴力、弯矩后,即可按规范中混凝土偏心受压构件抗压强度验算。

2.2 井身设计

(1)竖井衬砌按新奥法原理采用复合衬砌,考虑到施工安全,2次衬砌原则上要求在竖井施工完成后再施作,以免对施工产生过大干扰,因此初期支护应适当加强。

(2)竖井底部马头门处由于周边围岩受力状态复杂,设计上应对初期支护与二次衬砌进行加强处理。

(3)竖井井口段地质一般较差,通常采用敞口开挖,修筑明洞结构形式。对于土层地段,应优先考虑在地表采用处理措施,如钻孔咬合桩、地下连续墙、钢板桩、高压旋喷桩、水泥搅拌桩等基坑加固措施。

(4)井身衬砌承受的地层压力可采用太沙基理论计算(不够完善,计算结果与实际有一定出入),推荐采用三维有限元计算,结果相对合理。

(5)由于二次衬砌原则上都是由底部向上进行浇筑,因此,竖井一般可不设壁座。当竖井埋深较大时,应考虑二次衬砌所承受的自重,其允许支撑高度H计算如下(不计与防水板之间的摩阻力):

式中:h:2次衬砌允许支撑高度,m;

K:安全系数,2.4;

r:混凝土重度,23 kN/m3;

Ra:混凝土的抗压极限强度,kN。

当2次衬砌采用C25混凝土时,h计算为226 m。因此,若竖井深度大于200 m时,应在井壁中设置壁座,一般设计可按100 m～150 m设置一处(设在岩石较好地段)。

(6)壁座高度h应不小于2次衬砌厚度d的2.5倍,一般取1.0 m～1.3 m;宽度b不小于1.5 d(Ⅱ、Ⅲ级围岩地段b=0.6 m～0.8 m,Ⅳ级围岩地段b=1.0 m～1.2 m,Ⅴ级围岩地段b不大于1.5 m),倾角α可按以下角度取值:

α=50°～60°(Ⅴ级级围岩地段)

α=25°～45°(Ⅳ级围岩地段)

α=0°～15°(Ⅱ、Ⅲ级围岩地段)

(7)井底马头门与联络风道连接处通常采用似矩形断面,以保证竖井与联络风道在直墙上连接,方便设计与施工。考虑到竖井井身与井底风道的顺接以及导流页片的布置,竖井底部可设置一段不小于5 m长的圆变方过渡段,竖井断面由圆形渐变为正方形。

3 施工方法

(1)竖井施工需要专门的配套设施,如吊盘、抓岩机、吊桶、稳车等,施工设备及技术相对复杂,井筒内需设置安全梯等安全设施,并采取相关安全措施,防止在提升工程中因为断绳、脱钩产生溜车(掉罐)或过卷,以及在竖井中发生碰撞事故。

(2)竖井施工方法根据主隧道后于竖井建成还是先于竖井建成,以及竖井开挖和衬砌是单独作业还是平行作业,主要可以分为以下几种方式:①全井单行作业法;②主隧道先于竖井建成,可选择反井方法包括:吊罐反井正向扩大法、爬罐反井正向扩大法、钻机反井正向扩大法。

4 结束语

竖井工程是综合的系统工程,如何建设好竖井,须从不同的方面综合考虑,尤其在设计阶段应从多方面综合考虑及充分论证方能达到预期的效果。望能通过文章对竖井设计的综合论述,对竖井工程的建设提供帮助。

参考文献:

[1]中华人民共和国行业标准.《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004).北京:人民交通出版社,2004.

[2]中华人民共和国行业标准.《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009).北京:人民交通出版社,2009

Road Special Skill Tunnel Ventilation Shaft Design Method and Construction Technique

Li Xiaojun

长大公路隧道施工通风技术研究 第4篇

秦岭终南山特长公路隧道全长18.02 km, 双洞四车道。隧道衬砌内轮廓净宽10.92 m, 净高7.60 m, 最大开挖断面积109.63 m2。在隧道施工中, 由于钻眼、炸药爆破、装渣、喷射混凝土、内燃机械和运输汽车的排气、开挖时地层中放出有害气体等因素, 使洞内氧气大大减少, 且混杂各种有害气体与岩尘, 造成洞内空气污浊。随着隧道不断开挖, 不断向山体深处延伸, 洞内温度和湿度相应提高, 对洞内作业人员的健康造成较严重的影响。在秦岭特长公路隧道东线北口段施工为独头掘进, 人工钻爆法开挖, 无轨运输, 施工通风难度大。为了更换和净化隧道内的空气, 供给洞内足够的新鲜空气, 稀释、冲淡和排除有害气体和降低粉尘浓度, 以改善劳动条件, 保障施工作业人员身体健康、保证正常的安全生产, 并提高劳动生产率等, 必须进行施工通风系统技术研究。

2 施工通风控制标准

2.1 氧气含量

坑道中的氧气含量按体积比不低于20%。

2.2 粉尘浓度

每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘不大于2 mg;含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘不大于6 mg;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不大于10 mg。

2.3 有害气体

1) 一氧化碳:不大于30 mg/m3;当施工人员进入开挖工作面检查时, 浓度可为100 mg/m3, 但必须在30 min～35 min内降至30 mg/m3;2) 二氧化碳:按体积不超过0.5%;3) 氮氧化物换算成二氧化氮控制在5 mg/m3以下。

2.4 气温

隧道内气温不得超过28 ℃。

2.5 空气量

隧道施工时, 供给每人的新鲜空气量不低于3 m3/min, 采用内燃机械作业时, 1 kW的供风量不小于3 m3/min。

2.6 风速

隧道开挖时全断面风速不小于0.15 m/s, 坑道内不小于0.25 m/s。

3 施工通风计算

3.1 计算依据

洞内通风采用风管式通风, 每循环进尺按3.3 m, 炸药用量按平均1.6 kg/m3。第一阶段压入式通风时间按30 min考虑, 第二阶段混合式通风时间按35 min考虑。掌子面所需风量按洞内要求最小风速、洞内人员需风量、一次爆破后30 min排除掌子面炮烟、内燃机械设备的使用所需要的风量进行计算, 取其中的最大值为计算依据。

3.2 第一阶段施工通风计算

从横洞与正洞交接处向主攻方向掘进1 400 m以内压入式通风。

3.2.1 风量计算

1) 根据同一时间, 洞内工作人员数计算:

Q=k×m×qn。

其中, Q为风量, m3/min。

2) 按爆破作业确定风量:

Q=2.25/t×[G (AL) 2ϕb/p2]1/3。

3) 按最小风速检验风量:

Q≥V最小×S最大。

4) 按洞内内燃机械设备的同时使用所需要的风量进行计算:

$Q={\rm K}{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}{\rm N}}{}_i{\rm T}{}_i$。

3.2.2 风压计算

为了保证把足够的风量送到工作面, 并在风口保持一定的风速, 就要求通风机具有一定的风压, 使其克服沿途的所有阻力。通风机应具备的风压为:H机≥H总阻。

H总阻=H动压+H静压, H静压=H摩阻+H局阻。

3.3 第二阶段施工通风计算

从横洞与正洞交接处向主攻方向掘进1 400 m～3 000 m混合式通风。

3.3.1 按混合式通风计算风量

Q混压=2.25/t× (GL2A2bψ) 1/3。

其中, Q混压为风量, m3/min。

3.3.2 通风风压计算

为了保证把足够的风量克服沿途的所有阻力送到工作面, 并在风口保持一定的风速, 通风机应具备的风压为:H机≥H总阻。

H总阻=H动压+H静压, H静压=H摩阻+H局阻。

3.3.3 通风系统布置

混合式通风时, 压入式风机采用2台串联, 1台抽出式风机抽出洞内的污浊空气。

Q压风机=P×Q混压×60=1.43×1 542×60=132 304 m3/h。

Q抽风机=Q1×60=2 472×60=148 320 m3/h。

当2台通风机串联时, 所提供的风压相加, 则H机=3 200+3 200=6 400 Pa>H总阻=4 136 Pa, 所以第二阶段通风采用2台SDA140BD-2FS90型通风机 (风量144 000 min/h, 风压3 200 Pa, 功率90 kW×2) 串联从正洞口向洞内工作面压入新鲜空气。同时洞内另一侧安装1台SDA140BD-2FS90型通风机从洞内抽出污浊空气, 由于正洞口受地形条件的限制, 抽出式通风机出口设在横洞口, 以保证污染空气不被压入式通风机二次压入洞内。

3.4 改善施工通风所采取的技术途径

3.4.1 合理布局

1) 为避免排出的回风流再次吸入形成部分循环风, 出风口设在距洞口30 m以外;2) 为防止干扰流水作业中其他并行工序的作业, 通风管悬挂在洞壁拱腰;3) 为保证通风效果, 风管口到掌子面的距离在有效射程以内, 但又避免了因爆破损坏风管;4) 推广了压气水幕降尘、捕尘器除尘等综合防尘技术, 降低了通风工作量。

3.4.2 优化匹配

采用性能优良的进口通风机, 匹配直径为1.8 m的风管, 充分发挥了其性能。

3.4.3 防漏降阻

1) 选择优质材料的风管。

隧道洞口高压风区选用长丝涤沦纤维作基布, 压延PV塑料复合而成的增强塑胶布所做的风管, 其表面光洁度高, 流动摩擦阻力系数小, 且有防水、抗燃、抗静电性能, 自然老化时间为8年, 可用缝纫法加工, 也可用热塑法或高频焊加工。

2) 加大风管节长。

风管管节加长, 可以减少接头个数, 减少接头漏风量和接头局部阻力, 也可节省加工费用。在秦岭终南山特长公路隧道施工通风中, 风管每节长为30 m。

3) 改革风管加工工艺。

靠近工作面的450 m风管采用混织胶布, 用401型强力胶手工粘结, 洞口至1 000 m处的选用增强塑胶布, 采用电热塑机加工, 整条风管上没有一个针眼, 其防漏性与钢制风管无异。

4) 改进风管连接形式。

风管接头由薄钢板制成钢圈加焊ϕ10 mm钢筋在工地加工。安装时将两节风管端口顺序套在接头上, 用ϕ3 mm软铁丝绑紧, 并做成单反力, 形成包覆结构, 再用软铁丝捆紧。这样接头牢固紧密, 不易泄漏, 不易变形, 性能较稳定, 并减少了维修工作量。

5) 提高了风管安装质量。

安装时吊挂风管的缆索拉平、拉紧, 锚杆打牢、校直;管上的吊环间隔为300 mm～400 mm, 做到无一缺损, 无一漏挂。

3.4.4 加强通风系统的维护管理

要保持通风系统良好的工作状况, 必须加强对系统的维护管理, 特别是长的软管, 更需经常检查、修补、调整、更换。秦岭终南山隧道施工中经常对施工人员进行通风安全知识宣传教育工作, 牢固树立了安全意识。同时成立了专门的通风班组, 由专人负责日常维护, 定期测试通风量、风压、风速, 并作好记录, 必要时增加人手。

4 结语

在秦岭终南山特长公路隧道施工中, 结合现场施工的实际情况, 通过对施工通风系统的合理优化、配置, 施工通风取得了良好的效果。通过对施工通风的改善, 降低了通风费用, 节约了开支;在爆破通风30 min～40 min后, 洞内空气的各项指标基本达到了控制标准, 保证了洞内施工机械的工作效率, 保障了洞内施工作业人员的身体健康, 同时缩短了爆破通风排烟时间和作业循环时间, 加快了工程施工进度。

摘要：针对国内公路长大隧道施工中施工通风的必要性, 结合秦岭终南山特长公路隧道施工通风, 对施工通风的风量、风压计算及改善隧道施工通风的技术途径作了较详细的介绍, 并且在隧道现场施工通风中取得了良好的效果。

关键词：公路,施工通风,通风计算

参考文献

[1]高少强, 隋修志.隧道工程[M].北京:中国铁道出版社, 2005.

[2]JTG D70-2004, 公路隧道设计规范[S].

关角隧道施工通风问题初探 第5篇

针对高原隧道施工的`特点,分析了关角隧道施工通风的重难点,提出了关键问题的解决办法,积累了隧道施工通风经验,为做好关角隧道施工通风工作、改善洞内作业环境提供了保证.

作 者：陈永辉 罗占夫 李建伟 CHEN Yong-hui LUO Zhan-fu LI Jian-wei 作者单位：陈永辉,CHEN Yong-hui(青藏公司西格二线指挥部,青海西宁,810007)

罗占夫,李建伟,LUO Zhan-fu,LI Jian-wei(中铁隧道集团,河南洛阳,471009)

长大隧道通风施工 第6篇

在铁路隧道建设施工过程中, 良好的隧道环境空气质量不仅可以为作业人员提供健康的工作场所, 而且也是维持机电设备正常运行、减少事故发生的前提, 同时还可以提高隧道施工成洞速率和工程质量, 加快施工进度, 降低工程建设投资。因此, 长大铁路隧道环境空气质量控制是当前铁路建设过程中急需解决的关键问题, 具有重要的经济意义和社会效益。

当前, 铁路隧道环境空气质量控制的关键, 在于合理高效的机械通风系统。

1 长大隧道施工通风方式与设备选择

施工通风就是根据隧道的坑道长度、断面大小、施工方法、设备等条件, 把隧道内的有害气体、粉尘等有害物质合理地排出, 或者是送入新鲜空气加以稀释。隧道施工独头掘进长度超过150 m时, 必须采用机械通风。

隧道施工机械通风的基本方式主要有送风式、排风式、送排混合式式和巷道式通风。对于长大隧道, 一般采用分段通风方式, 即根据施工的不同阶段, 采用不同的通风技术方案。在隧道施工初始阶段, 主洞和辅助坑道分别施工且未连通, 可分别采用送风式通风。平导与正洞通过横通道连通后, 可使用巷道式通风, 通过横通道使正洞与平导组成一个完整的风流循环系统。

施工通风设备的选择, 其顺序是首先要确定通风方式, 之后计算出风量, 再选择风管;然后计算出通风阻力, 最后选择通风机械。

2隧道施工通风计算

计算确定隧道施工过程中所需风量的因素包括:隧道内同时工作最多人数、 一次爆破所用最多炸药量、 隧道内规定的最小风速、瓦斯、二氧化碳等有毒有害气体涌出情况, 及隧道内所用内燃机械数量等。以上因素需分别计算, 然后取其中较大值作为供风量。

2.1按洞内同时工作的最多人数计算

式中, Q1为所需风量, m3/min; m为洞内同时工作的最多人数; q为洞内每人每分钟需要新鲜空气量, 通常按3 m3/min计算, 高原地区q按4 m3/min计算。

2.2按爆破排烟量计算

按排出炮烟计算风量的公式很多, 但基本上都以沃洛宁公式为基础, 以要求达到的CO浓度为依据设计的:

式中, G为次爆破炸药用量, kg; A为开挖断面积, m2; L0为通风长度, m;T为爆破后的通风时间, min。

2.3按内燃机作业废气稀释的需风量计算

式中, 为同时在洞内作业的各种内燃机的功率总和, k W; Ni为在洞内作业的内燃设备的额定功率, k W。

2.4按洞内允许最小风速计算

式中, v为洞内允许最小风速, m/s;全断面开挖时为0.15 m/s, 分部开挖的坑道为0.25 m/s; A为坑道断面面积, m2。

2.5 管路漏风计算

通风机的供风量

另外, 由于风管不可避免的会产生漏风现象, 因此, 风机供风量除满足上述计算的需要风量外, 还应考虑漏失的风量, 即:

式中, Q为计算风量, 为前述计算结果的最大值;P为漏风系数。

2.6管路通风阻力计算

通风管道的通风阻力损失, 包括沿程阻力损失和局部阻力损失两部分。

沿程阻力损失指管路或巷道的摩擦阻力, 其计算公式为:

式中, hf为管路 (巷道) 摩擦阻力, Pa; λ 为摩擦系数; L为管路 (巷道) 长度, m; d为管路 (巷道) 直径, m; v为管路 (巷道) 内风速, m/s; ρ 为空气密度, kg/m3。

局部阻力, 是指风流经过风管的某些局部地点 (如断面扩大、断面减小、拐弯、交岔等) 时, 由于速度或方向发生突然变化而导致风流本身产生剧烈冲击而产生的风流阻力, 其计算公式为:

式中, ξ 为局部阻力系数; v1为风流经过局部断面形状变化后的速度, m/s。

2.7通风机的设计全压和功率

为保证将所需风量送到工作面, 并在出风口保持一定的风速, 整个通风系统要克服通风阻力并使风管末端风流有一定的动压, 克服通风阻力完全取决于系统静压, 故通风机的设计全压需计算动压和静压之和作为系统提供的风压。通风机的设计全压按下式计算:

式中, Ht为风机的设计全压, Pa; hd为动压, 其计算方法为:

风机的功率用下式计算:

式中, η 为风机的效率, K为功率储备系数。

3广通至大理铁路祥云隧道通风系统设计

广通至大理铁路祥云隧道全长6 940 m, 隧道地质复杂, 施工难度大, 施工周期短, 为确保安全快速施工, 必须采用可靠地机械通风。根据设有平行导坑的隧道施工特点, 祥云隧道进出口通风分为三个阶段。

(1) 第一阶段:横通道未贯通前的施工通风

该阶段正洞与平导之间的联络通道还未打通, 采取正洞与平导互不干扰的通风方式。在正洞和平导洞口分别设置轴流式风机采取压入式通风, 如图1所示。此阶段正洞最长通风距离约895 m, 平导最长通风距离约1 300 m左右。

(2) 第二阶段:施工中期的施工通风

平导与正洞通过横通道连通后, 采用混合式巷道通风系统;将轴流风机移入主洞内, 在正洞距洞口425 m处设4 台轴流风机, 新鲜空气从主洞压入工作面, 污浊空气通过平导流出, 加快污浊空气在通道内排出时间。机械走行利用正洞及第1 个横通道, 其余不使用横通道均设风门封闭, 其布置图见图2所示。

(3) 第三阶段:多个工作面的施工通风

因施工需要, 通过横通道增加2~3个工作面进入正洞施工, 将主洞口的轴流风机移至洞内, 采用巷道通风方式, 在回返处的横通道处设轴流风机, 将巷道内的新鲜空气, 压入各工作面使用。这一阶段注意正洞风机需等平导掌子面污浊空气通过后方能开启。为加快污浊空气快速排出, 该阶段同样在正洞设轴流风机。正洞最长通风距离约2 471 m, 平导最长通风距离约3 284 m, 其布置图见图3 所示。

各阶段设备配置如表1所示。

实测结果表明, 在施工各阶段隧道中粉尘、CO、NO、NO2等有害气体最大浓度均小于国家卫生标准有关空气质量要求, 完全满足施工需要。

4结语

在长大铁路隧道施工中, 结合现场施工实际情况, 设计合理的分段通风系统, 不仅可以有效降低通风投入成本, 保证洞内施工机械的工作效率, 保障洞内施工作业人员的身体健康, 同时, 也可以缩短爆破通风排烟时间和作业循环时间, 加快工程施工进度, 提高施工质量。

摘要：针对国内长大铁路隧道施工中机械通风的必要性, 文章结合广通至大理铁路祥云隧道施工通风, 对施工通风的风量、风压计算及设备选型作了较详细的介绍, 并且在隧道现场施工通风中取得了良好的效果。

关键词：长大铁路隧道,施工通风,通风计算

参考文献

[1]程驰.长大隧道施工期空气环境质量分析及其控制措施研究[D].西南交通大学, 2008.

[2]申百囤.长大隧道巷道式通风技术与应用[J].北方交通, 2012, 10:93-96.

[3]铁道部工程管理中心.铁路隧道施工通风技术标准化管理指导手册[M].北京:中国铁道出版社, 2010.

长大隧道通风施工 第7篇

随着隧道施工技术的快速发展,长大隧道成为山岭隧道的发展趋势,通风问题成为制约长大隧道安全快速施工的关键技术之一,采用竖井通风为长大山岭隧道施工通风提供了一条新的思路。针对通风竖井施工工艺的文献较多,例如苍山隧道二号通风竖井[1,2]、石牙山隧道通风竖井[3]、苍岭隧道1号通风竖井[4]和乌鞘岭隧道1号通风竖井[5]等,大多数通风竖井地质条件较好,采用爆破开挖,容易支护成型,但对软弱地质采取上述方式不易成功。

本文结合六沾复线三联隧道已投入使用的两座通风竖井,在施工初期,针对软岩地质、竖井断面尺寸,综合考虑安全、进度及经济效益等因素对机械大直径成孔用于通风竖井施工进行了总结与探索,为同类工程提供参考。

1工程概况

贵昆铁路六沾复线三联隧道地处云贵高原,隧道全长12.214 km,存在高瓦斯、玄武质火山灰角砾岩段大变形、煤系地层软弱带等多种少有的不良地质地段,经过多次由工程院士、大学教授等专家会现场研讨自治方案,铁道部定为极高风险隧道。三联隧道分为进口工区及两个斜井工区进行施工,其中1号斜井工区位于隧道中部,为高瓦斯工区,有轨运输,承担2 040 m高瓦斯段正洞,1 341 m中部平导施工任务;2号斜井工区承担出口段5 481 m正洞,1 900 m洞内迂回平导,无轨运输,独头通风4 550 m(含450 m斜井)。

2通风竖井设置

通风竖井选择时考虑的主要因素:

1)隧道施工通风的需求(由何处进风或排风)、隧道埋深、地表条件等决定竖井位置。

2)通风量的需求决定井孔直径大小,1号斜井工区采用有轨装运方式,竖井直径受揭煤时最大瓦斯涌出量所需要的通风量控制,根据施工需求按排放污风设计,经计算后采用直径160 cm;2号井采用无轨装运方式,按进风通道设计,综合考虑各施工作业面需风量计算后采用直径180 cm。

3)根据竖井位置确定与正洞连接通道方式。

1号斜井工区为高瓦斯隧道工区,对三联隧道高瓦斯工区施工通风技术[6]进行了详尽论述,但受玄武质火山灰角砾岩段大变形影响,施工进度迟缓,前期设计通风方式已不能满足通风要求,为保证隧道高瓦斯段揭煤施工时形成巷道式通风,在DIK306+640(隧道煤层集中段前)线路左偏170 m处设置通风竖井,孔径为160 cm,孔深156 m采用竖直排风的方式向外抽排废气、瓦斯等。

2号斜井独头通风4 550 m,洞内采取1 900 m迂回平导增加4个工作面,从斜井口长距离通风已不能满足施工要求,在隧道中部设置通风竖井,孔径180 cm,孔深100 m,作为进风通道。

两座竖井均用冲击钻机正循环钻孔一次成井,在钻孔过程中采用泥浆护壁,成井后为防止竖井井壁风化及坍塌,采用钢套筒防护竖井壁,钢板厚10 mm。竖井与正洞(平导)间设置连接通道。

受隧道地形地貌、隧道埋深及地表村庄等条件限制,1号斜井工区的通风竖井平面位置在选址上不是最优,离隧道的横向距离过长,竖井设置平面位置见图1。

3通风竖井施工方案选择

两个竖井穿越地质条件差,均为软岩地质,采取常规的正向或反向爆破开挖成孔方式在孔壁支护上不易解决,因此综合对比后,决定采取正循环冲击钻机一次成孔,钢套筒防护的方案。

3.1 施工工艺流程

测量放线→孔口段埋设钢护筒→施工平台加固处理→钻机就位→钻孔→泥浆循环系统施工→石质段围岩钻进(侧倾)→到位清孔(侧倾)→沉放钢护筒→抽出井内泥浆、碴→钢护筒外层加固→孔口加固处处理→清理场地。

3.2 资源配置

主要资源配置见表1。

3.3 钻孔

钻孔设备采用正循环冲击钻机,根据孔径要求配置不同钻头,1号井成孔160 cm,选用150 cm钻头,外侧帮焊4 cm钢筋;2号井成孔180 cm,选用170 cm钻头,外侧帮焊4 cm钢筋。两个孔均采用冲击钻机正循环钻孔,一次成井,冲击钻孔施工工艺已较为成熟,在此不予赘述。成孔后的主要检查项目见表2。

冲击钻孔时的重点注意事项,主要是垂直度的控制,出现倾斜,立即采取回填片石等方式进行纠偏,2号通风竖井在冲击成孔过程中共发生两次倾斜,但通过回填片石重新钻孔纠偏,效果较好。

4施工难点、要点及解决措施

4.1 钢管护壁施工

4.1.1 钢套管安装过程中可能出现的风险及应对措施

1)钢护筒下放过程中被卡。

对策:采用夯击。

2)钢护筒脱落。

对策:一旦脱落,很难再连接,重在预防。a.所有起吊的连接件及钢丝绳需要检算,并有安全系数;b.每一节的护筒连接钢板及焊缝高度及长度需要检算;c.护筒穿孔承重应对上部穿孔处进行剪切检算;d.现场要加强卡控。

4.1.2 钢套筒安装前井口加固

1号井在井口采用50 cm厚的钢筋混凝土加固;2号井采用在井口上两侧各铺设一张厚δ=16 mm、长4 m、宽1.5 m的钢板,在钢板上各垫7根长3 m的枕木,前50 m直接将钢棒放置在枕木上,后50 m,用双Ⅰ20工字钢并焊成箱梁长6 m,横向置于枕木上,钢棒放置在箱梁上。

钢套管采用壁厚δ=10 mm的钢板,在宽阔场地用机械集中卷制加工制作,焊缝全部为双面坡口,每节卷制长度为1.5 m。然后每3节焊接成一个单位,接头采用对接,双面坡口焊并加2块～6块的10 mm钢板帮焊(根据检算结果,0 m～20 m帮焊2块,20 m～40 m帮焊3块,40 m～60 m帮焊4块,60 m～80 m帮焊5块,80 m～100 m帮焊6块),考虑通风竖井因垂直度偏差,因此制作钢套管的内径较钻井成孔径少2 cm(1号竖井钢套管内径140 cm,2号井钢套管内径160 cm),制作好后汽车运至施工现场。

4.1.3 钢套筒下井安装

根据地形条件选择钢套筒的吊装设备,1号井大型起重机不能到达现场,采取“井”字架,葫芦吊机起吊,2号井采用大型起重机直接吊装,现场钢套筒接长采用二氧化碳保护焊。

4.1.4 钢套筒与井壁空隙加固

钢套筒与井壁间的空隙加固主要解决连接通道贯通时护筒与护壁之间存在漏泥、漏沙、漏水及水压大等安全风险,现场采取的对策是以土石分界线为界,土石分界线以上部分采取在护筒孔壁处插管注浆封堵,土石分界线以下部分采取在连接通道与井壁贯通口加固限排方式(加固方式可以在贯通口处架立拱架并进行喷混凝土)。

1号井由于地质破碎,钢套筒下完后采用袖阀管在钢套筒与井壁空隙间注浆加固,通过现场加固效果,竖井钢套筒发生较大的变形,是否与该加固方法有关,还有待于进一步验证。

2号井地质状况主要是以页岩夹砂岩为主,含有少量的泥岩,孔壁相对较为稳定,钢套筒下完后,在井壁与护筒间的空隙采用细石混凝土回填密实。

4.2 连接通道施工

4.2.1 连接通道断面设置

根据两个井与隧道之间的平面关系,两个竖井与隧道的连接通道断面方式各有不同。

1号竖井距隧道边线170 m,竖井与隧道采用小导洞断面(高2.0 m×宽1.7 m)连接,格栅钢架、短锚杆网喷支护,人工钻爆开挖,人工出碴;

2号竖井距平导水平距离18 m,竖井与平导连通段采用净空尺寸4.5 m(宽)×5.0 m(高),格栅钢架、锚网喷支护,利用台架钻爆开挖,装载机装碴,汽车运输。

连接通道底部比竖井底部高出2 m～3 m,主要考虑洞口不能抽完的余碴存放,保证连接通道与竖井贯通安全。

4.2.2 应急避人洞的设置

1号竖井连接通道距离较长、断面小,连接通道开挖剩余5 m时反方向开挖逆坡扩挖5 m洞室,作为排水、排泥时的应急场所,洞内采用两根硬管通向洞外作为避难时进、出气孔。

2号竖井连接通道距离短、断面大,不单独设置避难洞室。

4.2.3 钢套筒与井壁间排水、排浆

连接通道开挖距竖井钢套筒5 m时,利用6 m钻杆施作排浆孔(钻孔后及时插入小钢管)将钢套筒与孔壁间的泥浆与水排除,如果浆液流量过小或者未流出,则继续施工其余排浆孔,直至浆液排出没有压力为止。

钢套筒与井壁间排水、排浆完成后,采取弱爆破开挖施工剩余5 m连接通道,尽量减少对钢套筒的影响。

4.3 竖井内抽水、排碴

井壁孔隙加固后,对井内的泥碴用水置换,然后采用高扬程的污水泵从井口抽水,但由于井孔较深,现场抽水后井底的剩余水量与泥浆过多,不能完全达到目的。

采取的措施:连接通道开挖支护完成后,现场采取井底打孔排水、排泥,具体方法为在贯通口处架立拱架并喷混凝土加固(如有渗水采用PVC管引出),加固后采用电焊机对钢护筒进行局部割孔,割孔后人员、设备迅速退至避难洞内,待孔不再渗流浆液后,逐渐扩大孔径,直至泥浆与水彻底排出。

5施工中存在的问题分析及解决建议

5.1 适用范围

根据施工进度统计,在泥质强风化地层进度4 m/d～6 m/d,在软质岩层内孔深在0 m～100 m平均1.5 m/d～2 m/d,100 m～120 m平均0.5 m/d,建议井深在120 m范围内较为经济。本案例1号井采用连接通道70°～80°竖向接应45 m,因此大直径机械成孔竖井深160 m内是可行的。

5.2 位置的选择

竖井位置的选择十分重要,选择时应重点考虑竖井与隧道的平面关系、地质状况、地下水文条件、竖井深度等,位置选择直接影响后续施工,甚至于竖井的成功与否。本文中的两个竖井在选择时受地形条件的限制,平面位置在现场均没有其他比选余地。2号竖井的地质状况、竖井与隧道的平面关系相对较好,整个施工过程中比较顺利,仅在钻孔时出现两次偏位,但通过回填片石补钻纠偏即可解决。

1号竖井位置位于两条沟槽汇聚的地方,地下水丰富,存在地下泉眼,竖井与隧道的平面关系距离较远,整体条件较为不利,施工中出现很多典型问题,如孔壁坍塌、钢套筒下放安装后井内变形等。

5.3 竖井与连接通道贯通方式

贯通方式分连接通道贯通与竖井贯通两种方式,本案例采用竖井先行施工至设计标高,连接通道贯通方式,贯通前在连接通道内设置了临时避难洞,采用此方式贯通,避难洞设置尤其重要,1号竖井在连接通道内排放水、排泥浆时,曾发生大量的泥浆涌入通道并堵塞通道事件,但现场作业人员及时按预案撤至避难洞内,避免了一次较大的安全事故发生,充分体现了避难洞的作用。

通过现场实践,井内的泥浆在贯通前完全抽干不现实,作者推荐采用连接通道先行施工至井底设计标高、竖井贯通方式,在连接通道与隧道口处设置封闭阀门对贯通时井内泥浆限量排放,更有利施工安全。

5.4 井孔变形原因初步分析及应对措施

竖井冲击成孔在钢套筒安装后,两座竖井在井深度约1/3处均不同程度的出现孔内钢套筒鼓包变形的情况,2号竖井变形较小基本不影响通风面积,1号竖井变形较大直接影响通风效果,以1号竖井变形情况为例对变形原因作初步分析及提出应对措施。

1号竖井冲击成孔后共发生两次变形。第一次坍塌,主要原因是对地质环境判断失误,井口向下安装18 m钢套筒后,即对孔内泥浆进行置换与抽排,受地下泉水影响,在抽水过程中在井口下18 m处未安装钢套筒部分发生了井壁坍塌,直接堵塞井孔,后采取袖阀管注浆加固井孔四周,二次钻孔(直径130 cm)。

二次钻孔安装钢套筒护壁后,采用袖阀管对孔壁与钢套筒间的孔隙进行注浆加固,置换泥浆与抽排后,在井口下47 m处钢套筒发生较大的变形,最大处已侵占钢护筒净空1.0 m。

初步变形原因:

1)地质破碎,地下水影响;

2)钢套筒自重大,长细比大,在细长杆原理下部分发生破坏性变形;

3)钢套筒与护壁间孔隙注浆加固时,压力过大。

应对措施:

1)对于十分软弱地层,在钻孔前采用袖阀管等手段进行加固;

2)钢套筒在下放安装时不能让其脱落自由下坠;

3)严格控制钢套筒与护壁间孔隙注浆加固压力,达到填充密实即可。

孔内钢套筒变形后,上部抽浆排水,不能完全抽排的改为连接通道内进行排放,变形处理方案,从鼓包位置,自上至下,每次割除高度为50 cm已鼓包钢护筒,每次割除后立即采用钢护筒焊接,直至钢护筒鼓包部位处理完毕。

6结论与建议

长大隧道增加大直径竖井除改善隧道内的通风环境外,可在特定环境下兼作隧道的应急救援通道,有条件时还可通过竖井引入高压电缆,减少洞内高压线路。

通过三联隧道两座通风竖井的施工案例,对于山岭隧道深孔大直径通风竖井采用冲击钻机正循环钻孔一次成井,泥浆护壁,成井后钢套筒防护竖井壁的方案是可行的,从施工周期、经济效益、施工安全方面优越于其他施工方法。但对于1号竖井变形的原因分析较为粗略,其变形原因还有待于进一步探索。

竖井施工过程中,测量定位须准确,软岩地质钢套筒全孔护壁,安全措施提前检算,工艺卡控到位,每一个细节都可能影响竖井施工成败。

摘要：结合贵昆铁路六沾复线三联隧道两座大直径深孔通风竖井在软岩地质采用冲击钻孔、钢管护壁等施工过程,从通风竖井的设置、施工方案选择、施工重难点及解决措施等方面对竖井施工进行了总结,从而为类似工程施工提供指导。

关键词：冲击钻钻孔,长大山岭隧道,通风竖井

参考文献

[1]吴乐.括苍山隧道二号通风竖井正向施工导碴井、二次扩挖施工技术[J].隧道建设,2010,30(4):465-468.

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[3]杨雷.特长公路隧道通风竖井施工方法分析[J].广东公路交通,2009(3):65-68.

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[5]胡斌.乌鞘岭隧道1号通风竖井设计与施工[J].铁道标准设计,2005(10):92-94.

[6]刘石磊.三联隧道高瓦斯工区施工通风技术[J].隧道建设,2010,30(1):71-77.

长大铁路单线隧道通风调整方案研究 第8篇

长大铁路隧道修建多以增加无轨运输斜井的方式加快施工进度,无轨运输斜井污染严重给施工通风提出了难题,问题的解决不仅依靠对新设备、新管材的研究,还要通过各种通风方式的组合、永临通风设施结合等措施的研究。以往隧道施工通风或距离较短而采用压入式解决,或有巷道式通风条件而采用巷道式通风解决,永寿梁隧道增设4条辅助斜井和1条辅助横洞加快施工进度,斜井进入正洞作业面多,施工通风难度大,必须采取有效且经济的施工通风方法确保洞内施工作业环境。

1. 永寿梁隧道概况

西平铁路永寿梁隧道为西平线第一长隧,施工中设4座辅助施工斜井和1座辅助施工横洞,全隧一次建成。永寿梁隧道位于陕西省咸阳市境内,穿越黄土沟梁低中山区,地质条件复杂,Ⅳ、Ⅴ级围岩所占比例为63%。极端最高气温41.2℃,极端最低气温-1 6.9℃,最冷月气温-1.0℃,雨季多集中在每年的7～8月,年平均降水量571.5mm,年最大降水量857.3mm。永寿梁呈东西向展布,北陡南缓,黄土冲沟发育,一般为“V”形槽沟,永寿梁隧道富水条件为贫水区-中等富水区,局部可能有涌水现象,难度较大。

项目承建出新建西平铁路X P S-2标,永寿梁隧道单洞全长17143m,双线共34286m,设4座辅助施工斜井和1座辅助施工横洞,各个工区的分段情况见图1,各工区施工区段主要工程见表1。

隧道施工方案选择钻爆法开挖,无轨运输方式出碴,爆破、运输、焊接释放有害气体多,施工需克服机械效率低、人员作业环境极差等困难,对施工通风的要求高。

2. 原通风方案

2.1 原通风方案介绍

各工区通风方案均采用压入式通风方式直到隧道贯通,新风由鼓风机经风管送入开挖面,污风从洞口排出,最长送风距离达372 8米,每个工作面采用一条风管。为保证各个工作面的风量及空气质量,需采用大风管。

2.2 原通风方案不足

随着隧道的继续深入,洞口距离开挖面越来越远,通风管长度直线上升,风管漏风现象加剧,导致洞内空气质量变差,运营成本急剧上升,洞内空气污浊,可视距离缩短,存在安全隐患,须对通风方案进行调整。

2.3 风量和风阻计算

2.3.1 计算参数见表2所示

2.3.2 风量计算

施工通风所需风量按掌子面同时工作的最多人数、洞内允许最小风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量和内燃机械设备总功率分别计算,取其中最大值作为控制风量

2.3.2.1按掌子面同时工作的最多人数6 0人计算需风量为180m3/min。

2.3.2.2按洞内允许最小风速0.1 5m/s计算需风量为5 4 0 m3/min。

2.3.2.3按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算需风量为740m3/min。

2.3.2.4按内燃机械设备总功率计算需风量为1 0 5 0 m3/min。

经计算比较，正洞开挖掌子面所需风量取1050m3/min作为控制风量。

3. 通风方案调整

3.1 增设竖井

为了缩短独头送风距离,改善无轨运输施工通风效果,永寿梁隧道计划在四个浅埋段增设竖井:富家沟竖井(DK97+850,埋深65m)、崔家沟竖井(DK104+000,埋深67.2m)、干板沟竖井(DK107+790,埋深65.6m)、冰凌沟竖井(DK111+089,埋深19.8m)。其布置如图2所示。

当竖井距离开挖面距离较近时，开挖面产生的污风大部分由竖井排出，运输线路污风量减少，可视距离增加，洞口通风机工作时间减少，工作强度有所降低，通风效果将得到明显改善。其通风布置图见图3。

3.2 将轴流风机移至竖井处

随着隧道的继续深入,竖井距离开挖面越来越远,通风效果将逐渐变差,为进一步改善通风效果,可将轴流风机移至洞内竖井底部,将竖井与风机进风口通过刚性风管密封连接,使竖井作为进风井,以此来缩短管路送风距离,增大送到开挖面的有效风量,同时管路独头送风距离将缩短1200m左右,可以节约大量的风管和电费。其通风布置图见图4。

利用通风竖井进行施工通风有两种布置方案:第一种是直接将竖井作为管道与风机密封连接,风机布置在正洞内再通过风管向开挖面送风;第二种是将风机布置在竖井井口地面上,利用风管穿过竖井向开挖面送风。其布置图分别如图5和图6所示。

第一种方案要求竖井净直径可以小一些,节约了竖井建设投资,但是要求竖井只能用作通风,不能兼作他用;第二种方案要求竖井净直径要大一些,在保证风管通过的同时,还可兼作排出污风和运输通道,但是如果竖井口不具备安设风机的条件,那么只能采用第一种图5所示布置方案。

3.3 增设射流风机

因无轨运输距离较长,运输线路很可能会出现空气质量较差、能见度低的情况,那么建议在左、右线适当增设射流风机进行巷道式通风,以此来改善开挖面后方的通风问题。其通风布置图见图7。

4. 永寿梁隧道出口横洞实际应用

永寿梁隧道出口横洞工区最初以原通风方案通风,进口、出口方向同时施工,开挖面至横洞洞口距离相对较短,洞内空气质量较好,出口贯通对空气改善效果明显。随着进口方向开挖面至横洞洞口加长,通风效果降低,通风机工作时间与强度均加大,运营成本增加,空气质量难以保证。项目决定提前开挖竖井,原定于DK111+089位置的冰凌沟竖井实际开挖里程为DK111+214。竖井贯通后,洞内空气质量得到改善,贯通后开挖面空气质量详细信息见表3。

竖井通风改善空气有效长度有限,随着开挖面距离竖井位置加长,通风效果不明显,当开挖面位于DK110+732时,将洞口风机移至竖井处,由于竖井开挖直径较小,采用图5方案,并对空气进行检测。检测结果显示,开挖面空气质量得到明显改善。详细信息见表4。

直至隧道贯通,出口横洞内空气质量基本符合铁路工程施工规范要求,隧道工作环境良好,未因通风问题造成巨大损失和安全事故。调整后方案对洞内空气质量的改善发挥了巨大的指导意义,对于调整方案中图7形式的通风方案有待实际施工中进一步验证。

5. 结语

永寿梁隧道通风调整方案经实际实施后,得以验证,效果显著,可在长大隧道无轨运输施工中进行借鉴推广。

摘要：对永寿梁隧道通风调整方案的研究以及用永寿梁隧道出口横洞的实际应用,表明竖井通风方案可以在无轨运输的施工通风中推广运用。

关键词：通风,竖井,无轨运输

参考文献

长大隧道独头压入式通风技术 第9篇

1 通风设计

1.1 总体设计思想

本隧道1号斜井、2号斜井采用无轨运输出碴, 各在距斜井洞口30 m～50 m处 (这样可以避免从洞口排出的废气进入通风机形成“循环风”) 设置2台SDF (C) -N013隧道施工专用轴流通风机, 其最大配用电机功率为低速:22×2 kW, 中速:45×2 kW, 高速:132×2 kW (这样可以随着距离的增加逐步增加供风量) 。同时变更加大斜井断面尺寸 (原设计风管直径为1.2 m, 若不变更斜井断面尺寸, 采用直径为1.6 m风管会造成罐车行车困难, 极易破坏风管) , 配备直径为1.6 m PVC增强维纶布制成的柔性风管, 结构上采用在圆周上完全封闭形式, 采用钢制宽边蓬圈, 蓬圈间距为300 mm, 坚固耐用。节长为20 m～50 m, 减少了接头个数, 降低了接头的总泄露量和总阻力, 安装管理方便。

1.2 通风系统设计

风量计算。根据实践经验, 采用无轨运输压入式通风系统出风口的风量Q需取以下几种情况的最大值:

1) 排出炮烟所需风量Q炮烟。2) 满足洞内最小风速所需空气量Q风速。3) 按照洞内同时工作的最多人数及稀释内燃机械废气所需空气量Q内燃+人员。

经过计算, 本隧道稀释炮烟所需空气Q炮烟最大, 即Q需=Q炮烟, 其计算式如下:

其中, t为通风时间, min;G为同时爆破的炸药量, 本隧道每排炮所需炸药最大值为139 kg;A为开挖断面面积, 本隧道最大开挖断面积A=66.37 m2;L为隧道全长或临界长度, 本隧道L=3 700 m;P为通风管道的漏风系数;P100为平均百米漏风率, P100=1.1%～1.5%, 本隧道取P100=0.014;Υ为临水系数, 取0.5;B为炸药爆炸时的有害气体生成量, 岩层中爆破取40 L/kg。

其中, V为洞内允许的最小风速, V=0.15 m/s;S为最大断面面积, S=66.37 m2。

其中, k为风量各期系数;n为同时最多的工作人员数, n=55人;gn为每一人员所需的新鲜空气量, gn=3.0 m3/min;wi为各台内燃设备平均负荷率;ti为各台内燃设备时间利用率;ni为各台柴油设备额定功率。

隧道总风压h总:

其中, h摩总为管道摩擦阻力损失;h局总为局部阻力损失。

风阻系数Rf:

其中, α为管道摩擦阻力系数, kg/m3, α=8λp, λ通常取0.012～0.015, p为空气密度, 本文取1.2 kg/m3;Rf为风阻系数;L为风管长度, L=3 700 m;D为风管直径, D=1.6 m。

管道摩擦阻力损失h摩总:

其中, hvo为管道出口动压损失, 本处忽略不计。

局部阻力损失:

其中, ε为局部阻力系数, 本文取0.185;γ为空气比重, 1.2 kg/m3;v为风流经过断面形式变化后的速度, m/s;g为重力加速度, g=9.81 m/s2。

风机、风管的选择。

经过上述一系列的计算, 我们可根据计算出的Q机和h总初步选用通风机, 可根据公式h总=RfQ2+εv3γ/2g (hvo忽略不计) 绘制管道特性曲线如图1所示。

当通风管道处于最长距离时, 图1中交点A满足高效稳定工作范围内。

经过上述的一系列计算和现场其他一些实际情况, 决定采用SDF (C) -N013型隧道施工专用轴流通风机。在施工条件允许条件下, 风管直径取较大值有利于通风, 根据隧道施工的实际情况, 本隧道通风管直径取1.6 m。

2 施工工艺

2.1 安装风机

风机安装在洞口上风方向, 支架要稳固结实, 避免运转时振动摇晃, 风机和风管接口处法兰间加密封垫, 以减少局部漏风风机位置选择在距洞口50 m～70 m最佳, 首先这样可以避免从洞内抽出的烟尘经风机再次进入洞内, 造成风机重复工作;其次洞口来回的车辆比较多, 机械尾气和尘土较多, 太近会降低风机的工作效率;距洞口太近时车辆需从风机支架下穿过, 容易发生安全事故;如距洞口太远, 将造成不必要的浪费。

2.2 安装风管

1) 使用风管前, 要进行外观检测, 保证无损坏。2) 挂设风管要平、顺、直。在作业时, 先由测工在斜井的拱部标定出两条风袋的位置, 使风袋可以顺直的沿着斜井铺挂下去, 并每隔5 m标出锚杆位置。台车打眼后安装锚杆。待风袋进入正洞与斜井的交叉口, 保持风袋以圆顺的角度进入正洞, 然后沿正洞拱墙顺着正洞的坡度顺直铺挂下去。3) 布设Ф6钢筋拉线, 用紧线器拉紧, 风管吊线在拉线下。为避免Ф6钢筋受冲击波振动, 洞内潮湿空气腐蚀等原因造成断裂, 须间隔一个锚杆增设1个10尼龙绳吊挂圈。4) 在刚进斜井处和斜井与正洞的交叉口转弯的地方要设置钢圈风带, 主要是刚进斜井时风力较大和交叉口处普通风带容易变形而损坏。5) 为避免爆破对新风管产生破坏, 同时使开挖工作面处于风流有效的射程范围内, 风管末端安放旧风管, 风管出口距工作面控制在50 m左右。

2.3 施工过程中通风系统的管理

1) 通风机要有专人值守, 按规程要求操作风机。定期测试通风量、风速, 检查通风设备的供风能力和动力消耗。2) 风机尽量减少停机次数, 发挥风机连续运转性能。3) 洞内因渗水和温度变化的影响, 风管内会有积水, 要每月排水一次。4) 尽量避免或减少人为的对风袋的破坏, 如发现风袋有漏风的地方, 应立即对风袋进行修补, 对于严重破损而不能修复的管节, 必须及时更换。

3 结语

从本隧道1号、2号斜井通风的设计过程及实际效果来看, 科学合理的通风方式是正确进行系统设计、设备选型及营造优良作业环境的基础;为保证工作面的有效风量全面满足最低平均风速、作业人数、排除炮烟、稀释内燃设备废气等方面的要求, 必须配备风量足够大的风机和严格控制管路的泄露量。独头压入式通风是一项应用日益广泛的通风技术, 本文仅就施工过程中的实际特点对独头压入式通风做简单介绍。

参考文献

浅谈隧道施工的通风措施 第10篇

隧道施工通风的目的是供给洞内足够的新鲜空气, 冲淡、排除有害气体和降低粉尘浓度, 改善劳动环境和劳动条件, 使其符合国家规定的卫生标准, 保障施工人员的身体健康和施工安全。但是, 由于公路隧道是改革开放以来才出现在高速公路工程中, 其通风的方法大部分是沿袭其它行业而来。对于公路隧道工程来讲, 就其自身的特殊性, 对一些通风方式问题进行探讨是必要的。

1 通风方式

隧道施工通风工程可分为压入式、抽出式、混合式。

1.1 压入式

压入式通风就是利用通风机械把洞外的新鲜空气经风管直接输送到工作面, 在工作面产生一定的压差, 将有害空气排出。如图1所示。

该种使通风方式, 风管可使用软管, 也可用硬管。其在实施时的要求是加强管理、管道吊挂平直、不磨不碰。

压入式通风多用于无轨运输出渣施工, 以及施工初期不宜采用混合式通风的隧道工作面。而在安装时, 应注意工作面或污染源距风管端头的距离:

采用JBT国产风机时:L压=6～10m为宜

采用110KW日本MFA100P2-SC3及PF-110SW55风机时:L压=15m为宜

1.2 抽出式

与压入式通风相反, 抽出式通风就是利用通风机把工作面的污浊空气经风管直接抽出洞外。这时的风管应当使用硬管。但根据施工的具体情况, 可将风机置于洞内或洞外, 由洞内向洞外抽出污浊风流, 洞口至风机部分接软管, 风机至工作面部分接硬管。如图2所示:

风管进风口距工作面或污染源的长度L抽越小越好, 否则就会出现有效吸风长度以外的风流停滞现象, 其缺点是排风慢、效果差、易污染。

L抽的距离:

采用JBT国产风机时:L抽<5m

采用日本大风机时:L抽<25m

因现在隧道施工多系全断面开挖和大型机械作业, 风管口不宜距工作面太近, 故此方式多由混合式取代。

1.3 混合式

混合式通风是在抽出式通风的基础上派生出来的, 以抽出式为主、压入式为辅的通风方式。如图3所示:

注:

L压以6～10m为宜;

L抽应视现场情况而定;

L重一般不小于15m, 不大于70m。

该方式适用于隧道全断面开挖和有轨运输出渣, 其重点是排除工作面的烟尘和施工机械所产生的废气。

而使用混合式通风的要求是抽出风量Q抽大于压入风量Q压20%～30%, 即压入风量Q压远小于抽出风量Q抽。

2 不合理的通风方式

在通风管道、风机的安装中, 由于种种原因, 可能会形成一些似是而非的通风方式, 影响了其通风效果, 达不到预期通风、换气、排尘的目的。如以下一些情况:

2.1 不合理的压入式

如图4所示, 洞内的风机送往工作面的已经不是新鲜的空气, 而是已污浊的循环风, 这是在施工安装过程中一定要注意的。

1970年在铁路某线丁斗隧道施工中, 由于工作面遇到含有碳化的千石层。当时, 为了降低工作面中的有害气体浓度, 有关技术人员在经验不足并未经批准的情况下, 凭空臆断, 采用了图4的通风方式, 不但未起到空气转换的目的, 反而使有害气体大量聚集到工作面, 长时间无法排出, 严重影响了工程进度, 造成了极其险恶的工作安全隐患。后经安检部门发现, 及时制止, 并迅速改进了排风方式, 去除了安全隐患, 确保了施工的安全进行。

正确的通风方式应为用硬管把两台风机串联在同一排气管的终点, 或者两台风机都引出洞外, 两排通道排风。如图5所示:

2.2 不合理的混合式

两台风机的两排风管一抽一压, 风机大小一样, 风管直径相同。名曰混合式, 其实际效果是造成了工作面的有效风量小, 而洞内又没有形成风流流动, 致使洞内温度较高、闷热, 风机实际上未起任何作用。

在图6b中, 其中一套风机采用的是断续串联的方式, 而另一套风机则风压不够, 都将造成洞内空气流动紊乱, 实际上两套风机系统也都未起到作用。

由于混合式通风在长大隧道中经常使用, 所以在实际施工中应严格按照施工组织设计的要求进行。1982年某线庙沟隧道施工中, 由于工地通风器材未及时到位, 有关施工人员随意采用图6的通风方式, 最终导致工作面污风相互污染, 爆破后的污浊空气长时间无法排出, 造成数名施工人员晕倒的事故。幸被有关部门发现, 及时制止, 才未造成重大事故。

对于图6a的情况, 正确的办法应该是按混合式的要求处理, 把压入式风机沉移, 抽出式风管延至污染源或工作面 (见图3和图5b) 。而对于图6b的情况, 如果两排抽出式风管, 有一排未伸至污染源, 那么该排风管抽出的空气就很可能是新鲜风, 而不是污风。因此, 其正确的通风方式应如图7所示。

而在实际施工过程中, 由于长大隧道的洞内空气经通风管道扰动后, 其流动较为复杂。1982年在铁路某线一长3.6KM的长大隧道施工中, 有关技术人员采用了有帘幕的通风方式。其具体做法为, 在吸入式风机和压入式风机之间加隔幕帘, 用以有效地减少空气紊流, 做到空气有序循环的目的。具体如图8所示:

该通风方法在实践中证明是行之有效的, 且其中所用的帘幕可用隧道施工中常用的防水板替代。在该种通风方式中, 要求风量Q2=0.7-0.8Q1, 这是因为一方面风压差可使空气加速流动, 另一方面又不引起帘幕的严重晃动。其计算风量一般采用下列办法。

考虑采用帘幕的通风方式, 通风更换的有害气体为帘幕到开挖面之间的距离内的坑道体积。

坑道内气体含量q混合为:q混合=SL帘/T (米3/秒)

式中:

S开挖断面面积;

T开挖面爆破气体的抛掷时间;

L帘帘幕到开挖面之间的距离, 其数值可根据现场情况有所调整。

压入式风机需压入的风量Q混压为:

Q一次爆破最大用药量所产生有害气体所需要的通风量;

αC坑道阻力系数, 根据隧道类型的不同, 取值在30～370/105之间。

吸入式风机需吸出的风量Q混吸为:

Q混吸=20%～30%×q混合+Q混压 (米3/秒)

则风机风量Q风机的计算式为:

Q风机=PQ混吸 (米3/秒)

式中:

d风管的直径 (米) ;

L风管的总长度 (米) ;

m每节风管的长度 (米) ;

K风管接头处的漏风系数, 与接头的质量有关, 其取值为0.001～0.010之间;

R风管内空气的动阻力, 计算为毫米汞柱) ;式中α为风管的空气动阻力系数, 取值为2.5～4.5×104之间;d为风管内径。

2.3 其它问题

在一些较为长、大型隧道的施工过程中, 为了尽量增加开挖的工作面, 斜井、竖井、平行导坑等形式常被采用。设计图纸一般都考虑到了这些辅助导坑的出渣、通风等方面的综合用途, 施工单位在施工过程中不可擅自进行变更。

在正洞和辅助导坑掘进的过程中, 应注意在适当的位置上埋设吊环, 并力求在同一条直线上, 以便于通风管道的安装。

在布置安装风机、风管时, 一定要保证风机或风管接出洞外15～20m, 防止污风循环送入洞内。而对于安装风道需拐弯的位置, 必须在开工前准备好弯头、柔性风管等, 以备随时使用。

总的来说, 针对不同结构形式的隧道, 采用各种开挖施工方式, 在施工的不同阶段, 所采用的通风措施也不尽相同。在隧道施工过程中, 应根据以上种种情况, 综合不同通风方式的优缺点, 在实践中不断摸索改进, 逐步完善, 达到采取最适宜的通风方式的目的, 以改善劳动环境和劳动条件, 使其符合国家规定的卫生标准, 保障施工人员的身体健康和施工安全。

参考文献

[1]浅谈黄毛山隧道施工通风技术研究--《山西建筑》2008年29期