黃紅勇 中鐵隧道局集團(tuán)杭州分公司

長大鐵路單線隧道通風(fēng)調(diào)整方案研究

黃紅勇 中鐵隧道局集團(tuán)杭州分公司

對永壽梁隧道通風(fēng)調(diào)整方案的研究以及用永壽梁隧道出口橫洞的實(shí)際應(yīng)用，表明豎井通風(fēng)方案可以在無軌運(yùn)輸?shù)氖┕ねL(fēng)中推廣運(yùn)用。

通風(fēng)；豎井；無軌運(yùn)輸

引言

長大鐵路隧道修建多以增加無軌運(yùn)輸斜井的方式加快施工進(jìn)度，無軌運(yùn)輸斜井污染嚴(yán)重給施工通風(fēng)提出了難題，問題的解決不僅依靠對新設(shè)備、新管材的研究，還要通過各種通風(fēng)方式的組合、永臨通風(fēng)設(shè)施結(jié)合等措施的研究。以往隧道施工通風(fēng)或距離較短而采用壓入式解決，或有巷道式通風(fēng)條件而采用巷道式通風(fēng)解決，永壽梁隧道增設(shè)4條輔助斜井和1條輔助橫洞加快施工進(jìn)度，斜井進(jìn)入正洞作業(yè)面多，施工通風(fēng)難度大，必須采取有效且經(jīng)濟(jì)的施工通風(fēng)方法確保洞內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境。

1.永壽梁隧道概況

西平鐵路永壽梁隧道為西平線第一長隧，施工中設(shè)4座輔助施工斜井和1座輔助施工橫洞，全隧一次建成。永壽梁隧道位于陜西省咸陽市境內(nèi)，穿越黃土溝梁低中山區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖所占比例為63%。極端最高氣溫41.2℃，極端最低氣溫-16.9℃，最冷月氣溫-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。永壽梁呈東西向展布，北陡南緩，黃土沖溝發(fā)育，一般為“V”形槽溝，永壽梁隧道富水條件為貧水區(qū)-中等富水區(qū)，局部可能有涌水現(xiàn)象，難度較大。

圖1 永壽梁隧道各工區(qū)主要里程示意圖

項(xiàng)目承建出新建西平鐵路XPS-2標(biāo)，永壽梁隧道單洞全長17143m，雙線共34286m，設(shè)4座輔助施工斜井和1座輔助施工橫洞，各個(gè)工區(qū)的分段情況見圖1，各工區(qū)施工區(qū)段主要工程見表1。

表1 各工區(qū)施工區(qū)段里程表

隧道施工方案選擇鉆爆法開挖，無軌運(yùn)輸方式出碴，爆破、運(yùn)輸、焊接釋放有害氣體多，施工需克服機(jī)械效率低、人員作業(yè)環(huán)境極差等困難，對施工通風(fēng)的要求高。

2.原通風(fēng)方案

2.1 原通風(fēng)方案介紹

各工區(qū)通風(fēng)方案均采用壓入式通風(fēng)方式直到隧道貫通，新風(fēng)由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)風(fēng)管送入開挖面，污風(fēng)從洞口排出，最長送風(fēng)距離達(dá)3728米，每個(gè)工作面采用一條風(fēng)管。為保證各個(gè)工作面的風(fēng)量及空氣質(zhì)量，需采用大風(fēng)管。

2.2 原通風(fēng)方案不足

隨著隧道的繼續(xù)深入，洞口距離開挖面越來越遠(yuǎn)，通風(fēng)管長度直線上升，風(fēng)管漏風(fēng)現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致洞內(nèi)空氣質(zhì)量變差，運(yùn)營成本急劇上升，洞內(nèi)空氣污濁，可視距離縮短，存在安全隱患，須對通風(fēng)方案進(jìn)行調(diào)整。

2.3 風(fēng)量和風(fēng)阻計(jì)算

2.3.1 計(jì)算參數(shù)見表2所示

表2 風(fēng)量和風(fēng)阻計(jì)算參數(shù)表

2.3.2 風(fēng)量計(jì)算

施工通風(fēng)所需風(fēng)量按掌子面同時(shí)工作的最多人數(shù)、洞內(nèi)允許最小風(fēng)速、一次性爆破所需要排除的炮煙量和內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備總功率分別計(jì)算，取其中最大值作為控制風(fēng)量

2.3.2.1 按掌子面同時(shí)工作的最多人數(shù)60人計(jì)算需風(fēng)量為180m3/min。

2.3.2.2 按洞內(nèi)允許最小風(fēng)速0.15m/s計(jì)算需風(fēng)量為540m3/min。

2.3.2.3 按一次性爆破所需要排除的炮煙量計(jì)算需風(fēng)量為740m3/min。

2.3.2.4 按內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備總功率計(jì)算需風(fēng)量為1050m3/min。

經(jīng)計(jì)算比較，正洞開挖掌子面所需風(fēng)量取1050m3/min作為控制風(fēng)量。

3. 通風(fēng)方案調(diào)整

3.1 增設(shè)豎井

為了縮短獨(dú)頭送風(fēng)距離，改善無軌運(yùn)輸施工通風(fēng)效果，永壽梁隧道計(jì)劃在四個(gè)淺埋段增設(shè)豎井：富家溝豎井（DK97+850，埋深65m）、崔家溝豎井（DK104+000，埋深67.2m）、干板溝豎井（DK107+790，埋深65.6m）、冰凌溝豎井（DK111+089，埋深19.8m）。其布置如圖2所示。

圖2 永壽梁隧道豎井布置示意圖

當(dāng)豎井距離開挖面距離較近時(shí)，開挖面產(chǎn)生的污風(fēng)大部分由豎井排出，運(yùn)輸線路污風(fēng)量減少，可視距離增加，洞口通風(fēng)機(jī)工作時(shí)間減少，工作強(qiáng)度有所降低，通風(fēng)效果將得到明顯改善。其通風(fēng)布置圖見圖3。

圖3 出口工區(qū)豎井貫通通風(fēng)布置示意圖

3.2 將軸流風(fēng)機(jī)移至豎井處

隨著隧道的繼續(xù)深入，豎井距離開挖面越來越遠(yuǎn)，通風(fēng)效果將逐漸變差，為進(jìn)一步改善通風(fēng)效果，可將軸流風(fēng)機(jī)移至洞內(nèi)豎井底部，將豎井與風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口通過剛性風(fēng)管密封連接，使豎井作為進(jìn)風(fēng)井，以此來縮短管路送風(fēng)距離，增大送到開挖面的有效風(fēng)量，同時(shí)管路獨(dú)頭送風(fēng)距離將縮短1200m左右，可以節(jié)約大量的風(fēng)管和電費(fèi)。其通風(fēng)布置圖見圖4。

圖4 出口工區(qū)豎井貫通通風(fēng)調(diào)整示意圖

利用通風(fēng)豎井進(jìn)行施工通風(fēng)有兩種布置方案：第一種是直接將豎井作為管道與風(fēng)機(jī)密封連接，風(fēng)機(jī)布置在正洞內(nèi)再通過風(fēng)管向開挖面送風(fēng)；第二種是將風(fēng)機(jī)布置在豎井井口地面上，利用風(fēng)管穿過豎井向開挖面送風(fēng)。其布置圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 第一種豎井通風(fēng)方案布置示意圖

圖6 第二種豎井通風(fēng)方案布置示意圖

第一種方案要求豎井凈直徑可以小一些，節(jié)約了豎井建設(shè)投資，但是要求豎井只能用作通風(fēng)，不能兼作他用；第二種方案要求豎井凈直徑要大一些，在保證風(fēng)管通過的同時(shí)，還可兼作排出污風(fēng)和運(yùn)輸通道，但是如果豎井口不具備安設(shè)風(fēng)機(jī)的條件，那么只能采用第一種圖5所示布置方案。

3.3 增設(shè)射流風(fēng)機(jī)

因無軌運(yùn)輸距離較長，運(yùn)輸線路很可能會(huì)出現(xiàn)空氣質(zhì)量較差、能見度低的情況，那么建議在左、右線適當(dāng)增設(shè)射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行巷道式通風(fēng)，以此來改善開挖面后方的通風(fēng)問題。其通風(fēng)布置圖見圖7。

圖7 出口工區(qū)巷道式通風(fēng)布置示意圖

4. 永壽梁隧道出口橫洞實(shí)際應(yīng)用

永壽梁隧道出口橫洞工區(qū)最初以原通風(fēng)方案通風(fēng)，進(jìn)口、出口方向同時(shí)施工，開挖面至橫洞洞口距離相對較短，洞內(nèi)空氣質(zhì)量較好，出口貫通對空氣改善效果明顯。隨著進(jìn)口方向開挖面至橫洞洞口加長，通風(fēng)效果降低，通風(fēng)機(jī)工作時(shí)間與強(qiáng)度均加大，運(yùn)營成本增加，空氣質(zhì)量難以保證。項(xiàng)目決定提前開挖豎井，原定于DK111+089位置的冰凌溝豎井實(shí)際開挖里程為DK111+214。豎井貫通后，洞內(nèi)空氣質(zhì)量得到改善，貫通后開挖面空氣質(zhì)量詳細(xì)信息見表3。

表3 豎井貫通后空氣質(zhì)量檢測表

豎井通風(fēng)改善空氣有效長度有限，隨著開挖面距離豎井位置加長，通風(fēng)效果不明顯，當(dāng)開挖面位于DK110+732時(shí)，將洞口風(fēng)機(jī)移至豎井處，由于豎井開挖直徑較小，采用圖5方案，并對空氣進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果顯示，開挖面空氣質(zhì)量得到明顯改善。詳細(xì)信息見表4。

表4 風(fēng)機(jī)改移通后空氣質(zhì)量檢測表

直至隧道貫通，出口橫洞內(nèi)空氣質(zhì)量基本符合鐵路工程施工規(guī)范要求，隧道工作環(huán)境良好，未因通風(fēng)問題造成巨大損失和安全事故。調(diào)整后方案對洞內(nèi)空氣質(zhì)量的改善發(fā)揮了巨大的指導(dǎo)意義，對于調(diào)整方案中圖7形式的通風(fēng)方案有待實(shí)際施工中進(jìn)一步驗(yàn)證。

5.結(jié)語

永壽梁隧道通風(fēng)調(diào)整方案經(jīng)實(shí)際實(shí)施后，得以驗(yàn)證，效果顯著，可在長大隧道無軌運(yùn)輸施工中進(jìn)行借鑒推廣。

[1]J-r-J026.1 1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.052