白 俊，雷建華

(1．陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000;2．中鐵五局集團 機械化工程公司，湖南 衡陽 421000)

大茶山高瓦斯隧道施工通風(fēng)設(shè)計

白 俊1，雷建華2

(1．陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000;2．中鐵五局集團 機械化工程公司，湖南 衡陽 421000)

新建滬昆客運專線鐵路大茶山高瓦斯隧道斜井及正洞施工采用鉆爆法，采用了壓入式、抽出式及全負(fù)壓巷道式相結(jié)合的分階段通風(fēng)方案。依據(jù)通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，對作業(yè)面施工需風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)機供風(fēng)量進(jìn)行了計算，并提出通風(fēng)設(shè)備參數(shù)要求。所采用的通風(fēng)方案通風(fēng)量大，稀釋快，排煙時間短，充分滿足了稀釋瓦斯和排除煙塵的要求。隧道開挖作業(yè)環(huán)境好，極大提高了工作效率，保證了隧道的施工質(zhì)量、進(jìn)度和施工安全。

滬昆客運專線 高瓦斯隧道 通風(fēng)設(shè)計

1 工程概況

新建鐵路滬昆客運專線長沙至昆明段CKGZTJ-11標(biāo)段位于貴州省關(guān)嶺—普安縣區(qū)間，其中大茶山隧道距普安縣城約6 km。大茶山斜井在D1K909+000線路左側(cè)，長度1 816 m，洞口處于山谷間。采用雙車道無軌運輸斜井，斜井中線與左線線路中線小里程方向平面夾角為31.5°。該斜井承擔(dān)主洞 D1K909+000—D1K911+500段2 500 m的施工，獨頭通風(fēng)長度4 316 m。根據(jù)地質(zhì)勘探和調(diào)查資料分析，隧道通過區(qū)域的淺層氣源于下伏約3 000 m下的含煤地層，形成以裂縫型游離瓦斯為主的天然氣，施工中瓦斯將通過巖層中的裂縫通道向上部釋放。比照旁邊的炮臺山估計，瓦斯涌出量為3.03 m3/min，故按高瓦斯隧道設(shè)計和施工。

2 通風(fēng)技術(shù)方案的確定

大茶山斜井工程采用洞外壓入式通風(fēng)與洞內(nèi)抽出式通風(fēng)相結(jié)合更新洞內(nèi)空氣，并排出有害氣體。對于局部風(fēng)流死角的混合氣體，采用射流風(fēng)機形成全負(fù)壓巷道式通風(fēng)，使局部風(fēng)速增加，防止有害氣體積聚。在開挖至大茶山隧道主洞后采用風(fēng)機接力形式往主洞掌子面通風(fēng)。大茶山斜井及大茶山隧道主洞均采用鉆爆法掘進(jìn)，無軌運輸，采用大型裝載機裝渣并用自卸車運輸至洞外。洞內(nèi)施工用材料亦采用無軌運輸方式運送到作業(yè)面。

隧道通風(fēng)設(shè)計流程:確定洞內(nèi)施工設(shè)備及人員數(shù)量→掌握有害氣體種類及數(shù)量(有害氣體、缺氧空氣、高溫高熱氣體、爆破后氣體、灰塵、焊塵等)→通風(fēng)方式選擇→通風(fēng)設(shè)備選型→通風(fēng)效果檢查→施工。

3 通風(fēng)方案的實施

3.1 通風(fēng)階段

1)通風(fēng)階段一。在輔助洞室大茶山斜井短距離開挖掘進(jìn)階段，為防止有害氣體循環(huán)，在大茶山斜井洞口(XD1K1+816)外30 m處，設(shè)置壓入式風(fēng)機，向洞內(nèi)輸送新鮮空氣。

2)通風(fēng)階段二。在大茶山斜井掘進(jìn)1 300 m后，在斜井變坡點(XD1K0+808)處設(shè)置防爆軸流風(fēng)機(抽出式)，將積聚在變坡點的瓦斯等有害氣體吸出洞外。

3)通風(fēng)階段三。當(dāng)掘進(jìn)到大茶山隧道正洞200 m以后，為了保證隧道內(nèi)的安全通風(fēng)，在大茶山隧道正洞D1K909+150處設(shè)置防爆軸流風(fēng)機(壓入式)，采用接力的方法將新鮮空氣送入大茶山隧道正洞。

4)通風(fēng)階段四。由于獨頭掘進(jìn)長度大，為了保證有害氣體順利排出洞外，在斜井 XD1K0+50，XD1K0+350，XD1K0+650三處安裝防爆射流風(fēng)機，形成全負(fù)壓巷道式通風(fēng)，以加快風(fēng)流速度，防止瓦斯聚集。

通風(fēng)示意圖見圖1。

3.2 通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

1)空氣中氧氣含量，按體積計≥20%。

2)粉塵容許濃度。每立方米空氣中含有10%以上的游離二氧化硅的粉塵≤2 mg;每立方米空氣中含有10%以下的游離二氧化硅的礦物性粉塵≤4 mg。

圖1 通風(fēng)示意

3)瓦斯隧道裝藥爆破時，在爆破地點20 m內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛缺仨殻?.0%，總回風(fēng)道風(fēng)流中瓦斯?jié)舛葢?yīng)＜0.75%。開挖面瓦斯?jié)舛龋?.5%時，所有人員必須撤至安全地點并加強通風(fēng)。

4)CO最高允許濃度為30 mg/m3。在特殊情況下，施工人員必須進(jìn)入開挖工作面時，最高允許濃度為100 mg/m3，但工作時間不能 ＞30 min。CO2按體積計≤0.5%;氮氧化物(換算成NO2)不超過5 mg/m3。

5)隧道內(nèi)氣溫≤28℃，噪聲≤90 dB;隧道施工通風(fēng)應(yīng)能提供洞內(nèi)各項作業(yè)所需的最小風(fēng)量，每人應(yīng)供應(yīng)新鮮空氣4 m3/min。

6)防止瓦斯集聚的風(fēng)速≥1 m/s。

7)瓦斯隧道各掘進(jìn)工作面都必須采用獨立通風(fēng)，嚴(yán)禁任何兩個工作面之間串連通風(fēng)。

3.3 風(fēng)量和風(fēng)壓計算

3.3.1 計算參數(shù)

按照《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ204—2008)的規(guī)定，并結(jié)合施工組織，計算參數(shù)選取如下:①供給每人的新鮮空氣量按4 m3/min計;②按照分步開挖的最不利因素，坑道施工通風(fēng)最小風(fēng)速 Vmin取0.25 m/s;③隧道內(nèi)氣溫不超過28℃;④正洞最大開挖面積SZ=126 m2(Ⅲ級圍巖全斷面開挖);⑤正洞上斷面開挖爆破一次最大用藥量A=180 kg(Ⅲ級圍巖全斷面開挖，每循環(huán)進(jìn)尺2 m);⑥正洞爆破后通風(fēng)時間t=20 min;⑦風(fēng)管百米漏風(fēng)率β=1%，風(fēng)管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為λ=0.007 8;⑧內(nèi)燃機械作業(yè)時所需供風(fēng)量按 Q0=3 m3/(min·kW)計。

3.3.2 風(fēng)量計算

按照設(shè)計要求，本工區(qū)隧道施工均采用無軌運輸，每個工作面均采用獨立供風(fēng)，供風(fēng)長度為4 316 m，即斜井長度1 816 m+正洞的施工長度2 500 m。

1)按洞內(nèi)允許最小風(fēng)速計算風(fēng)量:Q1=VminSZ×60=0.25×126×60=1 890 m3/min。

2)按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)(正洞按100人計)計算風(fēng)量:Q2=4×100×1.2=480 m3/min。

3)按洞內(nèi)同一時間爆破使用的最多炸藥用量計算風(fēng)量:Q3=5Ab/t=5×180×40/20=1 800 m3/min，其中b為1 kg炸藥爆破時所產(chǎn)生的CO體積，取40 L。

4)按瓦斯絕對涌出量計算:Q4=K2Q絕/(Bg允－Bg送)=1.6 × 3.03/0.005=969.6 m3/min。其 中:K2為風(fēng)量備用系數(shù)，考慮隧道掘進(jìn)斷面不平、風(fēng)筒漏風(fēng)、瓦斯泄漏不均衡等因素，取K2=1.6;Q絕為瓦斯絕對涌出量，取實測數(shù)據(jù)，可先取炮臺山參考值3.03 m3/min，在施工中按實測值進(jìn)行調(diào)整;Bg允為工作面允許瓦斯?jié)舛?，根?jù)煤礦安全規(guī)程取0.5%;Bg送為送入風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，新鮮風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?。

5)按洞內(nèi)使用內(nèi)燃機械計算風(fēng)量:Q5=Q0P，其中，Q0為單位功率每分鐘所需風(fēng)量，取3 m2/(kW·min);P為進(jìn)洞內(nèi)燃機械總功率。該隧道洞內(nèi)內(nèi)燃動力在出渣時期有ZLC50側(cè)卸式裝載機和CQ1261T自卸汽車。其中側(cè)卸式裝載機2臺，最大功率162 kW，計算功率145 kW;4臺自卸車(滿載車2臺，空車2臺)，滿載功率110 kW，計算功率99 kW，空車計算功率按滿載計算功率的80%計，即79 kW。需要風(fēng)量Q5=Q0P=3×(145×2+99×2+79×2)=1 938 m3/min。

綜上計算，所需風(fēng)量 Q需=max(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)=1 938 m3/min。

3.4 考慮風(fēng)管漏風(fēng)損失修正風(fēng)量

洞外風(fēng)機為正洞工作面供風(fēng)，最大通風(fēng)長度L=4 316 m，按每100 m通風(fēng)長度換算為43.16。風(fēng)管通風(fēng)效率 D=(1－β)43.16=(1－0.01)43.16=0.65，風(fēng)機所需提供的風(fēng)量 Q機=Q需/D=1 938/0.65=2 982 m3/min。

3.5 風(fēng)壓計算

將通風(fēng)系統(tǒng)克服局部風(fēng)阻、沿程風(fēng)阻及其他阻力所需風(fēng)壓之和作為系統(tǒng)提供的風(fēng)壓。為簡化計算，系統(tǒng)風(fēng)壓值按1.2倍的沿程風(fēng)阻計算，即H=1.2H摩，H摩為按沿程風(fēng)阻計算的風(fēng)壓值。

式中:λ為風(fēng)管摩擦阻力系數(shù)，ρ為空氣密度，取 ρ=1.0 kg/m3;為風(fēng)管內(nèi)平均風(fēng)速，d為風(fēng)管直徑，取1.5 m。

4 通風(fēng)設(shè)備要求

1)壓入式通風(fēng)管采用優(yōu)質(zhì)通風(fēng)軟管，風(fēng)管直徑選用1.5 m;抽出式通風(fēng)管采用優(yōu)質(zhì)通風(fēng)軟管，風(fēng)管直徑選用0.6 m。

2)采用抗靜電、防水、耐腐蝕、阻燃、風(fēng)阻小、裝拆方便的風(fēng)管。壓入式通風(fēng)管管口到開挖工作面距離應(yīng)＜5 m。并且前55 m采用可折疊風(fēng)管，以便爆破時將此55 m迅速縮至拋擲區(qū)以外。

3)由于風(fēng)機口風(fēng)壓較大，風(fēng)機后200 m和轉(zhuǎn)彎處必須安裝負(fù)壓硬管，以防止風(fēng)機啟動時將軟管吹破。

4)應(yīng)盡量減少接頭。通風(fēng)管的節(jié)長盡量加大，以減少接頭數(shù)量，接頭應(yīng)嚴(yán)密，風(fēng)管100 m漏風(fēng)率不應(yīng)大于2%，本文取1%。

5)安裝時整條管路要穩(wěn)寶、水平、順直、無扭曲、無褶皺。

6)壓入式通風(fēng)機裝設(shè)在洞外30 m處，以避免污風(fēng)循環(huán)。

7)風(fēng)機必須設(shè)置兩路電源，并安裝風(fēng)電閉鎖裝置，當(dāng)一路電源停止供電時，另一路要在15 min內(nèi)接通，以保證風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)。

8)瓦斯工區(qū)必須有一套同等性能的通風(fēng)機備用，而且要長期保持良好的使用狀態(tài)。

9)瓦斯突出隧道掘進(jìn)工作面附近的局部通風(fēng)機，均應(yīng)采用專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路及風(fēng)電閉鎖、瓦電閉鎖供電。

5 通風(fēng)效果

大茶山高瓦斯隧道已施工完畢，實踐證明，大茶山高瓦斯隧道所采用的通風(fēng)方案效果很好。根據(jù)施工情況分階段進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計，洞外壓入式、洞內(nèi)抽出式及全負(fù)壓巷道式通風(fēng)相結(jié)合，通風(fēng)風(fēng)量大，稀釋快，排煙時間短，充分滿足了稀釋瓦斯和排除煙塵的通風(fēng)要求。隧道施工作業(yè)環(huán)境好，極大提高了工作效率，保證了隧道的施工質(zhì)量、進(jìn)度和施工安全。

［1］明建龍．高瓦斯隧道監(jiān)控與施工通風(fēng)設(shè)計［J］．鐵道建筑，2009(2):18-19．

［2］趙鈺．特大斷面長大高瓦斯隧道通風(fēng)技術(shù)研究［J］．鐵道建筑，2007(12):39-40．

［3］趙軍喜．圓梁山隧道進(jìn)口非煤系地段施工通風(fēng)與瓦斯治理［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2003(增 1):50-52．

［4］陳紹瑛．瓦斯隧道運營通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計［J］．鐵道工程學(xué)報，2007(1):70-71．

［5］潘留生．正陽瓦斯隧道安全施工防護技術(shù)［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2003(增 1):91-92．

［6］王虎盛．瓦窯嶺瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)［J］．北方交通，2011(1):51-52．

Design on construction ventilation for Dachashan tunnel with high concentration of gas

BAI Jun1，LEI Jianhua2

(1．Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000，China;2．Mechanization Engineering Co．，Ltd．，China Railway Fifth Bureau Group，hengyang Hunan 421000，China)

The incluned shafts and main tunnel of Dachashan high gas tunnel on the currently underconstruction Shanghai-Kunming passenger-dedicated railway has adopted drilling-and-blasting method in it construction，during which a total of three ventilation schemes，namely forced ventilation，exhaust ventilation and all-negative gallery ventilation，have been introduced supplementarily and successively．The air volume in need，air pressure，air volume supplied by the blower on the operation face have been measured and calculated in accordance with the ventilation standard and the equipement parameters have proposed accordingly．The scheme applied features ample air supply，which satifies the needs of diluting gas and discharging smoke． Its high efficiency creates a favourable construction environment，which largely accelerate the working pace．As a result，it ensures both the project quality and its safety．

Shanghai-Kunming passenger-dedicated railway;High gas tunnel;Ventilation scheme

U453．5

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．12

1003-1995(2013)09-0039-03

2013-04-26;

2013-06-29

白俊(1966— )，男，江蘇泰興人，工程師。

(責(zé)任審編 李付軍)