鐘 亞 王永偉 周 洋 林 佳

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

1 工程概況

西雙版納隧道位于野象谷站～西雙版納站區(qū)間，在本標(biāo)段起點(diǎn)里程是DK352+198，本標(biāo)段內(nèi)施工長(zhǎng)度6532m，本隧均為雙線隧道，左右線線間距為4.2～5.083m。隧道線路縱坡：隧道進(jìn)口段為150m‰的平坡，其后依次為12‰（606m長(zhǎng)）、17‰（8794m 長(zhǎng)）、9‰（1000m 長(zhǎng)）下坡，出口段為130m0‰的平坡，隧道洞身最大埋深620m。線路平面：除洞身DK348+050～DK348+970.404 段920.404m位于R-7000m 的右偏曲線上和DK357+877.963～DK358+730 段852.037m 位于R-5000m 的左偏曲線上外，其余均位于直線上。

2 儲(chǔ)風(fēng)室

西雙版納隧道2#斜井正洞為單洞雙線隧道、開(kāi)挖斷面積較大、混合式送風(fēng)距離較遠(yuǎn)、斜井坡度較大、采用無(wú)軌運(yùn)輸、除爆破炮煙外內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)和出碴機(jī)械作業(yè)產(chǎn)生大量煙塵。以上諸多因素要求施工通風(fēng)提供的風(fēng)量較大、克服的通風(fēng)阻力也較大。

正洞內(nèi)新增迂回導(dǎo)坑后，需要對(duì)原先通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以滿(mǎn)足正洞工作面及新增作業(yè)面供風(fēng)需求。受施工條件限制只有2#斜井單個(gè)供風(fēng)口，斜井段長(zhǎng)1064m，小里程方向施工長(zhǎng)度2552m，供風(fēng)路徑長(zhǎng)，通風(fēng)效果會(huì)明顯變差。為保后期掌子面通風(fēng)效果，前期采用壓入接力通風(fēng)方式，主要思路為：在斜井小里程方向DK354+146 處修建儲(chǔ)風(fēng)室，儲(chǔ)風(fēng)室尺寸為30m×4.5m×4.5m，風(fēng)室內(nèi)部采用I18型鋼做橫向、豎向支撐，I16 型鋼做斜支撐，外部采用6mm 厚鋼板密封焊接，風(fēng)室進(jìn)口端連接斜井洞口風(fēng)機(jī)通風(fēng)袋，出口端根據(jù)各掌子面計(jì)算需求風(fēng)量安置4 臺(tái)2×132kw 軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)室底部盛40cm 高水量，為了更好地解決各工作面高溫情況，采取兩種降低風(fēng)室內(nèi)空氣溫度措施，一是每日運(yùn)送工業(yè)冰塊放入儲(chǔ)風(fēng)室底部水中；二是在儲(chǔ)風(fēng)室進(jìn)口端安設(shè)兩臺(tái)40 匹空調(diào)，這兩種措施對(duì)風(fēng)室內(nèi)空氣進(jìn)行降溫，然后輸送至各工作面，確保輸送至各工作面的空氣溫度低于洞內(nèi)原有空氣溫度。

斜井洞口采用Ф1.8m 軟式風(fēng)管壓入式通風(fēng)，將新鮮冷空氣沿風(fēng)帶輸送至儲(chǔ)風(fēng)室內(nèi)，風(fēng)室出口端風(fēng)機(jī)再次將新鮮空氣分別輸送至各施工作業(yè)面?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，可根據(jù)具體情況在適當(dāng)位置配置射流風(fēng)機(jī)，輔助通風(fēng)、換氣。

3 通風(fēng)系統(tǒng)比選

西雙版納隧道2#斜井輔助坑道長(zhǎng)1076m，輔助坑道與正洞交點(diǎn)里程為DK354+750，儲(chǔ)風(fēng)室位置為DK354+146，小里程現(xiàn)正洞掌子面計(jì)劃施工975m，迂回導(dǎo)坑計(jì)劃施工長(zhǎng)度為1655m，小里程剩余工程量為1723m，迂回導(dǎo)坑增加各掌子面施工正洞總長(zhǎng)度為748m。

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)一

3.1.1 風(fēng)量計(jì)算

（1）小里程方向（洞口至儲(chǔ)風(fēng)室）風(fēng)量計(jì)算：Q=VA×60=0.2×92.095×60（Q為工作面風(fēng)量，m3/min；V 為最小風(fēng)速，m/s；A 為隧道最大開(kāi)挖面積，為92.095m2）。取以上計(jì)算方法計(jì)算單個(gè)工作面所需風(fēng)量Q=92.095×0.2×60=1105.14m3/min。

在長(zhǎng)管通風(fēng)系統(tǒng)中，當(dāng)確定風(fēng)管（或掌心）末端的風(fēng)量時(shí)，風(fēng)扇的風(fēng)量取決于系統(tǒng)的泄漏。百米風(fēng)率在正常情況下控制在2%以?xún)?nèi)。此段最長(zhǎng)通風(fēng)距離為1680m，據(jù)此計(jì)算系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)P 為1.506。

因此，隧道通風(fēng)要求風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量不少于：Q需=PQ=1.506 ×1105.14=1664.34m3/min，即Q總需=3×Q需=4993.02m3/min。

系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算：理論上在克服通風(fēng)阻力后，通風(fēng)系統(tǒng)在風(fēng)管末端具有一定的動(dòng)壓力。壓力、動(dòng)壓和靜壓之和就是系統(tǒng)所需的風(fēng)壓：H=Hd+Hs（H 為系統(tǒng)風(fēng)壓，Pa；Hd為系統(tǒng)動(dòng)壓，Pa；Hs為系統(tǒng)靜壓，Pa）。動(dòng)壓按下式計(jì)算：

式中，ρ-空氣密度，取1.29kg/m3；V末-末端管口風(fēng)管風(fēng)速，取5.0m/s。

靜壓按下式計(jì)算：Hs=h+hf（h 為摩擦阻力，Pa；hf為局部阻力，hf=0.1h，Pa），其中：

式中，λ-管道摩阻系數(shù)；L-通風(fēng)距離，m；D-通風(fēng)管直徑，m；V平-管內(nèi)平均流速，m/s。

分別取λ=0.016；L=1680m；D=1.8m；V平=9.14m/s。經(jīng)計(jì)算得：Hd=16.125Pa、h=804.65Pa、hf=80.47Pa、Hs=885.12Pa、H=901.25Pa。

（2）同上計(jì)算可得出：儲(chǔ)風(fēng)室至小里程掌子面Q1=1812.43m3/min；儲(chǔ)風(fēng)室至最遠(yuǎn)平導(dǎo)開(kāi)正洞掌子面長(zhǎng)度為1655+748=2403m，Q2=2127.72m3/min，本迂回導(dǎo)坑設(shè)計(jì)增加三個(gè)掌子面，按照最大風(fēng)量計(jì)算，Q平總=3Q2=3×2127.72=6383.16m3/min。即出風(fēng)口風(fēng)量需求為Q出總=Q1+Q平總=8195.59m3/min。

3.1.2 各掌子面風(fēng)機(jī)選型

由以上計(jì)算斜井洞口至儲(chǔ)風(fēng)室段可選擇的通風(fēng)機(jī)的最低技術(shù)參數(shù)為：Q進(jìn)總=4993.02m3/min，H=901.25Pa。考慮隧道長(zhǎng)度及系統(tǒng)風(fēng)壓，可選用1 臺(tái)侯馬鑫豐康型號(hào)為SDF（p2）-No18、轉(zhuǎn)速990r/min、Q=2162～5100m3/min、H 風(fēng)=950～5100Pa、功率為2×200kw 的風(fēng)機(jī)通風(fēng)，此風(fēng)機(jī)提供最小風(fēng)量Q進(jìn)min=2162m3/min。

為了各掌子面通風(fēng)得到最大保障，儲(chǔ)風(fēng)室出口端配備4 臺(tái)2×132kw 軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q=1695～3330m3/min，按照最小風(fēng)量計(jì)算，4 臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為Q1-4=6780m3/min，因Q提供min=Q1-4+Q進(jìn)min=6780+2162=8942m3/min＞Q出總=Q1+Q平總=8195.59m3/min。故通風(fēng)系統(tǒng)中配備1 臺(tái)2×200kw、4 臺(tái)2×132kw 軸流風(fēng)機(jī)滿(mǎn)足各掌子面供風(fēng)要求。

3.2 通風(fēng)方案二

3.2.1 風(fēng)量計(jì)算

方案二設(shè)計(jì)從儲(chǔ)風(fēng)室引進(jìn)一條通風(fēng)道，經(jīng)過(guò)橫通道2#、3#、4#分別開(kāi)口接入各橫通道風(fēng)機(jī)，其中按2#橫通道占總風(fēng)量的1/2，3#、4#橫通道各占1/4 來(lái)計(jì)算。

（1）小里程方向（洞口至儲(chǔ)風(fēng)室）風(fēng)量、儲(chǔ)風(fēng)室至原正洞掌子面的風(fēng)量在方案一中已計(jì)算，方案二中不在計(jì)算。

（2）為了保證新增掌子面通風(fēng)充分得到保障，新增各掌子面按照最后一個(gè)掌子面最大風(fēng)量計(jì)算。儲(chǔ)風(fēng)室至最后一個(gè)掌子面風(fēng)量計(jì)算：其中長(zhǎng)度L=1723m。

Q=VA×60=0.2×92.095×60（Q 為工作面風(fēng)量，m3/min；V 為最小風(fēng)速，m/s；A 為隧道最大開(kāi)挖面積，為92.095m2）。取以上計(jì)算方法計(jì)算單個(gè)工作面所需風(fēng)量Q=1105.14m3/min。

在長(zhǎng)管通風(fēng)系統(tǒng)中，當(dāng)確定風(fēng)管（或掌心）末端的風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量取決于系統(tǒng)的泄漏系數(shù)。正常情況下100m 風(fēng)速控制在2%以?xún)?nèi)。此段最長(zhǎng)通風(fēng)距離為1723m，據(jù)此計(jì)算系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)P=1.53。

因此，儲(chǔ)風(fēng)室至最后一個(gè)掌子面軸流風(fēng)機(jī)供風(fēng)量需：Q拱min=PQ=1690.86m3/min。

系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算：理論上在克服通風(fēng)阻力后，通風(fēng)系統(tǒng)在風(fēng)管末端具有一定的動(dòng)壓力?？朔淖枇θQ于系統(tǒng)的靜壓力，動(dòng)壓與靜壓之和即為系統(tǒng)需供風(fēng)壓：Hs=h+hf。動(dòng)壓按下式計(jì)算：

靜壓按下式計(jì)算：Hs=h+hf，其中：

分別取λ=0.016；L=1145m；D=1.8m；V 平=9.14m/s。經(jīng)計(jì)算得：Hd=16.125Pa、h=825.25Pa、hf=82.53Pa、Hs=907.78Pa、H=923.91Pa、Q需min=1690.86m3/min。

方案二設(shè)計(jì)中，2#、3#、4#橫通道各安置一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，從風(fēng)室引入的通風(fēng)帶主要目的是降低溫度，其中Q2#-風(fēng)室=1690.86×1/2=845.43m3/min，Q3#-風(fēng)室=Q4#-風(fēng)室=422.7m3/min，每個(gè)橫通道新開(kāi)掌子面的需風(fēng)量按照最后一個(gè)掌子面供給，即各掌子面實(shí)際供風(fēng)：Q2#實(shí)=1690.86+845.43=2536.29＞Q需min=1690.86m3/min，Q3#實(shí)=Q4#實(shí)=422.7+1690.86=2113.56＞Q需min=1690.86m3/min。

3.2.2 各掌子面風(fēng)機(jī)選型

由以上計(jì)算可知選擇的通風(fēng)機(jī)的最低技術(shù)參數(shù)為：Q2#實(shí)=2536.29m3/min，Q3#=Q4#=422.7+1690.86=2113.56m3/min，H=923.91Pa?？紤]隧道長(zhǎng)度及系統(tǒng)風(fēng)壓，可選用1 臺(tái)侯馬鑫豐康型號(hào)為SDF（p2）-No10、轉(zhuǎn)速1480r/min、Q=1695～3330m3/min、H 風(fēng)=1276～7172Pa、功率為2×132kW 的風(fēng)機(jī)通風(fēng)。

通過(guò)方案一、方案二橫通道風(fēng)機(jī)安設(shè)位置不同，計(jì)算新增各工作面需求風(fēng)量不同，方案二中比方案一種計(jì)算需求風(fēng)量?。海?）風(fēng)機(jī)型號(hào)不變，最大供風(fēng)量不變，計(jì)算需求風(fēng)量越小，供風(fēng)距離就會(huì)越長(zhǎng)，更適合特長(zhǎng)隧道施工供風(fēng)；（2）由于方案一種在儲(chǔ)風(fēng)室進(jìn)口端安置三臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝1.5m 軟風(fēng)管通往各新增掌子面，由于迂回導(dǎo)坑凈空較小，同時(shí)引入三個(gè)風(fēng)袋會(huì)對(duì)后續(xù)運(yùn)碴作業(yè)造成阻礙影響，縱上相比方案二更適合現(xiàn)場(chǎng)施工。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后溫度及進(jìn)度

以12月份為界，分別統(tǒng)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后關(guān)鍵線路掌子面溫度計(jì)進(jìn)度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：通風(fēng)系統(tǒng)比選優(yōu)化后各工作面的溫度明顯降低，相應(yīng)工效大幅度提升，其中2#斜井小里程通風(fēng)系統(tǒng)更換優(yōu)化后月均進(jìn)度提升57%，迂回導(dǎo)坑月均進(jìn)度提升72%。因此在高地溫長(zhǎng)隧道內(nèi)施工，良好的通風(fēng)系統(tǒng)顯的尤為重要。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上給出了單洞雙線隧道正洞、斜井及迂回導(dǎo)坑通風(fēng)降溫方案，對(duì)原通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，為下一步更深入研究做了鋪墊。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路特長(zhǎng)隧道逐步增多，對(duì)通風(fēng)技術(shù)上的要求將會(huì)越來(lái)越高。單種通風(fēng)模式已不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)高效施工要求，如何優(yōu)化出更合理、更經(jīng)濟(jì)的方案等還需要繼續(xù)深入廣泛研究。