金紅蓮 JIN Hong-lian
(中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司,石家莊 050081)
施工通風(fēng)是隧道施工的重要工序之一,是瓦斯隧道施工安全施工的關(guān)鍵。目前針對(duì)瓦斯隧道施工過程中常見的通風(fēng)技術(shù)有壓入式通風(fēng)和混合式通風(fēng)兩種。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于施工過程中隧道目前的研究方法主要數(shù)值求解和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合、基于流體動(dòng)力學(xué)的力學(xué)模型分析兩種,由于隧道工程施工過程中的復(fù)雜性、不確定性,增加了力學(xué)模型分析難度,在隧道施工通風(fēng)設(shè)計(jì)中,力學(xué)模型分析一般用于對(duì)通風(fēng)設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證和和優(yōu)化。數(shù)值求解與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的研究方法依然是目前隧道施工階段通風(fēng)設(shè)計(jì)的主流方法,本文依托工程某瓦斯隧道全長(zhǎng)1737m。隧道出口設(shè)506m 的單車道平導(dǎo),平導(dǎo)與正洞水平距離為30m。重點(diǎn)探討非貫通巷道輔助通風(fēng)施工技術(shù),以期為相關(guān)工程施工提供借鑒和參考。
隧道通風(fēng)采用壓入式和巷道式相結(jié)合的通風(fēng)方式。
①在隧道正洞進(jìn)出口各安裝2 臺(tái)SDF(c)-NO13.5(2×132kW)型軸流風(fēng)機(jī)通過φ1.2m 雙抗風(fēng)管(阻燃、抗靜電)將新鮮空氣送至正洞,其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)作為預(yù)留備用,且通過專用接頭與主風(fēng)筒正常連接。平導(dǎo)采用2 臺(tái)SDF(c)-NO12.5(2×110kW)軸流風(fēng)機(jī)通過φ1.2m 雙抗風(fēng)管(阻燃、抗靜電)將新鮮空氣送至掌子面,一臺(tái)使用一臺(tái)備用。正洞、平導(dǎo)及回風(fēng)巷處各設(shè)一臺(tái)SDS-Ⅱ-No10.0 射流風(fēng)機(jī),以便排風(fēng)。在掌子面至模板臺(tái)車地段的死角、超挖嚴(yán)重、洞室等部位用局扇將聚集的瓦斯吹出,使之與回風(fēng)混合后排出。為確保風(fēng)流循環(huán)速度需設(shè)置射流風(fēng)機(jī),誘導(dǎo)風(fēng)向。射流風(fēng)機(jī)隨模板臺(tái)車移動(dòng)而相對(duì)移動(dòng),通風(fēng)布置詳見圖1。
圖1 通風(fēng)布置示意圖
②為防止停電、風(fēng)機(jī)故障等原因引起的隧道停風(fēng),確保隧道連續(xù)通風(fēng),避免瓦斯聚集,隧道接入獨(dú)立雙回路電源,雙回路電源不得外接其他負(fù)荷,并且正洞配備2 臺(tái)備用風(fēng)機(jī),平導(dǎo)配備1 臺(tái)備用風(fēng)機(jī)。
③壓入式通風(fēng)機(jī)裝設(shè)在洞外30m 位置,避免污風(fēng)循環(huán)。瓦斯隧道的通風(fēng)機(jī)設(shè)兩路電源,并裝設(shè)風(fēng)電閉鎖裝置,當(dāng)一路電源停止供電時(shí),另一路應(yīng)在15min 內(nèi)接通,保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
④瓦斯隧道必須有一套同等性能的備用通風(fēng)機(jī),并經(jīng)常保持良好的使用狀態(tài)。
⑤瓦斯隧道應(yīng)采用抗靜電、阻燃的風(fēng)管。風(fēng)管口到開挖面距離應(yīng)小于5m,風(fēng)管百米漏風(fēng)率應(yīng)不大于2%。
按照總體技術(shù)方案,隧道施工劃分為四個(gè)作業(yè)面,其中作業(yè)面2 和作業(yè)面3 通風(fēng)方案選用巷道通風(fēng),采用壓入式通風(fēng)方案。配置2 臺(tái)SDF(c)-NO12.5 軸流風(fēng)機(jī)。由于增設(shè)平行導(dǎo)坑非貫通型,無法實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng),平行導(dǎo)坑與隧道主洞橫通道存在一定的轉(zhuǎn)角,同時(shí),作業(yè)面2、3 屬于密閉空間,在一定程度極大的影響了污染空氣的回流速度。因此總體方案考慮正洞、平導(dǎo)及回風(fēng)巷處各設(shè)一臺(tái)SDS-Ⅱ-No10.0 射流風(fēng)機(jī),以便排風(fēng)。在掌子面至模板臺(tái)車地段的死角、超挖嚴(yán)重、洞室等部位用局扇將聚集的瓦斯吹出,使之與回風(fēng)混合后排出。為確保風(fēng)流循環(huán)速度需設(shè)置射流風(fēng)機(jī),誘導(dǎo)風(fēng)向。射流風(fēng)機(jī)隨模板臺(tái)車移動(dòng)而相對(duì)移動(dòng)。為確保加速回風(fēng)效果,需要對(duì)射流風(fēng)機(jī)的安放位置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析評(píng)估,主要包括定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和工況分析兩項(xiàng)內(nèi)容。
監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的原則需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)并充分考慮壓入式巷道通風(fēng)循序回流特征、洞室結(jié)等因素。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速。布點(diǎn)方案如圖2,其中檢測(cè)點(diǎn)1 與監(jiān)測(cè)點(diǎn)3距離掌子面6m 位置,避免與風(fēng)管出口處在一條線上。
圖2 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)示意圖
3.2.1 風(fēng)量分配情況
由于平導(dǎo)通風(fēng)需要滿足兩個(gè)封閉作業(yè)面施工,采用一根風(fēng)管分流至作業(yè)面2 和作業(yè)面3。為提高送風(fēng)量的利用率,在1#橫洞位置設(shè)置風(fēng)量分配器(如圖3 所示),針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況,有針對(duì)性的分別控制兩個(gè)作業(yè)區(qū)間的送風(fēng)量,提高通風(fēng)效率。
圖3 風(fēng)量分配控制器
隧道施工通風(fēng)管道風(fēng)量分配控制器是通過對(duì)三通接頭通風(fēng)管道進(jìn)行控制,根據(jù)不同工序不同掌子面的風(fēng)量需要,合理分配管道通風(fēng),提高通風(fēng)效率。一拖二通風(fēng)模式,主要由洞外大功率風(fēng)機(jī)、主管道、支管道、主、支管道之間的連接管件(三通)等組成,風(fēng)機(jī)多采用串聯(lián)式雙機(jī)機(jī)組,可按照洞內(nèi)風(fēng)量需要,采用單機(jī)供風(fēng)或雙機(jī)供風(fēng);主、支管道采用柔性風(fēng)袋,通風(fēng)時(shí)在風(fēng)壓的作用下風(fēng)袋膨脹形成通道,停機(jī)時(shí)風(fēng)壓消失,風(fēng)袋自然下垂。主管道直徑一般為1.2m,支管道直徑一般為0.8m;連接管件一般將主管道與支管道連接牢固。
3.2.2 射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)式巷道通風(fēng)
射流風(fēng)機(jī)設(shè)置位置如圖4 所示。
圖4 射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)式巷道通風(fēng)射流風(fēng)機(jī)安裝圖
3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析
傳統(tǒng)不加射流風(fēng)機(jī)壓入式巷道通風(fēng)為方案Ⅰ,射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)式巷道通風(fēng)方案為方案Ⅱ,通過對(duì)兩種方案下工況點(diǎn)風(fēng)速和瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析風(fēng)速比對(duì)。
通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)有以下幾個(gè)特點(diǎn):(圖5)
圖5 方案Ⅰ工況點(diǎn)風(fēng)速監(jiān)測(cè)線圖
①1 和3 測(cè)點(diǎn)為掌子面直接供風(fēng)點(diǎn),風(fēng)速平均0.7m/s。
②2 和4 測(cè)點(diǎn)巷道供風(fēng)回風(fēng)困難區(qū),風(fēng)速平均0.3m/s。
③5.6 和7.8 測(cè)點(diǎn)為主供風(fēng)回風(fēng)巷道,風(fēng)速平均0.43m/s。
通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)有以下幾個(gè)特點(diǎn):(圖6)
圖6 方案Ⅱ工況點(diǎn)風(fēng)速監(jiān)測(cè)線圖
①1 和3 測(cè)點(diǎn)為掌子面直接供風(fēng)點(diǎn),風(fēng)速平均0.75m/s,較方案Ⅰ有改善。
②2 和4 測(cè)點(diǎn)巷道供風(fēng)回風(fēng)困難區(qū),回風(fēng)風(fēng)速有效提高,風(fēng)速平均0.5m/s。
③5.6 和7.8 測(cè)點(diǎn)為主供風(fēng)回風(fēng)巷道,主回風(fēng)風(fēng)速明顯改善,風(fēng)速平均0.55m/s。瓦斯稀釋情況。
通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)出響炮后掌子面瓦斯?jié)舛燃眲≡龈?,回風(fēng)流瓦斯?jié)舛入S之增高,約8 小時(shí)后濃度降到0.5%以下。(圖7)
圖7 方案Ⅰ工況瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)線圖
通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)出響炮后掌子面瓦斯?jié)舛燃眲≡龈?,回風(fēng)流瓦斯?jié)舛入S之增高,約4 小時(shí)后濃度降到0.5%以下,方案Ⅱ較方案Ⅰ瓦斯排放時(shí)間節(jié)省4 小時(shí)左右。(圖8)
圖8 方案Ⅱ工況瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)線圖
依托瓦斯隧道施工通風(fēng)設(shè)計(jì),在實(shí)際工程應(yīng)用中,采用分區(qū)、分階段、分工況采用不同的通風(fēng)方案,取得了良好的應(yīng)用效果,在瓦斯隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)方案總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下:
①采用合理的分區(qū)施工,在加快施工進(jìn)度的同時(shí),可以減少獨(dú)通風(fēng)壓力,對(duì)煤層瓦斯集中排放,一方面可以減少對(duì)正常施工段的二次污染,另一方面,可快速降低瓦斯?jié)舛取?/p>
②利用非貫通平行導(dǎo)坑對(duì)連續(xù)封閉空間實(shí)施通風(fēng),通過采用在回風(fēng)口、巷道中安防射流風(fēng)機(jī),利用其形成的負(fù)壓引導(dǎo)回風(fēng)方向,加速回風(fēng),極大的提高了通風(fēng)效果。
③針對(duì)連續(xù)封閉空間壓入式巷道通風(fēng),基于風(fēng)量均衡理論,應(yīng)用了隧道風(fēng)量分配器實(shí)現(xiàn)了不同工況、不同區(qū)間均衡通風(fēng),提高了新鮮空氣的利用率。