梁永忠 LIANG Yong-zhong

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

目前，特長(zhǎng)隧道多根據(jù)平行隧道設(shè)置情況，采用巷道式通風(fēng)，取得了良好的效果。而鐵路特長(zhǎng)隧道因其特殊性，一般設(shè)置平導(dǎo)，給隧道實(shí)施巷道式通風(fēng)提供了條件。[1]

鐵路隧道前期采用壓入式通風(fēng)，隨著隧道掘進(jìn)距離的增加，采用巷道式通風(fēng)，一般地，將新鮮風(fēng)進(jìn)風(fēng)通道設(shè)置在主洞，通過平導(dǎo)行車及作為污風(fēng)排出通道，并設(shè)置射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行局部加壓，以加速風(fēng)流速度。

隧道通風(fēng)成本由風(fēng)機(jī)、風(fēng)管購置及更換費(fèi)用、通風(fēng)電費(fèi)及通風(fēng)管理費(fèi)等，其中，通風(fēng)電費(fèi)占比達(dá)80%以上，故降低隧道通風(fēng)成本的關(guān)鍵在于降低通風(fēng)電費(fèi)，而降低通風(fēng)電費(fèi)的關(guān)鍵在于降低通風(fēng)機(jī)功率。因此如何降低通風(fēng)機(jī)功率是問題關(guān)鍵所在。

本文依托高原地區(qū)鐵路特長(zhǎng)隧道，對(duì)隧道通風(fēng)成本影響因素進(jìn)行研究，并重點(diǎn)分析了通風(fēng)機(jī)功率影響因素，提供了一種蓄風(fēng)房通風(fēng)技術(shù)，可為今后類似工程的施工通風(fēng)問題提供一定的參考和經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

某高原鐵路隧道位于四川省甘孜州境內(nèi)，海拔約3100m，該隧道設(shè)置平導(dǎo)作為輔助坑道，同時(shí)平導(dǎo)設(shè)置避車洞，平導(dǎo)與主洞之間設(shè)置人行通道，隧道獨(dú)頭最長(zhǎng)供風(fēng)長(zhǎng)度達(dá)7625m，單口掘進(jìn)距離長(zhǎng)，通風(fēng)難度大，且高海拔地區(qū)氣壓低、含氧量低，對(duì)隧道通風(fēng)效果有較大折損，故若只是利用傳統(tǒng)壓入式通風(fēng)不但難以滿足施工要求，且通風(fēng)成本也會(huì)大大增加。[2]-[3]

2 技術(shù)分析[4]-[6]

通風(fēng)機(jī)功率的大小主要決定于風(fēng)機(jī)供風(fēng)量、風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)工作效率、風(fēng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)，其中風(fēng)機(jī)工作效率、風(fēng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)為常數(shù)，風(fēng)機(jī)供風(fēng)量取掌子面最大作業(yè)人數(shù)需風(fēng)量、洞內(nèi)最小回風(fēng)速度需風(fēng)量、循環(huán)爆破排煙需風(fēng)量、內(nèi)燃機(jī)機(jī)械功率需風(fēng)量、有害氣體排除需風(fēng)量中的最大值，該值也是定值，故降低通風(fēng)機(jī)功率的核心手段為降低風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓。

風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓與風(fēng)管摩擦系數(shù)、空氣密度、風(fēng)管百米漏風(fēng)率、通風(fēng)管長(zhǎng)度、通風(fēng)管直徑、掌子面需風(fēng)量有關(guān)，其中空氣密度取常值；風(fēng)管摩擦系數(shù)、風(fēng)管百米漏風(fēng)率可通過選取優(yōu)質(zhì)風(fēng)管、通風(fēng)過程管理中進(jìn)行常態(tài)化維護(hù)或及時(shí)更換風(fēng)管來確保風(fēng)管摩擦系數(shù)、百米漏風(fēng)率為穩(wěn)定值，可認(rèn)定為常值；掌子面需風(fēng)量為計(jì)算值，根據(jù)上述描述，亦為定值；通風(fēng)管最小直徑與掌子面需風(fēng)量、風(fēng)機(jī)供風(fēng)量及經(jīng)濟(jì)風(fēng)速有關(guān)，掌子面需風(fēng)量、經(jīng)濟(jì)風(fēng)速為定值，風(fēng)機(jī)供風(fēng)量與通風(fēng)長(zhǎng)度有關(guān)，在保證隧道車輛和機(jī)械通行要求及臺(tái)車走行的情況下，通風(fēng)管直徑取最大值，故通風(fēng)管直徑亦可認(rèn)定為常值。故在其他參數(shù)值確定的情況下，降低一次性通風(fēng)長(zhǎng)度可有效降低風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓，同時(shí)該高海拔高原項(xiàng)目隧道內(nèi)輔助坑道、橫通道、避車洞較多，可充分利用該有利條件保證風(fēng)流回流而形成壓入式通風(fēng)和巷道式組合通風(fēng)，進(jìn)一步降低風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓，進(jìn)而有效降低通風(fēng)機(jī)功率。

3 通風(fēng)技術(shù)

3.1 工藝流程

以隧道主洞口不具備進(jìn)洞條件，從平導(dǎo)第一處人行通道向主洞洞口及掌子面兩個(gè)方向施工為例，來說明該通風(fēng)技術(shù)。高原鐵路特長(zhǎng)隧道蓄風(fēng)房通風(fēng)工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

3.2 關(guān)鍵通風(fēng)技術(shù)[7]-[10]

3.2.1 避車洞施工

輔助坑道開挖至避車洞處及時(shí)進(jìn)行避車洞設(shè)置，避車洞施工應(yīng)與主洞工藝一致，噴射砼平整度需嚴(yán)格控制，確保砼面輪廓、平面圓順，確保對(duì)風(fēng)阻的影響降到最低；噴射砼施工完畢后對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行充分打掃、高壓水槍沖洗，確保風(fēng)流中無粉塵、雜質(zhì)。

3.2.2 避車洞蓄風(fēng)房施工及風(fēng)壓傳感器安裝

獨(dú)頭長(zhǎng)距離壓入式通風(fēng)蓄風(fēng)房應(yīng)充分利用隧道避車洞，故蓄風(fēng)房設(shè)置側(cè)別應(yīng)與隧道避車洞側(cè)別一致，通過設(shè)置蓄風(fēng)房將長(zhǎng)距離壓入式通風(fēng)距離切割成短距離蓄力通風(fēng)，大大降低一次性通風(fēng)距離。蓄風(fēng)房設(shè)置在有避車洞的一側(cè)，蓄風(fēng)房采用彩鋼瓦或其他具備一定剛度的薄壁材料將避車洞圍閉成一個(gè)封閉空間，風(fēng)管出入口直徑要與風(fēng)管直徑相匹配，風(fēng)口設(shè)置帶傳感器裝置的風(fēng)壓測(cè)定儀，傳感器與出風(fēng)口軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定風(fēng)壓，出風(fēng)口軸流風(fēng)機(jī)葉片加速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高于設(shè)定風(fēng)壓，出風(fēng)口軸流風(fēng)機(jī)葉片減速旋轉(zhuǎn)，降低通風(fēng)距離的同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)壓，確保有效降低接續(xù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓。避車洞蓄風(fēng)房結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 避車洞蓄風(fēng)房結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.3 風(fēng)管安裝

蓄風(fēng)房設(shè)置到位后，從輔助坑道洞口引入主軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)管，風(fēng)管與每個(gè)蓄風(fēng)房進(jìn)風(fēng)口接縫處務(wù)必用防水防蝕密封膠做好密封處理。

3.2.4 人行通道施工

輔助坑道開挖至人行通道處，進(jìn)行人行通道設(shè)置，之后挑頂進(jìn)正洞。

3.2.5 人行通道蓄風(fēng)房施工及風(fēng)壓傳感器安裝

人行通道兩側(cè)分別設(shè)置蓄風(fēng)房，做好風(fēng)流1和風(fēng)流2、風(fēng)流3和風(fēng)流4的接引工作，風(fēng)管敷設(shè)至輔助坑道人行通道處，通過在人行通道處利用蓄風(fēng)房將風(fēng)管接續(xù)至正洞內(nèi)。人行通道蓄風(fēng)房結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 人行通道蓄風(fēng)房結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.6 形成巷道式風(fēng)流循環(huán)

當(dāng)主洞進(jìn)口貫通后，封堵風(fēng)流5在蓄風(fēng)房處的出風(fēng)口，取消風(fēng)流5，風(fēng)流1通過人行通道形成風(fēng)流3，風(fēng)流3進(jìn)入主洞并接續(xù)為風(fēng)流4，風(fēng)流4遇掌子面2后受阻返回直至主洞洞口，至此風(fēng)流1、風(fēng)流3、風(fēng)流4及主洞受阻返回風(fēng)流形成風(fēng)流循環(huán)，達(dá)到巷道式通風(fēng)的效果，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的進(jìn)一步降低。

蓄風(fēng)房通風(fēng)技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 蓄風(fēng)房通風(fēng)技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

4 施工控制要點(diǎn)

①蓄風(fēng)房用彩鋼瓦或其他具備一定剛度的薄壁材料將避車洞圍閉成一個(gè)封閉空間，風(fēng)管出入口直徑一定要與風(fēng)管直徑相匹配，圍閉避車洞前避車洞要用噴射砼封閉表面并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，之后用高壓水槍充分沖洗，將灰塵沖洗干凈，避免接力通風(fēng)過程中將避車洞灰塵帶入通風(fēng)道。

②蓄風(fēng)房設(shè)置到位后從洞口引入主軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)管，風(fēng)管與每個(gè)蓄風(fēng)房進(jìn)風(fēng)口接縫處務(wù)必用防水防蝕密封膠做好密封處理，出風(fēng)口與接續(xù)軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)管做好密封處理。

③蓄風(fēng)房出風(fēng)口處設(shè)置帶傳感器裝置的風(fēng)壓測(cè)定儀，傳感器與出風(fēng)口軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定風(fēng)壓，出風(fēng)口軸流風(fēng)機(jī)葉片加速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高于設(shè)定風(fēng)壓，出風(fēng)口軸流風(fēng)機(jī)葉片減速旋轉(zhuǎn)，降低通風(fēng)距離的同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)壓，確保有效降低接續(xù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓。

④敷設(shè)至輔助坑道人行通道處，通過在人行通道處利用蓄風(fēng)房將風(fēng)管接續(xù)至正洞內(nèi)，風(fēng)流再通過人行通道進(jìn)入主洞排出去，形成風(fēng)流循環(huán)，達(dá)到巷道式通風(fēng)的效果，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的進(jìn)一步降低。

5 總結(jié)

對(duì)于獨(dú)頭長(zhǎng)距離掘進(jìn)的隧道掌子面，因通風(fēng)距離過長(zhǎng)，通過通風(fēng)計(jì)算后風(fēng)機(jī)配置的功率極大，功率越大的風(fēng)機(jī)耗費(fèi)電費(fèi)越大，且全過程風(fēng)機(jī)維護(hù)費(fèi)用極高，本技術(shù)通過利用避車洞形成密封蓄風(fēng)房，有效降低一次性通風(fēng)距離，從而有效降低洞口主軸流風(fēng)機(jī)和各節(jié)點(diǎn)接續(xù)軸流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)功率。傳統(tǒng)壓入式通風(fēng)在全通風(fēng)段落內(nèi)難以做到全段智能化，一般在洞口設(shè)置智能化風(fēng)機(jī)，其余段落智能化較難實(shí)現(xiàn)，本技術(shù)以蓄風(fēng)房作為智能化載體，每個(gè)蓄風(fēng)房設(shè)置帶有傳感器的風(fēng)速測(cè)定儀，可實(shí)現(xiàn)全通風(fēng)段落內(nèi)所有風(fēng)機(jī)智能化動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)壓。

依托某高原鐵路隧道，對(duì)蓄風(fēng)房通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行了研究并應(yīng)用，總結(jié)如下：

①隧道通風(fēng)成本中，通風(fēng)電費(fèi)占比達(dá)80%以上，降低隧道通風(fēng)成本的關(guān)鍵在于降低通風(fēng)電費(fèi)，而降低通風(fēng)電費(fèi)的關(guān)鍵在于降低通風(fēng)機(jī)功率。

②影響通風(fēng)機(jī)功率大小的諸多因素中，除風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓外，皆為常數(shù)或定值，故降低通風(fēng)機(jī)功率的核心手段為降低風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓。

③風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓的諸多因素中，在其他參數(shù)值確定的情況下，降低一次性通風(fēng)長(zhǎng)度可有效降低風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓。本技術(shù)通過蓄風(fēng)房，有效降低一次性通風(fēng)距離，從而有效降低洞口主軸流風(fēng)機(jī)和各節(jié)點(diǎn)接續(xù)軸流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)功率。

④以蓄風(fēng)房作為智能化載體，每個(gè)蓄風(fēng)房設(shè)置帶有傳感器的風(fēng)速測(cè)定儀，可實(shí)現(xiàn)全通風(fēng)段落內(nèi)所有風(fēng)機(jī)智能化動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)壓。

⑤通過蓄風(fēng)房可實(shí)現(xiàn)輔助坑道通風(fēng)進(jìn)入主洞時(shí)，大角度順暢接力風(fēng)管至主洞，大大降低了沿程風(fēng)阻和局部風(fēng)阻，避免了傳統(tǒng)傳統(tǒng)風(fēng)管彎折風(fēng)損嚴(yán)重問題。