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            方斗山隧道施工通风技术探讨

            文档作者: 李集光        文档来源: 中铁隧道集团一处有限公司
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            更新时间: 2021年01月09日
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            公路隧道 2010年第1期(总第69期) 方斗山隧道施工通风技术探讨 李集光 (中铁隧道集团一处有限公司重庆401121) 摘 要介绍了目前隧道施工通风的主要方式、使用条件,以石忠高速公路方斗山隧道为例,通过对通风条件分 析、经济性比较,并对通风机的选择进行了参数计算;论述了巷道式通风在分离式双洞单向行车的长大公路隧道运 用的可行性及优越性,对改善施工环境、缩短施工工期、控制工程成本有着重要的实际意义,为类似工程的施工提 供参考。 关键词 长大公路隧道施工通风设计 I 刖瞢 随着我国经济的发展,对道路交通的要求越来 越高,公路建设不断向高等级、高速化发展。由于高 等级公路对线形、纵坡要求高,修建长大公路隧道的 机会将不断增加。长大隧道往往是控制工期的关键 性工程,但普遍存在通风效果差、工期紧的特点,因 此加强隧道施工通风技术的研究,对改善施工环境、 缩短施工工期、控制工程成本有着重要的实际意义。 2 目前国内外主要的施工通风方式 按供风来源分有自然通风和机械通风两类。 机械通风按风道的类型和风机安装位置有风管 式通风、巷道式通风、风道式通风3种。 2.1 自然通风 利用新鲜风流的扩散作用与工作面的空气掺 混,逐渐使洞内的污浊空气排出,从而达到通风换气 的目的。扩散通风只在极短的隧道掘进中才有效, 且换气时间长,一般不采用。 2.2 风管式通风 风流经由管道输送,分为压人式、抽出式、混合 式3种。 (1)压人式通风 采用通风机把新鲜空气经风管压人工作面,污 浊空气沿隧道流出。新鲜风流从风筒出口流出以 后,由于空气分子的径向运动,在风流边界上与炮烟 等污浊空气相互掺混,发生动量交换,使风速逐渐降 低,而射流断面逐渐扩大,在通风过程中炮烟随风流 排出。 (2)抽出式通风 通风机或局部扇风机经风管把工作面的污浊空 气抽出,新鲜风流沿隧道流入。 · 56 ’ (3)混合式通风 混合式通风方式即有一路为压人式通风,主要 作用是送人新鲜空气;另一路为排风方式,主要作用 是吸出污染空气,从而达到快速降尘的目的。 2.3 巷道式通风 在两条平行隧道之间,每隔一段距离用联络横 洞贯通,然后在两边工作面采用压人式通风。压人 式风机安装在进风隧道内,污浊空气沿另一条平行 隧道流出。 2.4 风道式通风 利用隧道成洞部分隔出一条断面2~4m 的通 风道,以减少风管长度增大通风量。 3 方斗山隧道工程概况 沪蓉国道主干线是交通部规划的“五纵七横”国 道主干线中的“一横”,东起上海,经南京、合肥、武 汉、重庆至成都,是国家重点公路干线的重要组成部 分。石(柱)忠(县)高速公路是沪蓉国道主干线中的 一段,位于重庆东部。B12合同段方斗山隧道位于 石柱县大歇乡,左线全长7562m,右线全长7600m, 为西南地区最长公路隧道。 方斗山隧道为全线最长的隧道,是全线控制性 工程之一,设计为分离式双洞单向行车隧道,左、右 洞间距40m,每隔700~800m设一个车行横通道。 左线进口段长3797m,右线进口段长3795m,隧道建 筑限界宽10.5m,高5m。 隧道左、右线分别从进1:1方向独头掘进,形成两 个工作面,开挖支护一定距离后,根据施工进度和地 质情况合理安排后续工程施工。 隧道施工采用无轨运输,光面爆破开挖,复合式 衬砌??诓捎米瓯?,装载机配合自卸汽车出碴。 李集光方斗山隧道施工通风技术探讨 4 通风方式选择 4.1 自然通风 自然通风适用于短隧道,独头掘进在300m 以 内时可使用这种通风方式,且通风时间长,因此不适 用于长大隧道通风。 4.2 风管式通风 风流经由管道输送,分为压入式、抽出式、混合 式三种。 (1)压人式通风 单机可用于100~800m 内的独头隧道内,多机 串联可用于800~1800m内的独头隧道内。优点是 通风距离较长,能较快排除工作面污浊空气,易于拆 装。缺点是污浊空气流经全洞,造成全隧道空气污 染。 (2)抽出式通风 适用于长度在400m 以内的隧道或配合压人式 通风使用。优点是新鲜空气流经全洞,不会造成洞 内空气污染。缺点是新鲜空气流经全洞到达]_作面 时已不太新鲜,要求风管未端距工作面不超过10m, 布置上较困难,通风效果差。 (3)混合式通风 混合式通风兼有以上两种方式的优点,但要布 设两路管路,投人大,增加养护工作量,同时占用隧 道空间,干扰运输作业。 4.3 巷道式通风 适用于有平行导坑的长隧道,这种通风方式断 面大,阻力小,可供较大的风量,是目前解决长隧道 通风比较有效的方法。 4.4 风道式通风 适用于隧道比较长,一般风管式通风难于解决, 又无平行导坑可利用的隧道。 4.5 经济性比较 隧道通风方式主要有风管式通风、巷道式通风、 风道式通风。 巷道式通风与风管式通风:风管式通风在隧道 掘进到3800m 时,左、右线使用风管数量不小于 7600m,同时风管式通风的风阻大,通风量较小。而 巷道式通风风量大、通风时间短、风机配置少,经济 优势明显。 巷道式通风与风道式通风:风道式通风须在隧 道内修筑风道,增加工程成本,同时由于修筑风道, 减小了隧道的车行空问,给施工安全增加了不安全 因素。 4.6 通风方式选择 通过以上对通风方式的适用条件、优缺点比较, 巷道式通风方式最适用于长大公路隧道施工通风, 同时具有明显的经济效益。方斗山隧道设计为分离 式双洞单向行车隧道,左、右洞间距40m,每隔700 ~ 800m设一车行横通道。因此方斗山隧道可以左 洞为进风道,通过车行横通道,将右洞设为排风道, 通风条件可以满足巷道式通风的要求。因此,方斗 山隧道使用巷道式通风是可行的。 5 所需风量计算 隧道断面积为80m ,按隧道掘进长度达到 3800m时进行风量计算。 5.1 设计计算采用的劳动卫生标准 (1)一氧化碳最高允许浓度30mg/m。; (2)二氧化碳不得大于0.5 (按体积计); (3)氮氧化物为5mg/m。以下; (4)洞内最高平均温度不大于28℃ ; (5)洞内噪音不得大于90dB(A); (6)洞内最小排尘风速不得小于0.25m/s; (7)粉尘浓度小于2mg/m。(含有10 以上游离 Si()2的粉尘),水泥尘小于6mg/m。(含有1O 以下 游离Si 水泥粉尘)。 5.2 方斗山运渣车辆数量计算 根据施工组织进度要求,每天进度达到9m,根 据施工方法每天开挖3个循环,因此出碴时间限制 在180min内。 当隧道开挖到3800m时按装碴连续性要求的 车辆数量 N=(2×L1/ 1+2×L2/ )/s+1 一(2×3.5/10×60+2×0.3/5×60)/4+1 — 13.3-~13辆 (1) 式中: L 一非施工段长度,3500m; 一非施工段安全行车速度,取10Km/h; L2~施工段长度,取300m; V 一施工段安全行车速度,取5Km/h; S一两个装碴机装碴时间; 根据出碴量验证是否满足时间要求: T=L×S1× /V× +(2×L1/V1+2×L2/V2) T一3×8O×1.4/10×4+(3.5/10×604-0.3/5 × 60) ===159rain~ 180rain (2) 式中: · 57 · 公路隧道 2010年第1期(总第69期) 卜出碴总时间; L一循环进度3m; K一松散系数,取1.4; 一每车运碴方量,取10m。; £一每车装碴时间,取4rain; Ll、 、L2、 同式(1)。 经计算满足总出碴时间要求,出碴车辆数取14 辆。 5.3 满足出碴时通风量计算 Q1一n1×ql+n2×q2 (3) 式中: ~ 挖、装机械台数,取2台; q 一每台挖、装机械每马力排出废气量,取1.26 m。/rain·HP: n 一同时工作的汽车台数,取14台; gz一每台汽车每马力排出废气量,取0.84m。/ min ·H P。 代人式(3),Q1===2×1.26×497+14×235× 0.84=4016m3/min 考虑进料车、罐车、内燃机械以及车辆使用年限 等因素,修正系数取1.3。 Q1=4016×1.3===5221(m。/min) (4) 5.4 爆破、排尘的需风量计算 稀释爆破有害气体所需风量,根据施工组织安 排,稀释至允许范围内的通风时间为30min。 Q2一 丽 (5) 式中: £一稀释通风时间,取30mini A一每次爆破用药量,取380kg; L一稀释区长度,取200m。 代入式(5)得:Q2一 J U 一1196 m。/rain 5.5 洞内最多工作人数所需风量 Q3=q· ·k (6) 式中: q一洞内每分钟人均需新鲜空气,取3m3/minl 一洞内最多同时工作人数,取120人; 一备用系数,取1.25。 代入式(6)得: =3×120×1.25=450m3/min 5.6 最大所需通风量 经比较洞内所需最大风量为出碴时的风量与施 工人员所需风量之和。 Q=Q1+ 一5221+450=5671m3/min (7) 洞内风速:5671÷60-80—1.18m/s (8) 按最大风量考虑,风速满足洞内最小允许风速 0.15m/s,并不大于最大允许风速6m/s的要求。 6 风机选择及配置 6.1 通风机选择 SFD系列通风机的主要参数见表1。 表1 SFD系列通风机主要参数表 根据计算最大风量需求选择通风机械,由表1 风机技术参数,可选用SFDIl NQ12.5型通风机。该 风机技术参数为功率2×ll0KW,出口风速40m/s, · 58 · SFDII No12.5 280O~ 1500 2× 37 2000~ 1500 2×18.5 1500~800 出风口面积1.226m ,风量可达到2800~ 1500 II1。/rain,两个风机并联可满足风量要求。 6.2 通风阻力计算射流风机台数 李集光方斗山隧道施工通风技术探讨 6.2.1 通风阻力计算 == = (Σ ·9.8·C~/(2gS。)+Σ ·9.8· L . ·Q2/s2)+0.0612Σ .Q2/(s—S ) (9) 式中: V车一局部阻力系数; 一隧道内沿程磨擦阻力系数; 一正阻力系数; L 隧道长度; 一隧道周长; Q 计算风量; g一重力加速度; S一隧道面积; S 一障碍物面积。 左、右洞阻力见下表2。 表2 通风阻力表 代人式(9)得:/kPc=96.4Pa 6.2.2 射流风机升力计算 △ 一l0÷2xvj ×29:X(1一 ) ===1.2÷ 2×40。× 2×0.015× (1— 0.029) 一27.96pa (10) 式中: 一射流风机出口风速,取40km/h; 面积比, 一Fj/Fs=1.22/80--0.015; FJ一射流风机的出风面积,1.226m。; FS一隧道横断面积,80m ; 一速度比; 一VS/Vj—1.18/4o===0.029; 一隧道内风速,1.18m/s。 6.2.3 射流风机台数 所需射流机台数n一△Pc/zZPj一96.4/27.96 ≈3.45(台) (11) 式中: ——射流风机台数; △Pc— — 通风阻力。 通过以上分析计算,方斗山隧道在开挖到 3800m时,采用巷道式通风是可行的,能满足通风 要求。在靠近掌子面横通道内安装一台30kw射流 风机。射流风机按计算需用3.45台,本通风计算未 考虑洞口地形,洞外风速及风向对隧道通风的影响, 为确保通风效果达到预定的目的,设计安装4台射 流风机。 6.3 通风设备及动力 通风设备及动力见表3,总功率约618kw。 表3 通风设备表 设备名称 射流风机 射流风机 轴流风机 风管 01.5m 型号 SFDⅢNo12.5 SF一100 SDS一1O 螺旋焊接 数量 4 1 2 3O0Om 备用 O O 1 1000m 动力(k 百米漏 w) l1O×4—440 30 74×2—148 风率1 7 方斗山隧道通风设计 方斗山隧道施工通风设计分3个阶段实施。 第1阶段:在开挖到达第一个车行横通道前,左 右线洞口各配一台SDS一10轴流风机,采用风管式 压入式通风,第一阶段通风长度可达到800m。第一 阶段通风方案见图1。 双速风棚 螺旋风管 图1 第一阶段通风方案示意图 第2阶段:隧道掘进超过第1个横通道100m 后,采用巷道式通风方式通风,由左线为进风道,利 用车行横通道将右线设为排风道,在左线洞内200m 处配2台SFD~INo12.5射流风机,将原洞口轴流风 机移至洞内,在横通至掌子面仍采用压人式通方式。 第二阶段通风方案见图2。 第3阶段;由式(9)可知通风阻力将随隧道掘进 长度而增加,其阻力与隧道长度的函数关系如图3。 由于通风阻力的增加,通风机的升力不足将导致通 风效果差,不能满足施工需要和劳动卫生标准要求, 因而进行方案调整,增加2台SFDⅢNo12.5射流风 机。第3阶段通风方案见图4。 · 59 · 公路隧道 2010年第1期(总第69期) 图2 第2阶段通风方案示意图 △pj.-通风阻力 L L:隧道掘进长度 图3 隧道掘进长度与通风阻力关系图 图4 第3阶段通风方案示意图 8 通风管理及其它辅助措施 (1)成立专业的通风队伍,负责通风机械、通风 管路的安装和维护,通风方式变换。 (2)洞内沿程洒水,可以有效降低洞内扬尘。 (3)爆破后、喷射混凝土时采用洒水降尘,溶解 部分H S、氨等可溶有害气体,降低粉尘的浓度,增 加能见度。 (4)炮眼采用湿炮泥封堵,既可减少残跟,又可 使污染在源头得到治理。 (5)jJu强个人防护,做到个人防护用具的普遍化 和正确使用。 9’ 结束语 · 6O · 在有平行双洞的长大公路隧道中使用巷道式通 风是可行有效的,且最为经济。方斗山隧道现已顺 利贯通,施工通风效果良好,达到了通风时间短,洞 内空气质量达到规定要求。巷道式通风技术在方斗 山隧道的成功运用,为方斗山隧道的快速施工提供了 有力的保证,同时投入少,取得了较好的经济效益。 参考文献 Eli 王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2000. E2] 煤矿通风与安全编写组.煤矿通风与安全. E3] 陆懋成,武雪都.鹧鸪山高原隧道(东口)施工通风设计 与实施Ec].国际隧道协会2001年北京研讨会论文集, 200】.
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