張峰水庫(kù)輸水總干17號(hào)隧洞施工供風(fēng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李重民

（山西省張峰水庫(kù)建設(shè)管理局，太原030002）

1 工程概況及施工特點(diǎn)

17號(hào)隧洞是張峰水庫(kù)輸水總干工程中21條隧洞之一，是輸水總干線較長(zhǎng)、埋深較深的引水洞，隧洞總長(zhǎng)3 660 m，隧洞設(shè)計(jì)縱坡為1/3000，洞身斷面均為城門洞形，開挖斷面尺寸僅為2.5 m×2.8 m，設(shè)計(jì)開挖斷面積僅為6.76 m2。隧洞分別從進(jìn)/出口兩個(gè)作業(yè)面進(jìn)行開挖，其中17號(hào)隧洞進(jìn)口洞段是本工程單面掘進(jìn)深度最大的作業(yè)面，最大掘進(jìn)深度為1 964 m，其覆蓋層厚度達(dá)100～300 m，其單面掘進(jìn)深度大、施工作業(yè)小、通風(fēng)困難是制約本工程施工的最大難點(diǎn)，本文重點(diǎn)闡述通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，以供類似工程經(jīng)驗(yàn)探討。

2 初步通風(fēng)方案

張峰水庫(kù)輸水總干17號(hào)隧洞進(jìn)口洞段是單面掘進(jìn)最大的一個(gè)作業(yè)面，因此，采用該作業(yè)面通風(fēng)方案進(jìn)行闡述。結(jié)合開挖掌子面面積僅為6.76 m2，開挖渣料較少，故采用無(wú)軌方式出渣，為降低機(jī)械尾氣對(duì)洞內(nèi)空氣的污染，在裝渣機(jī)械選用電動(dòng)扒渣機(jī)進(jìn)行裝渣，受隧洞開挖斷面積（2.5 m×2.8 m）制約，選定礦用三輪車進(jìn)行洞內(nèi)運(yùn)輸。結(jié)合設(shè)計(jì)單位進(jìn)行的地質(zhì)勘探，該作業(yè)區(qū)域內(nèi)不存在有害氣體，因此，該作業(yè)面的通風(fēng)設(shè)計(jì)按照運(yùn)輸汽車尾氣和爆破煙塵兩項(xiàng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。初步確定在隧洞進(jìn)口部位設(shè)置2×35kW軸流風(fēng)機(jī)向洞內(nèi)壓入式通風(fēng)。

3 通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)隧洞施工的實(shí)際情況，洞內(nèi)工作面所需風(fēng)量主要從以下幾方面進(jìn)行設(shè)計(jì)確定。

（1）洞內(nèi)施工人員所需風(fēng)量

式中：Vp—施工人員所需風(fēng)量，m3/min；

Vm—洞內(nèi)每人所需新鮮空氣量，m3/min，按3 m3/min計(jì)；

m—洞內(nèi)單面同時(shí)工作的最多人數(shù)，本工程10人；

k—風(fēng)量備用系數(shù)，取1.10～1.15，本工程取1.15。

故：Vp=3×10×1.15=34.50（m3/min）。

（2）爆破散煙混合式通風(fēng)所需風(fēng)量（壓入式）

式中：V—混合式壓入通風(fēng)所需風(fēng)量，m3/min；

Q—同時(shí)爆破的炸藥量，kg；

S—隧洞開挖斷面的面積，m2，本工程6.76 m2；

L—壓風(fēng)管口至工作面距離，m，取30 m；

t—通風(fēng)時(shí)間，min，取 30 min。

根據(jù)開挖經(jīng)驗(yàn)，按隧洞全斷面每循環(huán)進(jìn)尺2.5 m，石方開挖量為16.9 m3，炸藥用量為1.6 kg/m3，則Q=27.04 kg。

故：V=103.6×0.26=26.94（m3/min）。

在海拔地區(qū)（隧洞平均海拔為720 m），排塵通風(fēng)量不做高程修正，但爆破散煙風(fēng)量需作修正。高程系數(shù)K見(jiàn)表1。

表1 高程系數(shù)K值表

所以，按同一時(shí)間最大炸藥量計(jì)算所需風(fēng)量

V’=V/0.92677=29.07 m3/min。

（3）達(dá)到洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量

式中：Vd—保證洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量，m3/min；

Vmin—洞內(nèi)允許最小風(fēng)速，小斷面隧洞不小于0.25 m/s；

Smax—隧洞的最大斷面積，m2，本工程 6.76 m2。

故：Vd≥60×0.25×6.76=101.4（m3/min）。

（4）使用柴油機(jī)械時(shí)的通風(fēng)量

根據(jù)工程的實(shí)際情況，隧洞洞挖渣料采用無(wú)軌運(yùn)輸，裝渣使用B2型電動(dòng)扒渣機(jī)，功率為20 kW。洞內(nèi)運(yùn)渣采用功率為13 kW的礦用三輪車，最多時(shí)為8輛（洞內(nèi)作業(yè)最多按6輛考慮）。

式中：Vg—使用柴油機(jī)械時(shí)的通風(fēng)量，m3/min；

vo—單位功率所需風(fēng)向量指標(biāo)，m3/kW·min，取4.1m3/kW·min；

N—同時(shí)在洞內(nèi)工作的柴油機(jī)械的總額定功率，kW。

故：Vg=4.1×6×13=320（m3/min）。

施工通風(fēng)必須滿足施工人員的正常呼吸需要，并能滿足沖淡、排除爆破及施工機(jī)械所產(chǎn)生的有害氣體和粉塵要求。由此可知，洞內(nèi)所需通風(fēng)量是柴油機(jī)械工作時(shí)決定的，即320 m3/min。

（5）供風(fēng)設(shè)備布置與選型

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，該隧洞供風(fēng)隧洞長(zhǎng)，因此采用接力供風(fēng)方式向洞內(nèi)供風(fēng)，初步設(shè)計(jì)為第一級(jí)接力布置于800 m部位，第二級(jí)接力布置于1 300 m部位，第三級(jí)接力布置于1 700 m部位。因此單級(jí)供風(fēng)長(zhǎng)度最長(zhǎng)即800 m進(jìn)行供風(fēng)考慮，隧洞供風(fēng)管漏風(fēng)系數(shù)P按1.2考慮；供風(fēng)保證系數(shù)取2；百米漏風(fēng)率η取0.15%；最遠(yuǎn)供風(fēng)距離按800 m計(jì)算；洞內(nèi)使用柴油機(jī)械需要的供風(fēng)量為320 m3/min。

故：V供=P×Vg（1+η）L/100×2=777.3（m3/min）。

根據(jù)上述供風(fēng)量的計(jì)算結(jié)果，選擇在洞口布置型號(hào)為2×35 kW軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式供風(fēng)，洞內(nèi)接力均采用22 kW軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力。

4 校核結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用校驗(yàn)，洞內(nèi)施工時(shí)洞內(nèi)供風(fēng)量總體滿足工程施工需求，但其通風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)，因此在作業(yè)時(shí)，分別在1 800 m、1 400 m部位增設(shè)15 kW軸流式通風(fēng)機(jī)向外抽風(fēng)，以使掌子面形成良好的空氣循環(huán)，確?？諝庑迈r。

通過(guò)對(duì)17號(hào)隧洞進(jìn)洞口作業(yè)面開挖供風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，達(dá)到了完成開挖任務(wù)的目的，確保了洞內(nèi)作業(yè)人員、機(jī)械設(shè)備的安全，保障了作業(yè)人員的職業(yè)健康，節(jié)省了支洞開挖或通風(fēng)豎井成本，對(duì)小斷面隧洞施工的通風(fēng)具有借鑒意義。