西秦嶺隧道店子坪斜井段施工通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用

王平超

（中鐵十八局集團(tuán)三公司 河北涿州）

一、引言

近年來(lái)隧道設(shè)計(jì)越來(lái)越長(zhǎng)，施工通風(fēng)難度日益增大。由于科技不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了特長(zhǎng)隧道專用通風(fēng)機(jī)且功率不斷增大，在解決特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)問(wèn)題上，除了傳統(tǒng)的接力式通風(fēng)系統(tǒng)外又有了新的手段。

二、工程概況

蘭渝鐵路是國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中西北至西南的區(qū)際新通道，其中咽喉性控制工程西秦嶺特長(zhǎng)隧道采用兩座單線隧道設(shè)計(jì)方案，兩座隧道中心線間距40 m，線路整體呈西北-東南走向，全長(zhǎng)28.234 km。

隧道共設(shè)3座輔助坑道，其中店子坪一號(hào)斜井自身長(zhǎng)1816 m，綜合坡率11.29%，穿過(guò)左線經(jīng)施工橫通道（橫通道長(zhǎng)32 m）進(jìn)入右線正洞后主攻方向（重慶方向）施工長(zhǎng)度1500 m，副攻方向（蘭州方向）施工長(zhǎng)度1020 m。斜井為單車道斷面（高×寬：6×5 m），按照設(shè)計(jì)初步計(jì)劃斜井井身范圍內(nèi)安裝兩條Φ1.5 m風(fēng)管，正洞內(nèi)安裝Φ1.8 m風(fēng)管或Φ1.5 m風(fēng)管。

三、斜井進(jìn)入右線正洞內(nèi)所需風(fēng)量計(jì)算

1.按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算風(fēng)量式（1）

Q——洞內(nèi)每人每分鐘所需新鮮空氣量，《隧規(guī)》規(guī)定按每人每分鐘3 m3計(jì)算

m——洞內(nèi)同時(shí)工作最多人數(shù)，副攻方向按45人考慮，主攻方向按60人考慮

k——風(fēng)量調(diào)整系數(shù)，取1.10～1.15

計(jì)算結(jié)果為副攻方向需風(fēng)量148.5 m3/min，主攻方向需風(fēng)量198 m3/min。

2.按滿足洞內(nèi)允許最小風(fēng)速要求計(jì)算風(fēng)量式（2）

s——隧洞開(kāi)挖斷面，70 m2；

v——允許最小風(fēng)速，全斷面開(kāi)挖取0.15 m/s。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量630 m3/min。

3.按同時(shí)爆破的最多炸藥量計(jì)算式（3）

t——通風(fēng)時(shí)間，30 min

A——一次爆破炸藥消耗量，192kg

b——一公斤炸藥爆破時(shí)所構(gòu)成的一氧化碳體積（L），一般采用b=40L。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量1280 m3/min。

4.按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計(jì)算式（4）

A、t、b——符號(hào)意義同前

K——風(fēng)量備用系數(shù)，取1.1

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量528 m3/min。

5.允許濃度計(jì)算

按壓入式通風(fēng)30 min內(nèi)將齊頭工作面爆破產(chǎn)生的有害氣體濃度稀釋到允許濃度計(jì)算，見(jiàn)式（5）。

S——隧道斷面積，70 m2

L——通風(fēng)區(qū)段長(zhǎng)度，取100 m，即掌子面向洞口方向100 m范圍內(nèi)

A、t——符號(hào)同前

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量549 m3/min。

6.許可濃度計(jì)算

按稀釋內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計(jì)算，見(jiàn)式（6）。

Q——柴油機(jī)廢氣排量。假定當(dāng)一個(gè)工作面出碴時(shí)，洞內(nèi)有自卸車6輛，（柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量9.3 L，轉(zhuǎn)速1900 r/min），3量重車，3量空車。ZL50C裝載機(jī)1臺(tái)（柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量7.6 L，轉(zhuǎn)速2100 r/min），取重車及裝載機(jī)的負(fù)荷率0.9，轉(zhuǎn)速系數(shù)1，空車負(fù)荷率0.3，轉(zhuǎn)速系數(shù)0.8。

δ——稀釋系數(shù)，10.6

η——安全系數(shù)，1.5

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量1771 m3/min。

取上述風(fēng)量的最大值作為設(shè)計(jì)風(fēng)量，故工作面所需風(fēng)量應(yīng)＞1771 m3/min。

四、斜井施工段所需風(fēng)壓計(jì)算

1.采用普通功率風(fēng)機(jī)接力式通風(fēng)時(shí)風(fēng)壓計(jì)算

（1）考慮漏風(fēng)因素后所需風(fēng)量。據(jù)風(fēng)管廠提供的技術(shù)指標(biāo)，百米漏風(fēng)率正常時(shí)可控制在1.5%以內(nèi)。交叉口處通風(fēng)距離考慮主攻方向1500 m，副攻方向1020 m，據(jù)此計(jì)算漏風(fēng)系數(shù)，見(jiàn)式（7）。

L——通風(fēng)距離，主攻方向1500 m，副攻方向1020 m

P100——百米漏風(fēng)率，取1.5%

計(jì)算結(jié)果為P主攻=1.29，P副攻=1.18

故計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向需最大風(fēng)量Qmax主=2284 m3/min和Qmax副=2089 m3/min。

（2）交叉口處系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算。

管道摩擦阻力，見(jiàn)式（8）

λ——管道摩阻系數(shù)，0.015

表1 接力通風(fēng)方案系統(tǒng)設(shè)備配置表

L，γ，Qmax，Q——符號(hào)意義同前

d——風(fēng)管直徑

H≈h摩

計(jì)算結(jié)果h主=1303 Pa，h副=810 Pa。

（3）斜井井口處系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算。斜井自身長(zhǎng)1805 m，通過(guò)計(jì)算漏風(fēng)系數(shù)為P=1.37，故知斜井井口處所安置的風(fēng)機(jī)需提供風(fēng)量為Qmax主=3129 m3/min，Qmax副=2862 m3/min。

因井身受斷面限制，設(shè)置2條Φ1.5 m風(fēng)管。故斜井井口處需風(fēng)壓為H主=9415 Pa，H副=4352 Pa。

表2 接力通風(fēng)方案系統(tǒng)設(shè)備配置表

2.采用超大功率風(fēng)機(jī)獨(dú)頭壓風(fēng)式通風(fēng)時(shí)風(fēng)壓計(jì)算

（1）考慮漏風(fēng)因素后所需風(fēng)量。采用超大功率通風(fēng)機(jī)獨(dú)頭壓風(fēng)時(shí)，通風(fēng)距離考慮主攻方向3320 m，副攻方向2840 m，據(jù)此計(jì)算漏風(fēng)系數(shù)。計(jì)算結(jié)果為P主=2.04，P副=1.77。故計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向需最大風(fēng)量Qmax主=3612 m3/min和Qmax副=3134 m3/min。

（2）斜井井口處系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算。計(jì)算結(jié)果H主=10611 Pa，H副=9209 Pa。

3.系統(tǒng)布置及風(fēng)機(jī)選型

接力通風(fēng)方案系統(tǒng)布置見(jiàn)圖1，風(fēng)機(jī)選型見(jiàn)配套見(jiàn)表1，超大功率風(fēng)機(jī)獨(dú)頭式壓風(fēng)方案系統(tǒng)布置見(jiàn)圖2，風(fēng)機(jī)選型及配套見(jiàn)表2。

圖1 接力通風(fēng)方案系統(tǒng)布置圖

圖2 超大功率風(fēng)機(jī)壓風(fēng)方案系統(tǒng)布置圖

4.方案對(duì)比

2種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 方案對(duì)比表

五、最終方案及實(shí)際通風(fēng)效果

根據(jù)施工實(shí)際情況，最終選定普通風(fēng)機(jī)接力通風(fēng)方案，同時(shí)，為了便于日常維護(hù)，將F1，F(xiàn)2風(fēng)機(jī)定型為SDF（B）-No15型風(fēng)機(jī)。風(fēng)箱采用L50×5角鋼做骨架，Φ6 mm鋼筋網(wǎng)片左箱板，外披防水板進(jìn)行加工，具體加工圖見(jiàn)圖2。

西秦嶺隧道店子坪斜井施工段目前重慶（主攻）方向已完成掘進(jìn)1000 m，蘭州（副攻）方向完成掘進(jìn)590 m，采用接力式通風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)施工中采取噴霧降塵，濕噴混凝土及減少漏風(fēng)等加強(qiáng)措施，根據(jù)在距兩個(gè)掌子面50 m，100 m的作業(yè)人員較集中地段爆破后通風(fēng)30 min時(shí)段空氣質(zhì)量檢測(cè)，游離態(tài)二氧化硅濃度平均分別為1.9 mg/m3（50 m地段），2 mg/m3（100 m地段），風(fēng)速分別為 0.20 m/s（重慶方向），0.17 m/s（蘭州方向），CO，NO濃度均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際運(yùn)行效果良好。

六、結(jié)論

通過(guò)西秦嶺隧道店子坪斜井施工段通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施實(shí)踐，證明在特長(zhǎng)隧道專用超大功率通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)后，傳統(tǒng)的接力式通風(fēng)系統(tǒng)依舊是解決目前特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)的優(yōu)選方案。但隨著社會(huì)生產(chǎn)力不斷發(fā)展，特長(zhǎng)隧道必將發(fā)展成為超長(zhǎng)隧道，超大功率通風(fēng)機(jī)也勢(shì)將成為解決施工通風(fēng)難題的科技發(fā)展方向。今后的施工中，在條件允許的情況下，將采用超大功率通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方案，以便通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)該方案的實(shí)際效果。

圖3 風(fēng)箱（長(zhǎng)×寬×高2.5×3×2 m）加工示意圖