長(zhǎng)大公路隧道施工通風(fēng)技術(shù)研究

王 玉 艷

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西應(yīng)用科技學(xué)院建工學(xué)院，山西 太原 030032)

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長(zhǎng)大公路隧道施工通風(fēng)技術(shù)研究

王 玉 艷1，2

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西應(yīng)用科技學(xué)院建工學(xué)院，山西 太原 030032)

結(jié)合某長(zhǎng)大公路隧道通風(fēng)的長(zhǎng)度和要求，介紹了隧道進(jìn)口正洞壓入式通風(fēng)與隧道斜井壓入式通風(fēng)兩種方案，并對(duì)兩種方案下不同的通風(fēng)工況進(jìn)行了計(jì)算分析，有利于比選出最佳的通風(fēng)方案。

隧道，通風(fēng)方案，斜井，通風(fēng)機(jī)

1 工程概況

某隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道。全長(zhǎng)11 377 m，為超長(zhǎng)隧道。本標(biāo)段施工隧道進(jìn)口端其長(zhǎng)度為5 730 m。1號(hào)通風(fēng)斜井，斜長(zhǎng)1 129 m，施工中可兼作施工輔助導(dǎo)坑。

2 隧道通風(fēng)長(zhǎng)度和通風(fēng)要求

2.1 通風(fēng)長(zhǎng)度

1)根據(jù)工期計(jì)劃，隧道正洞左右線通風(fēng)長(zhǎng)度3 230 m。2)由1號(hào)斜井向正洞四個(gè)掘進(jìn)斷面通風(fēng)，根據(jù)工期計(jì)劃，左右線向出口方向通風(fēng)長(zhǎng)度為1 700 m，向進(jìn)口方向通風(fēng)長(zhǎng)度為800 m，斜井本身通風(fēng)長(zhǎng)度為1 129 m。

2.2 通風(fēng)要求

按國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，隧道施工期間，洞內(nèi)空氣質(zhì)量：

1)給隧道內(nèi)作業(yè)人員提供足夠的新鮮空氣，空氣中氧氣含量按體積計(jì)不得低于20%；2)洞內(nèi)人均每分鐘必須供給不得少于3 m3、內(nèi)燃機(jī)每千瓦不得少于4.5 m3的新鮮空氣，洞內(nèi)不得小于0.25 m/s的風(fēng)速等。結(jié)合本項(xiàng)目計(jì)劃通風(fēng)長(zhǎng)度和通風(fēng)要求，進(jìn)行通風(fēng)方案設(shè)計(jì)計(jì)算。

3 通風(fēng)方案

3.1 隧道進(jìn)口正洞壓入式通風(fēng)

1)第一種工況(見圖1)。

左右洞獨(dú)頭式通風(fēng)，通風(fēng)距離按不大于1 500 m計(jì)算。

a.按允許最低平均風(fēng)速計(jì)算。

取開挖平均斷面積85 m2，允許最低平均風(fēng)速0.25 m/s。工作面要求新鮮風(fēng)量：

Q1=vs=0.25×85×60=1 275 m3/min。

b.按洞內(nèi)最多工作人數(shù)計(jì)算。

Q2=kmq=1.2×3×54=194.4 m3/min。

c.按排除炮煙計(jì)算。

取循環(huán)進(jìn)尺3.5 m，單位炸藥用量1.0 kg/m3,一次爆破炸藥用量G=3.5×85×1.0=297.5 kg。

取爆破后通風(fēng)時(shí)間30 min。

炮煙拋擲長(zhǎng)度l0=15+G/5=74.5 m。

則工作面要求風(fēng)量Q3按下式計(jì)算：

Q3= (5Gb-Al0)/t=(5×297.5×40-85×74.5)/30=1 772 m3/min。

d.按稀釋內(nèi)燃廢氣計(jì)算。

設(shè)自卸車在洞內(nèi)行駛速度15 km/h,循環(huán)裝碴時(shí)間4 min/車，運(yùn)碴車功率216 kW，裝碴機(jī)功率150 kW。當(dāng)洞內(nèi)運(yùn)輸距離為1 500 m時(shí)，洞內(nèi)運(yùn)行運(yùn)碴車4輛，裝載機(jī)1輛。柴油機(jī)利用率系數(shù)k=0.55。各種內(nèi)燃機(jī)設(shè)備的總功率為：

∑Nk=(216×4+150)×0.55=1 014×0.55=557.7 kW。

稀釋內(nèi)燃廢氣所需供風(fēng)量：

Q4=3∑Nk=3×557.7=1 673.1 m3/min。

綜合上述a.～d.風(fēng)量計(jì)算得知，Q3排除炮煙所需風(fēng)量最大，取其作為隧道需風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)，考慮漏風(fēng)損失，則要求通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為：

Q供=pQ需。

其中，p為漏風(fēng)系數(shù)，p=1/(1-β)L/100=1/(1-0.015)1 500/100=1/(1-0.015)15=1.254。

Q供=pQ需=1.254×1 772=2 222.1 m3/min。

e.管道通風(fēng)阻力和通風(fēng)機(jī)全壓。

摩擦風(fēng)阻。取通風(fēng)管摩阻系數(shù)α=0.001 8 kg/m3,風(fēng)阻系數(shù)計(jì)算式：

Rf=(6.5αL)/D5。

其中，L為每臺(tái)通風(fēng)機(jī)送風(fēng)長(zhǎng)度，m；D為通風(fēng)管直徑，m。

Rf=(6.5αL)/D5=(6.5×0.001 8×1 500)÷1.55=2.31 Ns2/m8。

通風(fēng)管道通風(fēng)阻力損失。

H全長(zhǎng)=RfQ供Q需。

其中，Q為通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)量，m3/s；p為管道漏風(fēng)系數(shù)。

H全長(zhǎng)=RfQ需Q供=2.31×1 772×2 222.1÷3 600=2 526.6 Pa。

風(fēng)筒出口局部阻力。

其中，ξ為局部阻力系數(shù)，取ξ=1。

需要風(fēng)機(jī)全壓。

H全壓=H全長(zhǎng)+H局部=2 526.6+172.3=2 698.9 Pa。

f.通風(fēng)機(jī)的選型。

通風(fēng)機(jī)選型應(yīng)滿足Q機(jī)>Q供，H機(jī)>H全壓。

目前隧道進(jìn)口左右洞已分別安裝SDF(B)-№13型號(hào)軸流風(fēng)機(jī)(電機(jī)功率為2×132 kW，高效風(fēng)量為2 691 m3/min>2 222.1 m3/min；全壓為5 920 Pa>2 698.9 Pa)，均滿足需要。

2)第二種工況(見圖2)。

當(dāng)左右洞掘進(jìn)長(zhǎng)度超過(guò)1 500 m時(shí)，因距離過(guò)長(zhǎng)，使得壓入式通風(fēng)排煙效果變差，洞內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范要求，將左右洞洞口風(fēng)機(jī)移進(jìn)右洞洞內(nèi)，利用右洞成洞地段巷道通風(fēng)，此時(shí)左洞排煙，直到進(jìn)口正洞與3號(hào)斜井貫通。

此具體方案是：封閉2號(hào)人行橫通道及其以前所有的橫通道，在隧道右線的2號(hào)人行橫通道和2號(hào)車行橫通道之間放置2臺(tái)功率2×110 kW的軸流式通風(fēng)機(jī),在左線成洞地段按200 m～400 m間隔放置1臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，具體方案見圖2。隨著掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加，通風(fēng)機(jī)的位置可以相應(yīng)的向前移動(dòng)，原理相同，以達(dá)到工作面空氣質(zhì)量符合要求。

3.2 某隧道1號(hào)斜井壓入式通風(fēng)

1號(hào)斜井進(jìn)入正洞之后，需向進(jìn)出口方向左右洞四個(gè)掘進(jìn)面通風(fēng)，共分兩種工況：

1)第一種工況。

由1號(hào)斜井向進(jìn)出口方向左右洞四個(gè)掘進(jìn)面施工，且未到達(dá)車行(人行)橫通道時(shí)，即向出口方向掘進(jìn)不大于300 m，向進(jìn)口方向掘進(jìn)不大于150 m時(shí)，因正洞掘進(jìn)長(zhǎng)度短，直接采用1號(hào)斜井洞口軸流式通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。通風(fēng)方案如圖3所示。

注意事項(xiàng)如下：

a.1號(hào)斜井左右洞壓入式供風(fēng)系統(tǒng)各自獨(dú)立，即一套管路只負(fù)責(zé)左洞或右洞的進(jìn)出口兩個(gè)方向，互不影響，便于在鉆爆與出碴作業(yè)工序上調(diào)整，并避免出現(xiàn)供風(fēng)高峰。

b.1號(hào)斜井左右洞四個(gè)工作面輪番爆破、出碴，斜井內(nèi)的空氣環(huán)境將會(huì)異常惡劣，為此必須增設(shè)射流風(fēng)機(jī)，以加速炮煙及污濁空氣的排放。

2)第二種工況。

由1號(hào)斜井向進(jìn)出口方向左右洞四個(gè)掘進(jìn)面施工到達(dá)車行(人行)橫通道，但進(jìn)口方向與正洞尚未貫通時(shí)，采用巷道式通風(fēng)，即把連接左右洞的聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道左右線之間段隔離密閉成風(fēng)室，新鮮空氣在這里中轉(zhuǎn)交換；左洞工作面的污濁空氣由橫通道進(jìn)入右洞，再通過(guò)斜井排出。通風(fēng)方案見圖4。該工況條件下，1號(hào)斜井洞口處僅布置1臺(tái)2×132 kW軸流式通風(fēng)機(jī)往風(fēng)室壓入新鮮空氣，以滿足四個(gè)工作面施工的需要，可能出現(xiàn)風(fēng)量不足的情況，故有必要采取增加通風(fēng)機(jī)和加大風(fēng)管直徑的措施，待施工時(shí)相應(yīng)確定。

4 結(jié)語(yǔ)

在隧道施工期間，不間斷的對(duì)隧道內(nèi)的有害氣體進(jìn)行檢測(cè)，空氣質(zhì)量在通風(fēng)20 min時(shí)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，比國(guó)家要求的30 min提前了10 min，NO2濃度最高值為0.3 mg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5 mg/m3。

良好的施工通風(fēng)，保證了正常的安全生產(chǎn)，并改善了勞動(dòng)條件，保障施工作業(yè)人員身體健康，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，所以我們必須重視和研究施工通風(fēng)技術(shù)。

[1] 宋宇新.隧道長(zhǎng)距離獨(dú)頭通風(fēng)施工技術(shù)[J].西部探礦工程,2004,12(20)：76-77.

[2] 王立琛.長(zhǎng)大公路隧道施工通風(fēng)技術(shù)研究[J].山西建筑, 2009，35(11)：317-318.

[3] 陳 曦,江 宇.公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)實(shí)例[J].山西建筑, 2009，35(26)：313-314.

Research on ventilation technology of long highway tunnel construction

Wang Yuyan1,2

(1.TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ArchitecturalandCivilEngineeringInstitute,ShanxiAppliedScienceandTechnologyInstitute,Taiyuan030032,China)

Combining with the ventilation length and requirements of a long highway tunnel, this paper introduced the tunnel entrance main tunnel press-in type ventilation and tunnel inclined shaft press-in type ventilation two schemes, calculated and analyzed different ventilation conditions under two kinds of schemes, to choose the best ventilation scheme.

tunnel, ventilation scheme, inclined shaft, ventilator

1009-6825(2016)27-0150-02

2016-07-19

王玉艷(1982- )，女，在讀工程碩士，工程師

U453.5

A