隧道獨頭掘進高地熱無軌運輸巷道式射流通風施工技術(shù)研究

陳志強

摘 要：當前我國鐵路建設快速發(fā)展，國內(nèi)長大高風險隧道施工已成常態(tài)， 這些隧道工程地質(zhì)條件復雜，施工難度大。本文針對大柱山隧道在高地熱環(huán)境下改善通風措施，確保了隧道正常掘進，可為了類似工程提供經(jīng)驗。

關鍵詞：隧道;高地熱;通風

中圖分類號：U453.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0156-02

1 工程概況

大柱山隧道位于云南省保山市，穿越著名的橫斷山南段，位于瀾滄江車站至保山北站區(qū)間，全長14484m，隧道最大埋深為995m，隧道內(nèi)地質(zhì)條件復雜，具有三高四活躍的地質(zhì)特征。隧道獨頭掘進高地熱無軌運輸通風施工技術(shù)是大柱山隧道施工的核心技術(shù)之一，約9000米左右的通風，內(nèi)燃作業(yè)，無軌運輸，且隧道洞身施工至4.6km時有長3.6km的高地熱段落。

2 總體方案

大柱山隧道出口前期施工都是獨頭掘進，在平導掘進1.5km以內(nèi)，隧道采用壓入式通風布置。平導斷面小，掘進速度快，在超前正洞兩個橫通道距離時，隧道采用射流巷道式通風，平導為排煙通道，正洞為進風通道。在進入高地熱段落時，為了保證掌子面風量達到最大化，每個掌子面采用一臺風機單獨送風，每兩個橫通道貫通后及時向前挪移風機，必要時在風機口堆放冰塊，保證掌子面持續(xù)供應冷風。為克服夏季高溫高壓氣體排除困難，消除在洞口形成的瓶頸效應，洞口處設射流風機輔助排風。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

隧道施工前，應根據(jù)總工期及施工特點，對隧道進行系統(tǒng)的通風設計。隧道開始施工時，由于工作面與隧道口距離較近，采用柔性風筒安裝方便，且工作面回風不通過扇風機即可帶走粉塵等有害氣體，因此選用壓入式通風工法。通風管選用正洞φ1200mm（平導φ1400mm）滌綸軟式通風管，風管出風口距離掌子面L=60m。伴隨著隧道開挖距離的逐日增長，壓入式通風已不能滿足施工現(xiàn)場的正常通風需求。一般情況下，當隧道掘進超過3km（即風筒的送風長度超過3km），軸流風機的送風能力已無法滿足施工作業(yè)面的需求，加之風帶較長，風量損失較大，因此就需要需要選擇巷道式通風工藝。其通過橫通道使正洞與平導組成一個完整的風流循環(huán)系統(tǒng)。巷道式通風利用整個坑道作為風道，斷面大、阻力小、可供應較大的風量。為了保證通風量達到最大，待正洞相互兩橫通道貫通后及時將風機向前移動，每個施工掌子面均單獨采用一個軸流風機供風，所有橫通道封堵，軸流風機在正洞安裝位置前方也進行封堵，以確保隧道達到降溫目的，其中正洞為進風通道，平導為排煙通道。

3.2 操作要點

3.2.1 軸流風機的選擇

隧道通風主要分為三個階段，第一階段平導及正洞采用壓入式通風，風機選擇兩臺2×110KW的軸流風機供風，隨著平導巷道的施工深度加深，超前正洞一至兩個橫通道時，采用射流巷道式通風，將主風機挪移至正洞，平導為排煙通道，正洞為進風通道，所有橫通道進行封堵，軸流風機依然選擇兩臺2×110KW的軸流風機供風，待進入高地熱環(huán)境，采用三臺軸流風機進行通風，平導巷道設置兩條風帶，一條供應平導掌子面，一條供應平導后方最近的橫通道輔助正洞施工。平導作為排煙通道，正洞作為新鮮風供應通道，所有橫通道進行封堵，軸流風機安放位置進行封堵。軸流風機設置在緊靠正洞第一個施工橫通道后方約60～80m位置，其通風距離一般在900～1200m，該段的整個通風量不需要計算，直接選擇2×132KW供應平導風量，2×110KW分別供應正洞的兩個掌子面施工，完全能滿足通風需要。當向前施工一個橫通道時，二襯全部澆筑后，將風機整體向前挪移一個橫通道距離。

3.2.2 通風量計算

3.2.3 通風方式

內(nèi)燃作業(yè)、無軌運輸、4000米左右的獨頭通風是大柱山隧道的技術(shù)難點。須從通風方案、通風設備、通風管理三方面著手：采用當前國內(nèi)先進的氣密性好的螺旋風管，加強通風管理，將總漏風率控制在35%之內(nèi)，使平均百米漏風率不大于1%，長距離施工通風困難是能夠克服的。風管壓入式有三種，單機單管壓入式、分段串聯(lián)壓入式、集中串聯(lián)壓入式，通過大柱山隧道前期經(jīng)濟必選，采用單機單管壓入式是最高效節(jié)能的方法。

3.2.4 通風阻力計算

3.2.5 漏風計算

3.2.6 射流通風計算與風機選型

（1）射流通風計算。射流風機數(shù)量計算較復雜，在設備配備時一般可參考公式計算考慮，而實際在使用時是以保證現(xiàn)場通風質(zhì)量為前提，根據(jù)試驗確定。它與射流風機的功率、效率、通風質(zhì)量、隧道斷面等直接相關。

（2）射流巷道式通風量計算

4 應用情況

大柱山隧道出口于2009年6月開始施工，隧道第一階段通風采用了壓入式通風，通風效果良好，平導壓入式長度超過1.5km，在平導超前正洞兩個橫通道距離后，隧道采用射流巷道式通風，將主風機從洞外移動至正洞，采用兩臺2×110KW風機進行通風。2015年隧道進入高地熱段落后，對通風進行了重新設計，采用綜合降溫技術(shù)，通風分五個階段進行布置，并采購了1臺功率132KW×2的軸流風機單獨供應平導通風，正洞采購兩臺功率110×2KW，供應正洞兩個掌子面施工。第一階段通風軸流風機安裝在24#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為24#、23#輔助正洞，22#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。正洞為新鮮空氣進入通道，平導為污濁空氣排出通道。第二階段通風軸流風機安裝在22#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為22#、21#輔助正洞，20#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。第三階段通風軸流風機安裝在20#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為20#、19#輔助正洞，18#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。第四階段軸流風機安裝在18#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為18#、17#輔助正洞，16#輔助正洞為調(diào)劑作業(yè)面。第五階段通風16#輔助正洞大里程端，正洞施工作業(yè)面為16#、15#輔助正洞。同時施工時每個掌子面放置冰塊，并在掌子面后方設置空調(diào)孔供工人休息 。通過運行該工法，施工整體運行正常，雖然受反坡排水和高地應力等復雜地質(zhì)難題影響了工程施工進度，但整體通過高地熱合理組織施工，加快了施工進度，目前大柱山隧道高地熱段落已掘進超過3.6km，單口掘進更是達到8.1km，創(chuàng)造了國內(nèi)單線鐵路隧道施工的新記錄。