隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)在瓦斯隧道中的應(yīng)用

孫晉鋒 唐進(jìn)才 廖煙開

(敘鎮(zhèn)鐵路有限責(zé)任公司，云南 威信 657999)

0 引言

從近年來瓦斯隧道施工可以看出如何將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩试S的范圍內(nèi)，已經(jīng)成為瓦斯隧道施工過程中急需面對并解決的問題。而良好的通風(fēng)設(shè)計、通風(fēng)管理則是降低瓦斯?jié)舛?、減少瓦斯聚集、保障施工安全的關(guān)鍵手段[1]。根據(jù)JTG/T 3374—2020公路瓦斯隧道設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范對通風(fēng)距離超過1.5 km的隧道，在條件具備的情況下，應(yīng)盡可能采用巷道式通風(fēng)，以保證通風(fēng)效果[2]，如采用主扇抽出、射流引導(dǎo)形成巷道式通風(fēng)系統(tǒng)，但存在通風(fēng)電費高問題。本文采用的隔斷壓入式通風(fēng)充分考慮風(fēng)機(jī)的壓力特性和隧道斷面大阻力小的特點，通風(fēng)效果好、節(jié)約成本，在渝黔鐵路新涼風(fēng)埡隧道、成貴鐵路老房子、高坡隧道均得到成功應(yīng)用，此次在斑竹林瓦斯隧道再次應(yīng)用，與以往相比，考慮了運輸問題，進(jìn)一步提高了隔斷壓入式通風(fēng)的適用范圍。

1 隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)

早在19世紀(jì)40年代，日本學(xué)者村山朔朗對單線鐵路隧道的氣體流動規(guī)律以及隧道的通風(fēng)問題進(jìn)行了研究，對鐵路隧道的自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)、通風(fēng)排煙等問題作了比較系統(tǒng)詳細(xì)的研究[3]。而我國在20世紀(jì)90年代西南交通大學(xué)的雷升祥和高波對瓦斯隧道進(jìn)行比較系統(tǒng)研究，詳細(xì)總結(jié)了瓦斯隧道施工通風(fēng)風(fēng)量計算、有效通風(fēng)長度、防止瓦斯超限與積聚原因及措施、通風(fēng)管理等瓦斯隧道通風(fēng)技術(shù)[4]。

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成

在平導(dǎo)(或正洞)某橫通道處設(shè)置兩道密閉墻，在密閉墻新鮮風(fēng)流側(cè)設(shè)壓入式風(fēng)機(jī)分別向正洞掌子面及平導(dǎo)掌子面送風(fēng)，形成由平導(dǎo)進(jìn)風(fēng)段、橫通道、正洞回風(fēng)段構(gòu)成的主通風(fēng)系統(tǒng)，以風(fēng)機(jī)、風(fēng)管向牚子面供風(fēng)的壓入通風(fēng)系統(tǒng)，如圖1所示。

1.2 隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)要點

隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)的特點是充分利用平導(dǎo)、正洞、橫通道，縮短壓入式通風(fēng)風(fēng)管長度，保證掌子面通風(fēng)效果，但平導(dǎo)口至密閉墻段運輸系統(tǒng)中斷，可設(shè)門供行人通過。

保證隔斷密閉墻的隔斷效果，確保新鮮風(fēng)與污風(fēng)流隔斷，是實現(xiàn)隔斷壓入式通風(fēng)的關(guān)鍵；同時，隔斷密閉墻要有足夠的強(qiáng)度，避免因洞內(nèi)爆破沖擊波、隔斷密閉墻兩端風(fēng)壓差等因素造成損壞。

1.3 隧道通風(fēng)阻力與通風(fēng)斷面積的關(guān)系

隧道通風(fēng)摩擦阻力計算公式[5]：

(1)

其中，hf為隧道通風(fēng)摩擦阻力，Pa；Rf為摩擦風(fēng)阻，N·s2/m8；α為摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；L，P分別為隧道(風(fēng)管)長度、周長，m；S為隧道(風(fēng)管)斷面積，m2；Q為風(fēng)量，m/s。

通過因次分析，隧道通風(fēng)摩擦阻力與通風(fēng)斷面積呈-4.5次方關(guān)系。根據(jù)風(fēng)機(jī)性能曲線、隧道通風(fēng)阻力曲線及風(fēng)機(jī)運行工況點的特點，隧道通風(fēng)阻力越小，風(fēng)機(jī)風(fēng)量越大，因此，擴(kuò)大通風(fēng)斷面積，是降低通風(fēng)阻力、提高風(fēng)量的有效方法。

在條件許可情況下，利用隧道代替風(fēng)管，通風(fēng)斷面積增大20倍以上，掌子面有效風(fēng)量明顯增大。

1.4 隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)適用條件

隧道布置必須具備平行雙洞+聯(lián)絡(luò)橫通道系統(tǒng)；若無平行雙洞系統(tǒng)，對單洞系統(tǒng)也可根據(jù)隧道埋深情況，在適當(dāng)位置增設(shè)豎井，采用豎井壓入(或抽出)，形成類似于隔斷壓入式的通風(fēng)系統(tǒng)。

2 應(yīng)用實例

2.1 工程概況

斑竹林隧道全長12 758 m，最大埋深約570 m，隧區(qū)位于云貴高原北部揚子準(zhǔn)地臺滇東臺褶帶，褶曲、斷裂均比較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。主要不良地質(zhì)有瓦斯及天然氣、巖溶、斷層破碎帶、地應(yīng)力等，特殊巖土有石膏及鹽巖、斷層泥、人工填土和軟塑狀粉質(zhì)黏土。共分進(jìn)口、橫洞、斜井、出口四個工區(qū)施工。受隧道深部威信儲氣構(gòu)造影響，斑竹林隧道橫洞工區(qū)為天然氣涌出高瓦斯隧道，進(jìn)口工區(qū)與橫洞貫通后納入橫洞工區(qū)統(tǒng)一管理，由于天然氣涌出無規(guī)律性設(shè)計平導(dǎo)至6號橫通道，隧道布局如圖2所示。正洞斷面47.7 m2(開挖)、43.6 m2(初支后)、32.5 m2(二襯后)，平導(dǎo)初支后斷面35.9 m2，橫洞初支后斷面44.4 m2，橫通道初支后斷面43.5 m2。

2.2 斑竹林隧道橫洞工區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

采用橫洞進(jìn)風(fēng)、進(jìn)口回風(fēng)的隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)，在平導(dǎo)內(nèi)(3號橫通道往小里程方向)設(shè)置及橫洞內(nèi)(平導(dǎo)口至橫洞與正洞交叉口段)分別設(shè)置兩道電動卷閘門以實現(xiàn)不影響運輸?shù)那疤嵯逻M(jìn)風(fēng)流與回風(fēng)流的隔斷，兩道電動卷閘門處于長閉狀態(tài)，卷閘門尺寸及兩道門之間的距離以滿足最大尺寸運輸車輛通行為原則，風(fēng)機(jī)安裝在平導(dǎo)內(nèi)電動卷閘門新鮮風(fēng)流側(cè)通過風(fēng)管分別向3號橫通道正洞大里程作業(yè)面、6號橫通道大、小里程作業(yè)面供風(fēng)，如圖3所示。

經(jīng)過計算，確定三臺風(fēng)機(jī)均采用SDZ-No10型對旋軸流式通風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2×47 kW，風(fēng)壓600 Pa～3 650 Pa，風(fēng)量900 m3/min～1 450 m3/min，配φ1.4 m阻燃抗靜電風(fēng)管。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)的日常管理

為保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，在施工期間加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施日常管理，設(shè)專人分別負(fù)責(zé)洞內(nèi)兩組電動卷閘門的啟閉工作；同時在洞內(nèi)張貼醒目標(biāo)志，提醒司機(jī)通過卷閘門時減速謹(jǐn)慎駕駛，避免損壞卷閘門。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)效果評價

經(jīng)過幾個月的現(xiàn)場考察，只要管理好洞內(nèi)所有電動卷閘門，保證新、污風(fēng)流不短路，通風(fēng)系統(tǒng)是穩(wěn)定、可靠的，達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。

分別在各掌子面風(fēng)管出口往回風(fēng)方向15 m～20 m測定掌子面風(fēng)速，在各作業(yè)面回風(fēng)口測各作業(yè)面回風(fēng)風(fēng)速，風(fēng)速均在0.25 m/s以上，符合相關(guān)規(guī)范及通風(fēng)方案要求。

3 結(jié)語

在隧道布置允許的情況下，采用隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)，充分利用風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和隧道斷面大、阻力小的特點，在加強(qiáng)現(xiàn)場管理的前提下，不僅通風(fēng)系統(tǒng)可靠，通風(fēng)效果也得到明顯改善。