長大鐵路單線隧道通風調整方案研究

黃紅勇 中鐵隧道局集團杭州分公司

長大鐵路單線隧道通風調整方案研究

黃紅勇 中鐵隧道局集團杭州分公司

對永壽梁隧道通風調整方案的研究以及用永壽梁隧道出口橫洞的實際應用，表明豎井通風方案可以在無軌運輸的施工通風中推廣運用。

通風；豎井；無軌運輸

引言

長大鐵路隧道修建多以增加無軌運輸斜井的方式加快施工進度，無軌運輸斜井污染嚴重給施工通風提出了難題，問題的解決不僅依靠對新設備、新管材的研究，還要通過各種通風方式的組合、永臨通風設施結合等措施的研究。以往隧道施工通風或距離較短而采用壓入式解決，或有巷道式通風條件而采用巷道式通風解決，永壽梁隧道增設4條輔助斜井和1條輔助橫洞加快施工進度，斜井進入正洞作業面多，施工通風難度大，必須采取有效且經濟的施工通風方法確保洞內施工作業環境。

1.永壽梁隧道概況

西平鐵路永壽梁隧道為西平線第一長隧，施工中設4座輔助施工斜井和1座輔助施工橫洞，全隧一次建成。永壽梁隧道位于陜西省咸陽市境內，穿越黃土溝梁低中山區，地質條件復雜，Ⅳ、Ⅴ級圍巖所占比例為63%。極端最高氣溫41.2℃，極端最低氣溫-16.9℃，最冷月氣溫-1.0℃，雨季多集中在每年的7～8月，年平均降水量571.5mm，年最大降水量857.3mm。永壽梁呈東西向展布，北陡南緩，黃土沖溝發育，一般為“V”形槽溝，永壽梁隧道富水條件為貧水區-中等富水區，局部可能有涌水現象，難度較大。

圖1 永壽梁隧道各工區主要里程示意圖

項目承建出新建西平鐵路XPS-2標，永壽梁隧道單洞全長17143m，雙線共34286m，設4座輔助施工斜井和1座輔助施工橫洞，各個工區的分段情況見圖1，各工區施工區段主要工程見表1。

表1 各工區施工區段里程表

隧道施工方案選擇鉆爆法開挖，無軌運輸方式出碴，爆破、運輸、焊接釋放有害氣體多，施工需克服機械效率低、人員作業環境極差等困難，對施工通風的要求高。

2.原通風方案

2.1 原通風方案介紹

各工區通風方案均采用壓入式通風方式直到隧道貫通，新風由鼓風機經風管送入開挖面，污風從洞口排出，最長送風距離達3728米，每個工作面采用一條風管。為保證各個工作面的風量及空氣質量，需采用大風管。

2.2 原通風方案不足

隨著隧道的繼續深入，洞口距離開挖面越來越遠，通風管長度直線上升，風管漏風現象加劇，導致洞內空氣質量變差，運營成本急劇上升，洞內空氣污濁，可視距離縮短，存在安全隱患，須對通風方案進行調整。

2.3 風量和風阻計算

2.3.1 計算參數見表2所示

表2 風量和風阻計算參數表

2.3.2 風量計算

施工通風所需風量按掌子面同時工作的最多人數、洞內允許最小風速、一次性爆破所需要排除的炮煙量和內燃機械設備總功率分別計算，取其中最大值作為控制風量

2.3.2.1 按掌子面同時工作的最多人數60人計算需風量為180m3/min。

2.3.2.2 按洞內允許最小風速0.15m/s計算需風量為540m3/min。

2.3.2.3 按一次性爆破所需要排除的炮煙量計算需風量為740m3/min。

2.3.2.4 按內燃機械設備總功率計算需風量為1050m3/min。

經計算比較，正洞開挖掌子面所需風量取1050m3/min作為控制風量。

3. 通風方案調整

3.1 增設豎井

為了縮短獨頭送風距離，改善無軌運輸施工通風效果，永壽梁隧道計劃在四個淺埋段增設豎井：富家溝豎井（DK97+850，埋深65m）、崔家溝豎井（DK104+000，埋深67.2m）、干板溝豎井（DK107+790，埋深65.6m）、冰凌溝豎井（DK111+089，埋深19.8m）。其布置如圖2所示。

圖2 永壽梁隧道豎井布置示意圖

當豎井距離開挖面距離較近時，開挖面產生的污風大部分由豎井排出，運輸線路污風量減少，可視距離增加，洞口通風機工作時間減少，工作強度有所降低，通風效果將得到明顯改善。其通風布置圖見圖3。

圖3 出口工區豎井貫通通風布置示意圖

3.2 將軸流風機移至豎井處

隨著隧道的繼續深入，豎井距離開挖面越來越遠，通風效果將逐漸變差，為進一步改善通風效果，可將軸流風機移至洞內豎井底部，將豎井與風機進風口通過剛性風管密封連接，使豎井作為進風井，以此來縮短管路送風距離，增大送到開挖面的有效風量，同時管路獨頭送風距離將縮短1200m左右，可以節約大量的風管和電費。其通風布置圖見圖4。

圖4 出口工區豎井貫通通風調整示意圖

利用通風豎井進行施工通風有兩種布置方案：第一種是直接將豎井作為管道與風機密封連接，風機布置在正洞內再通過風管向開挖面送風；第二種是將風機布置在豎井井口地面上，利用風管穿過豎井向開挖面送風。其布置圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 第一種豎井通風方案布置示意圖

圖6 第二種豎井通風方案布置示意圖

第一種方案要求豎井凈直徑可以小一些，節約了豎井建設投資，但是要求豎井只能用作通風，不能兼作他用；第二種方案要求豎井凈直徑要大一些，在保證風管通過的同時，還可兼作排出污風和運輸通道，但是如果豎井口不具備安設風機的條件，那么只能采用第一種圖5所示布置方案。

3.3 增設射流風機

因無軌運輸距離較長，運輸線路很可能會出現空氣質量較差、能見度低的情況，那么建議在左、右線適當增設射流風機進行巷道式通風，以此來改善開挖面后方的通風問題。其通風布置圖見圖7。

圖7 出口工區巷道式通風布置示意圖

4. 永壽梁隧道出口橫洞實際應用

永壽梁隧道出口橫洞工區最初以原通風方案通風，進口、出口方向同時施工，開挖面至橫洞洞口距離相對較短，洞內空氣質量較好，出口貫通對空氣改善效果明顯。隨著進口方向開挖面至橫洞洞口加長，通風效果降低，通風機工作時間與強度均加大，運營成本增加，空氣質量難以保證。項目決定提前開挖豎井，原定于DK111+089位置的冰凌溝豎井實際開挖里程為DK111+214。豎井貫通后，洞內空氣質量得到改善，貫通后開挖面空氣質量詳細信息見表3。

表3 豎井貫通后空氣質量檢測表

豎井通風改善空氣有效長度有限，隨著開挖面距離豎井位置加長，通風效果不明顯，當開挖面位于DK110+732時，將洞口風機移至豎井處，由于豎井開挖直徑較小，采用圖5方案，并對空氣進行檢測。檢測結果顯示，開挖面空氣質量得到明顯改善。詳細信息見表4。

表4 風機改移通后空氣質量檢測表

直至隧道貫通，出口橫洞內空氣質量基本符合鐵路工程施工規范要求，隧道工作環境良好，未因通風問題造成巨大損失和安全事故。調整后方案對洞內空氣質量的改善發揮了巨大的指導意義，對于調整方案中圖7形式的通風方案有待實際施工中進一步驗證。

5.結語

永壽梁隧道通風調整方案經實際實施后，得以驗證，效果顯著，可在長大隧道無軌運輸施工中進行借鑒推廣。

[1]J-r-J026.1 1999公路隧道通風照明設計規范

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.052