鳳凰山隧道平導特長距離獨頭掘進通風設計

張玉良

(柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州 545616)

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鳳凰山隧道平導特長距離獨頭掘進通風設計

張玉良

(柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州 545616)

文章針對新建線黃織鐵路工程鳳凰山隧道出口作業區平行導坑獨頭掘進4 200 m通風施工難點，介紹了鳳凰山長大隧道出口線路左側設置平行導坑采用巷道式射流通風的設計方案，解決了超長距離施工通風難題，創造了小斷面(3.5 m×3.6 m)隧道有軌運輸獨頭掘進4 200 m的記錄，為類似工程施工提供借鑒。

鐵路隧道；平行導坑；獨頭掘進；射流通風

0 引言

黃織鐵路鳳凰山隧道工程位于貴州省織金縣境內，進出口里程分別為DK48+230、DK54+892，全長6 662 m，Ⅱ級圍巖3 028 m，Ⅲ級圍巖1 047 m，Ⅳ級圍巖1 098 m，Ⅴ級圍巖19 m，屬全線的重點控制工程。隧道通過地帶為巖溶中山地貌，山嵴與溝谷、巖溶洼地、漏斗相間，基巖大面積裸露，不良地質為巖溶、斷層破碎帶、暗河、瓦斯、高壓富水、大型填充溶洞等復雜地質，其中出口作業區線路左側CPDK54+900～CPDK50+700設置4 200 m平行導坑，CPDK54+900～CPDK53+050計1 850 m為10.2‰下坡，CPDK53+050～CPDK50+700計2 350 m為9‰下坡，斷面3.5 m(寬)×3.6 m(高)，線間距30 m，施工期間采用巷道式射流通風，解決了隧道超長距離獨頭掘進通風難題，保證了后期運營安全。

1 工程難點

鳳凰山隧道出口平行導坑作業區按低瓦斯工區組織施工[1]，采用爬碴機爬碴、電瓶車牽引、梭礦車運輸的有軌運輸方案進行獨頭掘進，如采用常規的壓入式通風，很難滿足隧道施工通風應能提供平行導坑內各項作業所需的最小風量[2]，不利于環境保護和作業人員職業健康安全，并影響工程進度。

2 通風設計

2.1 設計原理

鳳凰山隧道平行導坑采用平導內射流式通風技術(圖1)，解決超長距離施工通風難題，主要是射流風機產生的射流初速度υj進入通風速度υr的隧道空間，射流與隧道氣流之間形成切向間斷而產生漩渦，使射流微團產生橫向脈動，并與隧道氣流進行能量、質量交換，使射流范圍擴展、能量增加、速度減小，壓力上升，縱向呈現一種漸變的、非均勻的逆向流動，直到射流完成[1]。

圖1 巷道式無風門通風原理圖

2.2 設計目標

施工期間的巷道式射流通風為混合式通風，即開挖工作面的通風始終是軸流風機供風，軸流風機的新鮮風源與污濁空氣的排除是依靠射流風機升壓所產生的進出風道壓力差而形成通風循環，最終實現洞內外空氣交換的目的。

2.3 通風設備選擇

由于正洞和平行導坑并行作業掘進距離較長，平導超前可起超前地質預報作用[3]，實際施工設備方案按巷道式射流式通風方式確定設備配套方案。

2.4 風量計算[1]

(1)工作面風量按洞內允許最小風速計算

Q=V×A=0.25×60×12=180m3/min

(1)

式中：Q——計算通風量，m3/min；

V——最小允許速度，取0.25m/s；

A——隧道斷面面積12m2。

(2)稀釋炮煙所需風量按爆破結構原理計算

Q=(5Gb-AL)/t

(2)

式中：Q——正常施工所需要通風量，m3/min；

t——通風所需要并達到進洞作業時間，取50min(按隧道節段壓入通風長度1 200m)；

G——爆破炸每循環用藥量，根據經驗取50kg；

b——爆炸時有害氣體生成量，根據經驗取10m3/kg；

A——隧道掘進斷面面積，計算取12m2；

L——炮煙拋擲長度，計算取16m。

即Q排=57.7m3/min。

(3)壓入軸流風機Q軸的風量[3]

Q軸=Q排PL=57.7×1.3=75.1m3/min

(3)

式中，PL——漏風系數，根據經驗取1.3。

2.5 風機的全壓[4]

(1)壓入軸流風機Q軸全壓

Hf1=RfQF1

(4)

式中：Rf——風管的風阻系數(N·S2/m8)；

Rf=6.5al/d5=(6.5×0.002 25×1 200)/15=1.76N·S2/m8

式中：a——管道摩阻系數，取0.000 225；

l——風管長度，取1 200m；

d——通風管直徑，取1m。

Hf1=RfQF1=1.76×75.1=132.2Pa。

(2)射流通風機升壓

ΔPj=ρ×υj2×φ×(1-φ)×K

(5)

式中：ΔP——射流通風升壓力，Pa；

K——噴流系數0.85；

υj——射流風機出口速度，取0.25m/s；

φ——面積比；φ=Fj/Fs；取0.023；

Fj——射流風機的出風口面積，取 0.28m2；

Fs——隧道橫斷面積，取12m2；

ψ——速度比；ψ=υi/υj，取25。

則ΔPj=ρ×υj2×ψ×(1-φ)×K

=1.2×0.152×25×(1-0.023)×0.85

=0.56Pa。

(3)射流通風機風阻ΔPr

(6)

式中：∑ξ——局部阻力系數，取0.6；

λi——隧洞內沿程摩擦阻力系數，取0.08；

Li——隧洞的長度，3 000m；

di——隧洞內的水力直徑，取0.8m；

υi——隧洞內的風速，0.1m/s；

ρ——空氣相對密度，取1.2kg/m3。

ΔPr=2.1Pa。

2.6 射流通風機數量n計算[1]

(7)

式中：ΔPr——通風阻力，Pa；

ΔPj——射流通風升壓力，Pa。

即n=3.8，取n為4。

2.7 風機選擇

(1)SDF(c)-NO13型軸流風機1臺，功率2×55kW，通風管口徑1 000mm，可以滿足要求[1]。

(2)QSF-1000型強射流風機4臺，功率37.5kW，縱向間距600～800m，可以滿足要求[1]。

3 通風設計實施

3.1 風機安裝

射流風機安裝在離隧道底板一定高度邊墻一側，離底板2m的高度位置。風機支架采用型鋼制作，支架安裝必須牢固，電源控制柜放置在干燥位置，風機與控制柜有明顯的安全標識。軸流風機設置在進入新鮮空氣并能循環流動，形成對流的巷道中，在緊靠開挖工作面的第一個橫向通道的后方90m處布設(見前文圖1)。

3.2 風機布置

進入新鮮風流的隧道內，風機主要布置在橫向通道的開啟位置。射流風機靠近橫向通道附近時，風機要布置在靠對流風流循環方向的上方，并沿通道邊壁位置6m處設置。當橫通道開啟時，必須在正洞、平導靠近橫通道的相對應位置增加射流風機，以平衡橫向通道內的風壓，確保污濁空氣不被吸入到進風洞內。

3.3 風門封堵

為確保施工安全，不需要利用橫向通道進入施工洞內而進行其他工序作業，應將橫向通道全部封堵，風門封堵盡量要嚴密，以減少漏風。同時利用洞內掌子面軸流變頻風機，根據不同時段施工通風需要來調整風速檔位，節約電能、效率更高、噪聲更小，滿足節能環保要求[2]。

4 結語

隧道內采用射流式通風施工后，洞內坑道通風速度>0.3m/s、空氣中氧含量按體積計算>25%、瓦斯濃度<0.05%及粉塵容許濃渡等指標均符合驗收要求[5]。洞內作業環境極大改善，施工組織更方便靈活，進行多工序平行、流水作業，比約定工期提前了28d完成，創造了鐵路小斷面隧道獨頭掘進4 200m的記錄，節約施工成本近800萬元，取得較好的經濟效益和社會效益。

[1]TZ204-2008，鐵路隧道工程施工技術指南[S].

[2]TB10304-2009，鐵路隧道工程施工安全技術規程[S].

[3]鐵路隧道超前地質預報技術指南(鐵建設【2008】105號)[S].

[4]TB10003-2005，路隧道設計規范[S].

[5]TB1417-2005，鐵路隧道工程施工質量驗收標準[S].

Ventilation Design on Parallel-pilot Super-long Blind Heading of Phoenix Mountain Tunnel

ZHANG Yu-liang

(Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou，Guangxi，545616)

Aiming at the ventilation construction difficulties for parallel guiding-pit blind heading 4200m at Phoenix Mountain Tunnel exit operation area of new Huangzhi Railway project，this article introduced the design plan of arranging the parallel guiding pit to use the duct-type jet ventilation at left side of exit lines of Phoenix Mountain Tunnel，which solved the ventilation problem for over-long construction，and created the record of blind heading 4200m for small cross-section(3.5m×3.6m)tunnel rail transport，thereby providing the reference for the construction of similar projects.

Railway tunnel；Parallel guiding pit；Blind heading；Jet ventilation

張玉良(1971—)，高級工程師，研究方向：隧道工程與地下工程。

U453.5

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.019

1673-4874(2015)11-0086-03

2015-10-09