高地溫超長超深隧道斜井施工技術研究

廖 郁

(四川路橋盛通建筑工程有限公司，四川 成都 610066)

0 前 言

隨著建設的發展,高地溫隧道斜井逐漸成為地下工程施工中遇到的熱點問題。與常溫隧道斜井的施工不同,因特殊的施工環境為高地溫隧道斜井帶來許多施工難題,造成了人員危害，機器運轉效率低下、周圍作業環境不能滿足人員作業要求。高地溫隧道斜井研究與實際工程緊密相關,促進高地溫隧道斜井的發展與研究。本文依托樂漢高速金口河隧道斜井工程,通過對高地溫段施工進行介紹,提出了有關高地溫隧道斜井施工的幾點建議,為其他類似高地溫隧道斜井工程施工提供科學依據。

1 金口河隧道斜井概況

擬建金口河隧道為樂漢高速的控制性工程之一,地處中高山峽谷之內,金口河隧道長度達到8 km,進口位于四川省峨邊彝族自治縣宜坪鄉群力村巖門子下方官料河左岸陡坡中下部。

全遂設置通風斜井一座，斜井地處高地溫段內，設計雙斜井二區段分段縱向式通風方式。擬建金口河隧道斜井位于四川省樂山市峨邊彝族自治縣楊村鄉土地堂。斜井左線全長1 700.541 m，樁號范圍：ZXK0+010.459～ZXK1+711；右線全長1 630.312 m，樁號范圍：XK0+015.688～XK1+646，斜井平均縱坡10.9%。

2 高地溫段判斷

2.1 判斷依據

為了保證斜井施工人員進行正常的施工作業，相關部門對斜井施工作業環境要求都作了具體規定。其中，鐵道部規定隧道斜井施工區域內溫度應在28 ℃以下；交通部規定隧道斜井施工區域內溫度應在30 ℃以下。國外相關資料中也作了規定，其中，日本規定隧道斜井施工區域內溫度應在37 ℃以下。

2.2 判斷方法

1)在洞內掛溫度計進行溫度監測。

2)當施工區域地溫很高時，在隧道斜井開挖面前方一段長度處，采用平導進行超前鉆探，通過取樣觀察施工區域前方的地質條件，若鉆孔過程中出現熱水冒出，則通過在平導內安放降排水設施和鉆孔將隧道內的水位維持在安全高度范圍內。

3 高地溫段施工工藝

3.1 超前地質預報

金口河隧道及斜井地質條件極為復雜，隧道斜井施工地處高地溫區域內，在隧道施工時應將施工區域洞內探測與洞外地面調查相聯系、長距離總體預報和短距離精確預報相聯系、地探和物探途徑相聯系，進行多角度、多手段的綜合超前地質預報，利用超前地質預報技術保證金口河隧道及斜井施工的順利實施。

3.2 高地溫段通風

在金口河隧道斜井高地溫段施工降溫過程中，采用加強通風的技術手段對隧道斜井進行降溫處理，如圖1所示。在隧道施工時，通過設計合理的通風方案加大隧道內風的流動速率，將熱能排出隧道外，將隧道斜井內的溫度控制在正常施工范圍內。

圖1 金口河隧道進口端工區劃分示意圖

3.2.1 通風方式

1)斜井工區。將金口河隧道左右洞送排風斜井施工劃分為斜井工區，該工區包括斜井進口到與主洞聯通的施工過程。該工區采用獨頭壓入的通風方式。

2)斜井輔助工區。從斜井與主洞聯通處到合同分界點為斜井輔助工區，里程:K64+650～K65+380(合同分界點)，該工區劃分為兩個區段。

1)第一區段：獨頭壓入式通風，里程：K64+650～K64+880(洞內聯系道)，獨頭壓入最大長度1 940 m。

2)第二區段：巷道式通風，里程：K64+880～K65+280(合同分界點)，獨頭壓入最大長度400 m。

3.2.2 需風量計算

開挖面送風量計算按照以下幾個因素分別計算，取最大值作為送風標準的控制風量，具體按各因素計算結果如下。

1)按洞內工作面同時工作的最多人數計算送風量：

Q人=q·n·k

(1)

式中，q為洞內工人的用風量，取3 m3/min·人；n為斜井工區和斜井輔助工區作業面最多人數，分別為60人和80人；k為備用系數，取1.6。

金口河隧道用風量在斜井工區為：Q人=288 m3/min

在斜井輔助工區為：Q人=384 m3/min

2)按隧道內最小允許風速計算送風量：

Q風速=S·V

(2)

式中，S為隧道斜井工區和輔助工區的開挖面積；V為隧道內最小允許風速，通過現場實地勘察，將最小允許風速取為0.5 m/s。

金口河隧道斜井工區和斜井輔助工區最大開挖面積分別為57.4 m2和78.6 m2。因此，斜井隧道按上述條件計算得到：

斜井輔助工區送風量為：Q風速=1722 m3/min

斜井輔助工區送風量為：Q風速=2358 m3/min

(3)

式中，t為送風時間，取30 min；A為爆破炸藥量，取200 kg；b為每kg炸藥爆炸釋放CO量，取40 L/kg；L為排煙安全距離，m；P為風管首尾端送風量之比，取1.2；C為送風要求達到的CO濃度，取0.025%。

排煙安全距離：

(4)

代入可得：

Q炸藥=1 333 m3/s

4)按無軌運輸洞內計算送風量。通過無軌運輸的方法進行洞內送風量計算時，還需考慮對機器設備產生的尾氣進行降解處理，供風量應大于尾氣降解速率，以滿足對尾氣的降解要求。

在《公路隧道施工技術規范》(JTGF60-2009)中規定應按4.5 m3/(kW·min-1)對釋放出的尾氣進行降解處理。在金口河隧道作業面區域內布置液壓反鏟機1臺、裝載機1臺、掌子面附件自卸汽車2臺；其工作功率分別為120、160、210 kW。

Q內=H·q·k

(5)

式中，H為內燃設備總功，kW；q為內燃設備單位功率供風量，4.8 m3/(min·kW-1)；k為功率系數，取為0.6。

經計算可得：

掌子面附近的內燃機作業送風量均為：Q內=2 016 m3/min

綜上所述，金口河隧道施工通風斜井送風量應為2 016 m3/min，通風斜井輔助區送風量應為2 358 m3/min。

3.2.3 通風方案

1)斜井工區。在斜井工區采用壓入式通風，左線送排風斜井和右線送排風斜井均布置壓入式軸流風機1臺和局扇通風機1臺，其工作功率分別為160 kW和7.5 kW。軸流風機置于距斜井進口30 m處，風管前端距掌子面10 m。局扇置于二襯臺車前方20 m處，以防發生局部瓦斯聚集現象。通風布置如圖2所示。

圖2 斜井工區通風示意圖

2)斜井輔助工區。

(1)第一區段。里程：K64+650～K64+880。斜井與主洞聯通后開始斜井輔助主洞施工第一區段，采用壓入式通風，通風方案如圖3所示。隧道左線和右線通風設備布置相同，包括：壓入式軸流風機各1臺、局扇通風機各1臺；功率分別為160 kW和7.5 kW。軸流風機置于斜井口后方30 m處，風管前端與掌子面間距10 m。局扇置于二襯模筑臺車前方20 m處，以防發生局部瓦斯聚集現象。

圖3 斜井輔助工區第一區段通風示意圖

(2)第二區段。里程：K64+880～K65+380。洞內聯系道貫通后，采用巷道式通風方案，如圖4所示。隧道左線和右線通風設備布置相同，包括：Ф1.6m軟風管、壓入軸流風機各1臺、射流風機4臺和局扇風機各1臺；功率分別為160、15、7.5 kW。軸流風機置于洞內聯系道后方30 m處，風管前端與掌子面間距10 m。射流風機分別于左線斜井1臺，左右線主洞和洞內聯系道各布置1臺。局扇置于二襯模筑臺車前方20 m處，防止發生局部瓦斯聚集現象。

圖4 斜井輔助工區第二區段通風示意圖

4 總 結

通過對樂漢高速金口河隧道斜井高地溫段施工進行介紹，從通風降溫的角度出發，對高地溫區域內的隧道斜井施工技術做了較為全面的總結。通過公式計算通風量并設計合理的通風方案對隧道斜井進行相應的降溫措施，有效地降低了施工區域內的環境溫度，將隧道斜井施工區域內的環境溫度控制在28 ℃左右，環境溫度能夠滿足隧道斜井施工的要求，機械設備與施工人員在高地溫區域能正常作業，保證了金口河隧道施工的順利進行，同時也為其他高地溫隧道斜井施工提供了科學依據。

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