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大风室接力通风在长斜井隧道施工中的应用

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第31卷第1期 耀莲建谨 Tunnel Construction V0】.31 No.1 Feb. 2011 2011年2月 大风室接力通风在长斜井隧道施工中的应用 豆小天,陈庆怀 (中铁隧道集团二处有限公司,河北三河065201) 摘要:为提高隧道施工通风效果,改善隧道施工环境,实现快速施工的目的,以西秦岭特长隧道斜井进双正洞无轨运输施工通风为 例,从方案比选、通风设计、效果监测等方面系统阐述了罗家理斜井施工通风技术,并对大风室接力通风在罗家理斜井的成功应用 进行详细说明。所采用的通风技术工艺简单、可靠、经济、高效,通风效果较好,有效地控制了空气中的尘毒污染,保证了施工的顺 利、快速进行。 关键词:长斜井;隧道施工;大风室;接力通风 中图分类号:u 453.5 文献标志码:B 文章编号:1672—741X(2011)0l一0104—06 Application of Large-plenum Relay Ventilation in Construction of Tunnel with Long Inclined Shafts D0U Xiaotian,CHEN Qinghuai (The 2nd Engineering Co.,Ltd.of China Railway Tunnel Group,Sanhe 065201,Hebei,China) Abstract:The ventilation technology of Luojiali inclined shaft of West Qinling tunnel is presented in terms of ventilation plan selection,ventilation design and ventilation effect monitoring.The successful application of large—plenum relay yen- tilation in Luojiali inclined shaft is described in detail.The ventilation technology described is simple,reliable,econom— ical and efficient.In the end,good ventilation effect has been achieved,air pollution induced by dusts has been effec— tively controlled and safe and rapid construction have been ensured. Key words:long inclined shaft;tunnel construction;large plenum;relay ventilation 0 引言 随着国民经济的发展,铁路建设中长大隧道的修 建数量日益增多。在长大隧道长距离独头掘进和通过 长斜井多工作面施工中,改善隧道通风环境,减小施工 影响及改善洞内作业环境是隧道施工亟待解决的难 题,研究高性能施工设备及其配套技术和施工管理技 术自然成为至关重要的课题 ,尤其是对无轨运输 施工的特长隧道的通风技术的研究。长大隧道通风方 案的选择、通风措施的采取很重要,通过现场观察及总 以提高施工通风效果。 1工程概况 西秦岭特长隧道位于新建铁路兰渝线(兰州一重 庆)中段,地处甘肃省东南部重镇(陇南市境内),全长 28.236 km,为2条单线隧道。全隧范围共设置2个斜 井,其中罗家理斜井设计为双车道永久斜井,断面采用 直墙拱形断面,尺寸为730 cm×634 cm(宽×高),斜长 2 473 m,与左线正洞相交里程为DIK413+388,与重庆 方向相交角度为85。58 52”,综合坡度为一11.09%,井 口与井底高差达278 m。 结施工经验,从理论和实践上对隧道通风技术进行计 算,详细分析隧道通风对施工本身产生的影响,只要通 过多种途径进行通风计算,并采取相应的通风措施,隧 道施工环境是可以改善的。前人在长大隧道通风技术 的研究方面通过数值模拟分析的比较多 。 ,且目前 TBM施工的独头通风长度为11 km左右,钻爆法无轨 运输施工的独头通风长度在4 km左右,钻爆法有轨运 输施工的独头通风长度在7 km左右。而本文是在此 罗家理斜井进入正洞后,按合同承担3个作业面的 施工任务,其中左线兰州端2 500 m,左线重庆端2 516.95 m,右线兰州端2 637.05 m,施工任务平面布置示意图 见图1。本工程为斜井进入双正洞无轨运输施工的特 长隧道,通过斜井独头掘进最长达5 100余m;同时, 因受斜井断面净空,难以为3个作业面布置3路 风管,必须考虑风量分配问题,施工通风难度较大。 基础上,对传统通风进行改造、优化,减少风损、风阻, 收稿日期:2010—10—24;修回日期:2011一O1—05 作者简介:豆小天(1982一),男,安徽六安人,2002年毕业于安徽大学,大专,工程师,现主要从事隧道及地下工程施工和管理工作。 第1期 豆小天,等: 大风室接力通风在长斜井隧道施工中的应用 西秦岭隧道出口段TBM施工段 西秦岭隧道进口段钻爆法施工段 7 403Ill 西秦岭隧道出口段TBM施工段 罗家理斜井钻爆段 / 8 369 m 2 5OOm 2 516.95 5 347.05m 钻爆施 段 2 10Off 姜 店子坪03 m 左 线 ㈠ 罗—家 理斜井 萋 雾 tne-L+,-i l… L / iJ /f I『 进 口 ,, ∥ , : j , / / / , , , ,, \ 锅 左 线 出 口 右 线 } { : 7 进 口 j  II  lI 右 线 出 口 2 637.O5m 隔板隔出的下断面排出。隔板延伸至正洞内,在井底 率轴流风机,通过2趟1 800 mm大直径通风软管将新 上某 近 上断面皇风机密封连接,要 苎萼 开挖面由风机通过风管将上 鲜风送人正洞大风室中。大风室采取钢板配合浆砌封 此方案在西格二线 堵。到 霉要 ,施工速度快,风机安装便捷。通过接力的形式局部 ¨ 千’入 过趟大直径软风管采取压人式通风2 ,、 奎 将新鲜风送至 、 砑。 、 ,’耻 , 里 。 ¨ 兀 由表1可知,方案1的一次性投入费用和固定摊销 3通风设计 3.1通风设计标准 费用均大于方案2,即方案2经济性指标优于方案l。 2.3.方案选定 综上分析,一方面考虑到风室前移,减少通风管 路,既要提高风机运行效率,又要最大限度满足施工及 在隧道施工过程中,由于钻爆、装运、喷混凝土产 生有害气体和粉尘及开挖揭露地层释放的有害气体使 隧道内作业环境受到污染,必须采用机械通风的方法 职业健康要求;另一方面,为降低通风管理及维护强 度,同时,也为满足经济性最优,选定方案2作为最终 通风方案。方案2布置见图2。 向洞内供给新鲜空气,以稀释有害气体、降低粉尘浓 度。隧道内施工作业环境要达到以下卫生标准 j: 1)隧道中氧气含量按体积分数计不得小于20%, 隧道建设 第31卷 温度不宜高于30℃。 2)游离SiO:的粉尘,每m 空气中不得大于2 mg;体 积分数小于10%游离SiO ,每m 空气中不得大于4mg。 3)有害气体浓度。CO最高容许体积质量为30 mg/m ,在特殊情况下施工人员必须进入工作面时可 为100,irg/m ,但工作时间不得超过30 min;CO 体积 分数不得大于0.5%;NO 体积质量(换算成NO )为 5 mg/m 以下。 图2施工通风平面布置示意图 Fig.2 Plan of arrangement of ventilation(1uring construction 3.2风量计算 3.2.-1风量计算参数 见表2。 表2风量计算参数表 Table 2 Parameters for air flow rate calculation 5)通过以上计算取最大值作为计算风量: Q :max{Q。}={210,1 OO1.4,1 069,938}= 1 069 m /min 则,风机要求提供风量: Q =nKQ =1.10×1×1 069=1 175.9 m /min。 式中: 为高原修正系数,取1;n为储备系数,取1.10; Q仙为通风机要求提供风量,1TI /min。 这里计算的9 为1个作业面的需风量,正洞3 个作业面同时进行出碴作业在通风设备需求及经济性 上都是不科学的;而且,若按3个作业面配置施工资 源,也将造成巨大成本浪费,应错开3个作业面同时进 行出碴作业的情况,以实现成本最优化。故井底风室 的总新鲜风供风量按2个作业面同时进行出碴作业计 算,另一个作业面进行钻眼或支护作业,风机按照中速 运转配风,即可满足要求。 另外,计算设备配置及选型时,要充分考虑几个作 业面的作业距离差。在本工程中,考虑到斜井进入正 洞几个作业面的施工组织,左线兰州端优先进行施 3.2.2风量计算 施工通风所需风量按洞内同时工作的最多人数、一 工,待施工距离在200 m左右时,进行右线兰州端施 工。右线兰州端施工里程为2 637.05 m,通风计算时 按2 400 m计算通风距离。 次性爆破所需排除的炮烟量、内燃机械设备总功率和洞 内允许最小风速分别计算,取其中最大值作为控制风量。 3.2.3设备匹配模拟计算 斜井口采用2台2×132 kW轴流风机配合咖1.8 m通风软管(斜井供风距离按2 500 m计算);正洞采 用2台2×75 kW轴流风机及1台2×55 kW轴流风机 1)按洞内同时工作的最多人数计算,得出Q = 210 m /rain; 2)按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算,得出 Q爆=1 001.4m /min; 且均配合 1.5 m的通风软管(其中左线兰州、左线重 庆端供风距离按2 500 HI计算,右线兰州端供风距离按 2 400 m计算)。具体解算结果见表3。 3)按稀释内燃机废气计算,得出Q内=l 069m3/min; 4)按最低风速计算,得出Q =938 In /min; 第1期 左兰 豆小天,等: 大风室接力通风在长斜井隧道施工中的应用 107 线州 一 3 O 3 i SDFC一11.5(高速)风机与 1.5 rl'l风管 l 2 3 ∞ 匹配解算结果 卯 3 3 4 3 9 如4 m 由表3可以得出: ∞凹 出碴作业,另一个作业面进行钻眼或支护作业,风机按 1)斜井轴流风机向风室供风风量(按+3。叶片角 照中速运转配风,即可满足要求。 度计算)为4 280.2m /min。 正洞风机风量为4 142.95 m /rain<斜井轴流风 2)正洞轴流风机在叶片角度+3。时,风机出口风 ; 机向风室供风风量4 280.2 m /min,风机选型匹配。 量均大于计算需风量1 175.9 5m /mi卯 ,9 n,满足施工需要。 3.3通风设备选型 3)正洞轴流风机需风量按2个作业面同时进行 % 矾 见表4 表4 罗家理斜井通风设备选型表 Table 4 Type selection of ventilation equipment for Luojiali inclined shaft 4方案特点及实施效果检测 4.2通风效果检测 4.1 方案基本原理及特点 4.2.1检测仪器及设备 4.1.1基本原理 见表5。 表5检测仪器及设备一览表 利用风室端头处风机抽吸作用,产生压力差,使得 Table 5 Measurement instruments and devices 风室内空气流动,达到通风换气的目的。按这种原理, 检测仪器及型号 数量 随隧道掘进长度的增加,可以向前扩大、延长风室长 KT一601型气体检测报警器(氧气) 度,可极大提高独头掘进长度。 Z一700型氮氧化物检测仪 TES一1 360A型温湿度计 4.1.2方案特点 Telaire一7 001型二氧化碳检测仪 1)工艺简单,施工操作方便。 干湿温度计 2)能耗低,施工成本低,通风效果好。 数字粉尘测试仪 3)施工设备配套简化,减少了大量的风管安设, 4.2.2通风效果检测 不需设置风门、风道、风机房等设施,安装简单。 仅取送风距离最远通风最困难端(兰州方向)检 108 隧道建设 第31卷 响炮15mirr 0.47 0.26 O.18 4 2有堡兰 挛喜出碴出碴30 i ……掌子面  ̄:60mi “ 出碴完 勰 1 2 一勰凹 —2 3 7 1 O.10 O.48 2010扭 左线兰 kf,17y ̄出碴 堂千而掌子面 ,响炮15rain 出碴30mi” 60田但 ” mi 6 出碴完 9月8日 检测数据 O.25 2 6 5一 鸺加 —4 8 4 I O.17 O.12 5一叩 船7 加加加加一加加加加 1 1 3 5—1 0 4 4 可以看出,通风效果和污风排出时间满足当前施 工要求。响炮30 min左右,通风检测各项指标符合要 O O O O—O O O O 求。 2 1 1 O一3 3 l l 键。目前本工程兰渝铁路罗家理斜井最长独头已掘进 近5 000 n,I通风效果非常理想。 5 结论 鼹  }一2 1)采用本方法进行施工通风,由于其工艺具备简 参考文献(References): [1]赖涤泉.隧道施工通风与防尘[M].北京:中国铁道出版 社,1994. 单、可靠、经济、高效的特点,特别是易操作,有利于广 泛推广应用,可以较好地解决斜井进正洞双线施工的 施工技术难题,获得较满意的通风效果,保证施工顺利 进行。能有效地控制施工中的尘毒污染,保护了施工 人员的身体健康,确保劳动法规、职业病防治法等国家 法令法规的落实。 2)风室延长。利用正洞形成大型风室(本工程中 [2] 王海峰.乌鞘岭特长隧道斜井施工通风技术[J].科技情 报开发与经济,2007(15):277—279.(WANG Haifeng. Talking about the ventilation technique adopted in the con— struction of the inclined shaft in Wuqiaoling extra—long tunnel [J].Sci—Tech Information Development&Economy,2007 (15):277—279.(in Chinese)) 最终风室长度为860 Il1),缩短了独头通风距离,不仅 可以节省大量通风管,也降低了通风机的功率消耗。 更重要的是,能够延长隧道独头施工的长度而不会恶 化洞内环境,对于施工成本的降低、施工速度的加快均 是十分重要的。在本工程中,较好的通风效果为隧道 的快速施工创造了必要的条件,3个作业面以月均200 In的施工速度快速推进,最高单作业面292.5 1TI的施 [3]方磊.长大公路隧道通风物理模型试验研究[D].西安: 长安大学,2005.(FANG Lei.The physical model expefi— ment research of long highway tunnel ventilation[D].xi’ an:Chang’an University,2005.(in Chinese)) [4] 孟伟.雪峰山隧道通风系统模型实验[D].武汉:华中科 技大学,2004.(MENG Wei.The model experiment of Xue— fengshan mountain tunnel ventilation system[D].Wuhan: Huazhong University of Science and Technology,2004.(in 工速度,经济效益十分明显。 3)合理的通风系统、理想的通风效果是实现长大 隧道快速施工、施工人员身心健康及施工安全的重要 Chinese)) [5] 甘建国,罗卫华,仇玉良,等.雪峰山隧道通风数值模拟 研究[J].中南公路工程,2OO6(1):50—56.(GAN Jianguo, LUO Weihua.QIU Yuliang.et a1.Numeric Simulation ofⅪef_ 保证。高水平的施工通风管理也是保证通风效果的关 I二J 1J 1 1J 1J 第1期 豆小天,等: 大风室接力通风在长斜井隧道施工中的应用 109 (上接87页) 0304--2009/J 947--2009铁路隧道工程施工安全 [4] TB 1参考文献(References): [1]TB 10120--2002铁路瓦斯隧道技术规范[S].北京:中 国铁道出版社,2002. 技术规程[S].北京:中国铁道出版社,2009. 204--2008 客运专线铁路隧道工程施工技术指南 [5] TZ [s].北京:中国铁道出版社,2008. 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