梧山隧道出口施工通風(fēng)技術(shù)討.doc

梧山隧道出口施工通風(fēng)技術(shù)探討中鐵二局第二工程有限公司 唐文斌摘要：結(jié)合京福鐵路客專梧山隧道出口實(shí)施的施工通風(fēng)方案，探討大斷面長(zhǎng)大隧道在無(wú)軌運(yùn)輸和高地?zé)岬臈l件下，從通風(fēng)設(shè)計(jì)、方案選擇、設(shè)備選型等方面，如何更好的解決長(zhǎng)距離施工通風(fēng)技術(shù)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大隧道 無(wú)軌運(yùn)輸 長(zhǎng)距離 通風(fēng)技術(shù)1.概述進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的隧道施工規(guī)模突飛猛進(jìn)，長(zhǎng)大隧道比比皆是。然而，在隧道施工的各個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的大量粉塵和有害氣體，嚴(yán)重危害作業(yè)人員的身體健康，也不利于施工作業(yè)的正常進(jìn)行。因此，施工通風(fēng)是隧道施工中不可缺少的環(huán)節(jié)，也是制約隧道快速施工的一個(gè)重要因素。特別是在單口掘進(jìn)長(zhǎng)大隧道的施工中通風(fēng)問(wèn)題顯得尤為突出。早在上世紀(jì)六十年代，管道式通風(fēng)技術(shù)已經(jīng)成為解決施工通風(fēng)的發(fā)展方向。在我國(guó)以往較短隧道施工中，由于采用管道式通風(fēng)時(shí)所用風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量均不大，故僅適用于小斷面和局部通風(fēng)。八十年代以后，我國(guó)從日本引進(jìn)了大功率對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，才使管道通風(fēng)技術(shù)有了較大提高。在有軌運(yùn)輸?shù)墓こ虒?shí)例中，秦嶺線隧道平導(dǎo)采用日產(chǎn)PF-110SW55型軸流風(fēng)機(jī)，配合1.3m隧道局通風(fēng)設(shè)備廠產(chǎn)的PVC增強(qiáng)維綸布拉鏈?zhǔn)饺嵝燥L(fēng)管，獨(dú)頭壓入式通風(fēng)距離達(dá)到了4800m。但對(duì)于大斷面無(wú)軌運(yùn)輸?shù)耐L(fēng)工程實(shí)例，從現(xiàn)有資料看，超過(guò)3000m就非常困難了。我公司在京福鐵路客專承建的梧山隧道，位于福州市閩清縣與閩侯縣交界處，全長(zhǎng)8432.68米，其中出口端在未貫通前獨(dú)頭掘進(jìn)3672m，斷面面積約130m2，雙線隧道。由于隧址區(qū)存在高地?zé)?，地下水豐富，出碴進(jìn)料采用無(wú)軌運(yùn)輸，客觀條件決定了施工通風(fēng)問(wèn)題成為梧山隧道出口能否優(yōu)質(zhì)高效完成掘進(jìn)任務(wù)的關(guān)鍵之一。為此，我們?cè)陧?xiàng)目策劃期間進(jìn)行了通風(fēng)技術(shù)的研究工作。2.通風(fēng)設(shè)計(jì)2.1通風(fēng)方案的比選2.1.1通風(fēng)方案的制訂依據(jù)在隧道施工中，采取何種通風(fēng)方式應(yīng)根據(jù)隧道的施工方法、坑道特點(diǎn)和污染源的特性以及設(shè)備條件等因素加以確定。梧山隧道出口在選擇通風(fēng)方案時(shí)主要考慮了下列因素：隧道出口端計(jì)劃獨(dú)頭掘進(jìn)約4000米；雙線隧道，斷面面積大(約130m2)；采用鉆爆法、全斷面或大斷面開(kāi)挖方式；采用無(wú)軌運(yùn)輸出碴進(jìn)料；柴油汽車排放的廢氣發(fā)生在整個(gè)運(yùn)輸巷道上，且愈往洞口處廢氣濃度愈大；2.1.2通風(fēng)方案的比較隧道施工通風(fēng)主要采用機(jī)械通風(fēng)，其通風(fēng)方式按風(fēng)道類型一般分為巷道式和管道式兩種，其中后者按送風(fēng)方式不同又可分為壓入式、吸出式和混合式三種。它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)。2.1.3方案確定結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)分析比較后，方案確定為采用壓入式通風(fēng)為主，必要時(shí)輔以射流風(fēng)機(jī)保證隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度。同時(shí)，考慮到需要解決長(zhǎng)距離通風(fēng)，風(fēng)機(jī)選型要求大風(fēng)量、高風(fēng)壓，風(fēng)管要求選用大直徑柔性風(fēng)管向洞內(nèi)送風(fēng)。2.2通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算隧道施工通風(fēng)旨在為洞內(nèi)施工人員創(chuàng)造一個(gè)適宜的作業(yè)環(huán)境，以保證作業(yè)人員的身體健康和作業(yè)的效率。因此通風(fēng)設(shè)計(jì)需要達(dá)到以下條件。保證洞內(nèi)作業(yè)人員有足夠的新鮮空氣。坑道中氧氣含量按體積計(jì)不得低于20%。粉塵允許濃度：每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg；含有10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物質(zhì)的礦物性和動(dòng)植物性的粉塵為10mg。作業(yè)面有害氣體濃度降到允許范圍內(nèi)。二氧化碳按體積計(jì)不超過(guò)0.5%。 氮氧化物換算成NO2為5mg/m3以下。一氧化碳不大于30mg/m3。隧道內(nèi)的溫度不得高于28；2.2.1計(jì)算參數(shù)的確定結(jié)合相關(guān)規(guī)范和實(shí)際情況，擬定計(jì)算參數(shù)如下：每人每分鐘呼吸所需新鮮空氣量=3m3/min；-風(fēng)量備用系數(shù)，取1.101.15；-洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)，開(kāi)挖30人+仰拱8人+襯砌10人+溝槽12人+管理人員8人=68人，取m=70；-同時(shí)爆破的炸藥消耗量，炸藥單耗0.65kg/m3循環(huán)進(jìn)尺3.0m斷面面積126m2=245.7kg；-一公斤炸藥爆破時(shí)所構(gòu)成的有害氣體體積，40L；-通風(fēng)時(shí)間，按30min計(jì)；-隧道斷面面積，126m2；-通風(fēng)區(qū)段長(zhǎng)度，預(yù)計(jì)通風(fēng)長(zhǎng)度3500m；ni洞內(nèi)同時(shí)使用內(nèi)燃機(jī)作業(yè)的總功率，平均4臺(tái)出碴車(173Kw/臺(tái))+2臺(tái)裝載機(jī)(162Kw/臺(tái)) =1016Kw；a洞內(nèi)同時(shí)使用內(nèi)燃機(jī)每Kw所需的風(fēng)量，取3m3/min；V-工作面最小風(fēng)速，0.15m/s，但不宜大于6m/S；-百米漏風(fēng)率，取1%；-空氣密度，1.2kg/m3；-末端管口風(fēng)速，5.6m/s（按工作面最小風(fēng)速折算）；d通風(fēng)管直徑，d=2m，管節(jié)長(zhǎng)20m。-管道摩阻系數(shù)，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)取0.01；-管道內(nèi)平均風(fēng)速，；2.2.2風(fēng)量計(jì)算風(fēng)量計(jì)算從最多人數(shù)、最多炸藥量、爆破后稀釋CO至許可最高濃度、稀釋內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度、滿足最小風(fēng)速5個(gè)方面予以考慮。按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算按同時(shí)爆破的最多炸藥量計(jì)算按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計(jì)算按稀釋內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計(jì)算按滿足工作面最小風(fēng)速計(jì)算取上述風(fēng)量的最大值作為設(shè)計(jì)風(fēng)量，故工作面所需風(fēng)量應(yīng)不小于Q=3048m3/min?？紤]漏風(fēng)因素：據(jù)風(fēng)管廠提供的技術(shù)指標(biāo)，采用PVC增強(qiáng)塑纖布作風(fēng)管材料，百米漏風(fēng)率正常時(shí)可控制在1%以內(nèi)。本方案通風(fēng)距離考慮3500m，據(jù)此計(jì)算漏風(fēng)系數(shù)則最終風(fēng)機(jī)供風(fēng)量應(yīng)不小于2.2.3系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算從理論上講，通風(fēng)系統(tǒng)克服通風(fēng)阻力后在風(fēng)管末端風(fēng)流具有一定的動(dòng)壓，克服阻力則取決于系統(tǒng)靜壓，動(dòng)壓與靜壓之和即為系統(tǒng)需供風(fēng)壓。動(dòng)壓計(jì)算靜壓計(jì)算管道摩擦阻力局部阻力系統(tǒng)靜壓系統(tǒng)風(fēng)壓根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，在通風(fēng)管直徑為2m情況下，供風(fēng)量不小于4694m3/min，全壓不小于4685Pa的風(fēng)機(jī)才能滿足施工要求。2.3設(shè)備選型設(shè)備選型關(guān)系到整個(gè)方案的成敗，是通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行好壞的基本保證。設(shè)備選型時(shí)主要依據(jù)理論計(jì)算得到的供風(fēng)量及供風(fēng)風(fēng)壓來(lái)確定設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，同時(shí)考慮成本因素。2.3.1通風(fēng)管的選擇通風(fēng)管的選擇應(yīng)從降低風(fēng)壓損失、降低管道摩阻損失和降低管道漏風(fēng)損失等方面進(jìn)行考慮。降低風(fēng)壓損失根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離大風(fēng)量的送風(fēng)最有效的措施是采用大直徑通風(fēng)管，這不僅可以減少通風(fēng)機(jī)、延長(zhǎng)送風(fēng)距離，還可以成倍的降低通風(fēng)能耗。降低管道摩阻損失引起管道摩阻損失的主要因素管壁的光滑程度、管道接頭、管道的順直情況。為減少管道的摩阻損失并考慮造價(jià)因素，可選用具有風(fēng)阻小、裝拆方便、耐用、易修補(bǔ)、耐腐蝕、抗靜電成本低的風(fēng)管。降低管道漏風(fēng)損失管道接頭漏風(fēng)、管道縫紉針眼漏風(fēng)、管道破損漏風(fēng)等均是造成管道漏風(fēng)損失的重要原因。為此，可采用長(zhǎng)節(jié)段風(fēng)管減少接頭，可采用對(duì)折縫紉法和在縫紉縫上刷涂粘膠劑來(lái)減少針眼漏風(fēng)。根據(jù)以上闡述和壓入式通風(fēng)的特點(diǎn)，結(jié)合梧山隧道的實(shí)際情況，決定采用軟式拉鏈風(fēng)管，選用直徑為2米。該風(fēng)管具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度和較小的伸長(zhǎng)率，接頭方式新穎，使用方便，重量輕，易安裝，破損較少，徑向變形也小。另接頭光滑、嚴(yán)密，能有效地減少漏風(fēng)和系統(tǒng)阻力。2.3.2風(fēng)機(jī)的選擇風(fēng)機(jī)的選擇主要考慮供風(fēng)量、風(fēng)壓和能耗的問(wèn)題。依據(jù)以上計(jì)算和闡述，決定選用西安交大咸陽(yáng)風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的SDDY-隧道專用三速對(duì)旋式風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)具有高中低三中轉(zhuǎn)速，可以根據(jù)隧道施工的不同時(shí)期對(duì)風(fēng)機(jī)性能的不同要求，采用相適應(yīng)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到高效和節(jié)約能源。配用風(fēng)機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)如下。風(fēng)機(jī)機(jī)號(hào)速度轉(zhuǎn)速(r/min)流量(m3/h)全壓(Pa)高效流量(m3/h)效率(%)配用功率(Kw)13.5高速148019000014500050007000170000861602中速9801350001050002200310012000085472低速74095000750001300185080000842223.通風(fēng)方案的實(shí)施3.1機(jī)構(gòu)和制度上的保證為加強(qiáng)通風(fēng)工序的管理，保證通風(fēng)效果，梧山隧道出口在機(jī)構(gòu)的設(shè)置上重點(diǎn)突出了通風(fēng)環(huán)節(jié)。成立了專業(yè)的通風(fēng)班組，并將隧道的進(jìn)度與通風(fēng)班組成員的收入掛鉤，制定并嚴(yán)格執(zhí)行獎(jiǎng)懲措施，從而在機(jī)構(gòu)的設(shè)置和制度的執(zhí)行兩方面都使通風(fēng)方案的有效實(shí)施得到保障。3.2設(shè)備的安裝與維護(hù)通風(fēng)系統(tǒng)的安設(shè)質(zhì)量對(duì)通風(fēng)效果有著直接的影響。通風(fēng)機(jī)的安設(shè)需重點(diǎn)考慮循環(huán)污染的問(wèn)題。為避免由洞內(nèi)排出的污濁空氣再次進(jìn)入洞內(nèi)，我們將風(fēng)機(jī)安設(shè)在隧道線路左側(cè)距洞口30米，不影響隧道口交通組織的位置。風(fēng)管的安設(shè)需要盡量做到平直暢通、吊掛穩(wěn)固、接頭牢靠，并注意保持吊掛錨桿的縱向一致和風(fēng)管承重索的高度相同。風(fēng)管的接長(zhǎng)等工作則選在鉆眼工序時(shí)進(jìn)行。風(fēng)管末端到工作面的距離保持在30米左右，最長(zhǎng)不應(yīng)大于50米。通風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)為了使系統(tǒng)始終處于良好狀態(tài)，就必須加強(qiáng)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的日常維護(hù)。除安排專人負(fù)責(zé)通風(fēng)系統(tǒng)的日常檢查和維修外，過(guò)程中的維護(hù)工作重點(diǎn)關(guān)注通風(fēng)機(jī)的保養(yǎng)、風(fēng)管的破損情況以及風(fēng)管通過(guò)襯砌臺(tái)車等設(shè)備處的順直情況等。4.方案的優(yōu)化4.1解決霧氣問(wèn)題梧山出口在掘進(jìn)至2600米時(shí)，由于隧址區(qū)地下水豐富、存在高地?zé)岈F(xiàn)象，導(dǎo)致洞內(nèi)600米2000米洞段因霧氣大而產(chǎn)生能見(jiàn)度低的問(wèn)題出現(xiàn)，嚴(yán)重影響洞內(nèi)的行車安全。經(jīng)過(guò)分析研究，項(xiàng)目部通風(fēng)管理小組決定對(duì)既有方案進(jìn)行優(yōu)化。即在距離洞口800米處、1800米處各增設(shè)一臺(tái)75KW的射流風(fēng)機(jī)向洞外排風(fēng)，加快洞內(nèi)的空氣流動(dòng)速度。方案經(jīng)優(yōu)化后，洞內(nèi)霧氣的問(wèn)題得到有效的解決。4.2控制揚(yáng)塵改善通風(fēng)效果在施工過(guò)程中，我們注意到爆破作業(yè)結(jié)束后和出碴的過(guò)程中，揚(yáng)塵的問(wèn)題對(duì)通風(fēng)的效果影響較大。為此，項(xiàng)目部采取了對(duì)爆破后的碴堆進(jìn)行灑水降塵的措施，改善了通風(fēng)的效果。另外，保持路面和施工場(chǎng)所的其余場(chǎng)地的整潔同樣能夠有效的控制揚(yáng)塵，加強(qiáng)通風(fēng)的效果。5.長(zhǎng)距離通風(fēng)的技術(shù)措施要保證管道壓入式通風(fēng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的目標(biāo)，除了通風(fēng)機(jī)械的合理選配外，如何做好防漏降阻是技術(shù)關(guān)鍵。要做到這一點(diǎn)，主要是靠風(fēng)管的制造、安裝和維護(hù)。5.1防漏問(wèn)題風(fēng)管的材質(zhì)和接頭方式是造成風(fēng)管漏風(fēng)的內(nèi)在因素。因此，選擇耐久性強(qiáng)、涂敷層密實(shí)的材料制作的風(fēng)管和密封性能好的接頭可適當(dāng)減少漏風(fēng)和降低風(fēng)阻。經(jīng)過(guò)調(diào)研，我們選取了隧道局生產(chǎn)的由PVC塑纖布和拉鏈?zhǔn)浇宇^制作的風(fēng)管，可較好地解決接頭漏風(fēng)。除上述風(fēng)管自身固有的內(nèi)在因素外，還有因接頭松動(dòng)、風(fēng)管破損等外在因素所造成的針眼漏風(fēng)、接頭漏風(fēng)和破損漏風(fēng)。因此，在管理上我們嚴(yán)格要求，定崗定人定責(zé)，定期檢查，發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)修補(bǔ)，使風(fēng)管始終處于良好的工作狀態(tài)，以有效地減少漏風(fēng)。5.2降阻問(wèn)題通風(fēng)系統(tǒng)管道阻力除了受風(fēng)管制作材料表面的光潔度和接頭平滑程度的影響外，風(fēng)管直徑的大小以及管道彎曲等導(dǎo)致的局部風(fēng)阻增大也是重要因素。若采用直徑較大的通風(fēng)管道，如從1.8m增大到2.0m，同一風(fēng)量的阻力損失可降低到前者的60%左右。因此在選擇風(fēng)管時(shí)，我們除了考慮風(fēng)管的制作材料和接頭方式外，還采用了直徑較大（2.0m）的風(fēng)管。另外我們?cè)陲L(fēng)管的安裝和維護(hù)上也下了功夫，這也是施工單位進(jìn)行降阻的主要著眼點(diǎn)。對(duì)此，我們的應(yīng)對(duì)措施是專人負(fù)責(zé)風(fēng)管的接長(zhǎng)、檢查、補(bǔ)漏和順直等諸項(xiàng)管理工作，確保風(fēng)管始終處于吊掛穩(wěn)固、平順暢通、接頭嚴(yán)密和管徑一致的良好狀態(tài)，有效地降低了通風(fēng)阻力。6.結(jié)論隨著隧道通風(fēng)設(shè)備的更新?lián)Q代和通風(fēng)技術(shù)的日益完善，對(duì)于采用鉆爆法、大斷面、無(wú)軌運(yùn)輸出碴的長(zhǎng)大隧道，壓入式通風(fēng)經(jīng)過(guò)梧山隧道出口的驗(yàn)證可以達(dá)到3500米以上。隧道通風(fēng)方案應(yīng)根據(jù)施工方法、坑道特點(diǎn)等實(shí)際情況而定。在選取通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算，采用高效大風(fēng)量的風(fēng)機(jī)和大直徑、性能好的風(fēng)管，以改善通風(fēng)效果。同時(shí)，選用三速通風(fēng)機(jī)也可在使用過(guò)程中合理的管控施工成本。實(shí)現(xiàn)隧道的長(zhǎng)距離通風(fēng)，除合理匹配通