貴南鐵路大方山隧道出口施工通風(fēng)設(shè)計

劉安民

摘 要：【目的】在長大隧道施工中，洞內(nèi)往往通風(fēng)效果差或不足，其施工環(huán)境很差，嚴重影響作業(yè)人員健康及機械設(shè)備安全?！痉椒ā繛檠芯块L大隧道多階段復(fù)雜組合式通風(fēng)，以貴南鐵路大方山隧道為工程背景，采用理論計算的手段，對隧道出口不同階段通風(fēng)方案進行設(shè)計分析。【結(jié)果】結(jié)果表明：隧道出口采用三階段設(shè)計方案可以滿足洞內(nèi)通風(fēng)要求；通過PVC增強維綸布風(fēng)管和拉鏈式接頭制作的風(fēng)管可以很好地降低漏風(fēng)率，適當增加風(fēng)管直徑可大幅降低風(fēng)阻影響?！窘Y(jié)論】研究結(jié)果可為類似工程安全施工提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：隧道；施工通風(fēng)；參數(shù)設(shè)計

中圖分類號：U453.5? ? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-5168（2023）09-0092-04

Abstract：[Purposes] In the construction of long tunnels， poor or insufficient ventilation often leads to poor construction environment， which seriously affects the health of operators and the safety of machinery and equipment.[Methods] In order to study the multi-stage complex combined ventilation of long and large tunnels， this paper takes the Dafangshan Tunnel of Guinan Railway as the engineering background to analyze the ventilation schemes at different stages of the tunnel exit were designed and analyzed using theoretical calculation methods. [Findings] The results show that adopting a three stage design scheme for the tunnel exit can meet the ventilation requirements in the tunnel; the air duct made of PVC reinforced vinylon cloth air duct and zipper joint can effectively reduce the air leakage rate， and appropriately increasing the diameter of the air duct can significantly reduce the impact of wind resistance. [Conclusions] The research results can provide reference for the safety construction of similar projects.

Keywords： tunnel； construction ventilation； parameter design

0 引言

隧道施工通風(fēng)是隧道施工中重要的一環(huán)，隨著對作業(yè)環(huán)境要求的提高，通風(fēng)方案也愈發(fā)受到關(guān)注，其中不可避免地涉及通風(fēng)設(shè)計。魯小龍［1］對高原鐵路某隧道短橫洞長距離施工方案進行了詳細計算；劉源［2］對玉渡山隧道進行了通風(fēng)方案及相應(yīng)的設(shè)備配套研究；張春浩［3］以揭惠鐵路百吉嶺隧道烏豐斜井工程為例，進行了斜井通風(fēng)方案設(shè)計；另外還有許多專家學(xué)者對長大及不良地質(zhì)環(huán)境的隧道通風(fēng)進行了相關(guān)的研究［4-9］。筆者以貴南鐵路大方山隧道為工程背景進行了詳細的通風(fēng)設(shè)計研究，以期為今后類似工程通風(fēng)設(shè)計提供參考。

1 工程概況

貴南鐵路大方山隧道位于廣西境內(nèi)荔波～環(huán)江區(qū)間，設(shè)計時速350 km，單洞雙線，線路里程為DK255+263～DK264+910，全長9.6 km，隧道內(nèi)線路縱坡為人字坡，最大埋深約375 m。隧道輔助坑道采用進口泄水洞和出口平導(dǎo)形式輔助施工。其中進口泄水洞長度3 km，與正洞通過6個橫通道連接，橫通道間距500 m；出口平導(dǎo)長度5.2 km，設(shè)有13個橫通道，其間距為400 m，如圖1所示。

本隧道采用鉆爆法施工，隧道最大斷面134.96 m2，進、出口雙向掘進，挖掘機和裝載機同時裝碴，采用無軌運輸方式出碴。隧道中因爆破炮煙、車輛廢氣及粉塵等因素影響，導(dǎo)致洞內(nèi)施工環(huán)境差，另外大方山隧道DK263+650～DK264+820段為石炭系下統(tǒng)大塘階頁巖、砂巖夾炭質(zhì)頁巖，疑似存在瓦斯等有毒有害氣體，因此施工中需要對通風(fēng)方案進行設(shè)計，以保證隧道通風(fēng)效果，進而保證人員及設(shè)備施工。

2 隧道通風(fēng)設(shè)計

2.1 設(shè)計參數(shù)

本隧道開挖斷面面積130 m2，爆破每循環(huán)用藥量240 kg，洞內(nèi)一次最多作業(yè)工人數(shù)按70人算，爆破通風(fēng)時間30 min，采用直徑1.8 m通風(fēng)軟管，輔助坑道采用直徑0.8 m軟管，管道百米漏風(fēng)率2％，這里以出口第二階段巷道式通風(fēng)為例進行計算，出口第二階段通過平導(dǎo)輔助正洞開挖面通風(fēng)，通過軸流式風(fēng)機將風(fēng)輸送到開挖掌子面，最大通風(fēng)距離按1 200 m計算。

2.2 隧道總通風(fēng)量計算

隧道總通風(fēng)量按最低風(fēng)速、排除爆破炮煙、洞內(nèi)最多工人數(shù)和設(shè)備計算，計算完成后取其中最大風(fēng)量值作為后續(xù)設(shè)備選型依據(jù)。

2.2.1 按最小風(fēng)速計算。為保證人員健康，隧道內(nèi)最小風(fēng)速不小于0.25 m/s，則通風(fēng)量Q1=S×V=0.25×130×60=1 950 m3/min

2.2.2 按稀釋爆破炮煙計算，則有式（1）。

2.4.2 風(fēng)機安裝。

①洞外風(fēng)機安裝。為保證供風(fēng)不被污染，將風(fēng)機安裝于洞外30 m處，施作0.5 m厚混凝土底座后在其上方架設(shè)工字鋼門架，將風(fēng)機固定工字鋼門架上，同時為保證通風(fēng)機和配電柜避免雨淋受潮及防止發(fā)生觸電事故，在其上方設(shè)施工雨棚和護欄。

②洞內(nèi)風(fēng)機安裝。洞內(nèi)軸流風(fēng)機安裝高度控制在隧道拱腰部位，支撐風(fēng)機支架整體強度及相關(guān)螺栓拉拔強度應(yīng)經(jīng)驗算合格。

2.4.3 風(fēng)管的選擇與安裝。選用PVC增強維綸布風(fēng)管，在風(fēng)管安裝過程中要注意風(fēng)機口與風(fēng)管口不一致或不同直徑風(fēng)管口連接時，應(yīng)以漸變的方式進行連接，并且其連接長度不小于3 m；當需要采用三通風(fēng)管時，應(yīng)保證兩個從風(fēng)管的過流面積之和大于主風(fēng)管；安裝時應(yīng)吊掛平直，避免褶皺，連接須牢固且不漏風(fēng)，在洞內(nèi)拐角部位應(yīng)避免死彎，防止阻力過大導(dǎo)致通風(fēng)效果變差。

3 隧道通風(fēng)布置

目前，隧道通風(fēng)主要有獨頭通風(fēng)和巷道式通風(fēng)兩種方式。一般在掘進距離短時通過在洞口設(shè)置軸流式風(fēng)機進行獨頭通風(fēng)，超過一定距離后由于沿途風(fēng)阻、通風(fēng)設(shè)備等因素導(dǎo)致獨頭通風(fēng)效果變差或不經(jīng)濟，此時可以采用巷道式通風(fēng)，利用隧道內(nèi)各通道組成通風(fēng)回路，保證通風(fēng)效果。本隧道出口工區(qū)通風(fēng)設(shè)置分三個階段，具體如下。

3.1 第一階段

在正洞與平導(dǎo)13號橫洞貫通之前，正洞與平導(dǎo)洞口20 m位置分別設(shè)1臺SDF（B）-№13型軸流風(fēng)機（2×132 kW軸流風(fēng)機）進行壓入式通風(fēng)。

3.2 第二階段

正洞與平導(dǎo)12號橫洞貫通后，平導(dǎo)洞口風(fēng)機移入正洞，并增加1臺SDF（B）-№13型軸流風(fēng)機（2×132 kW軸流風(fēng)機），對正洞兩個工作面、平導(dǎo)一個工作面，采用巷道式通風(fēng)，如圖2所示。具體通風(fēng)布置如下。①在進口主洞DK264+540里程（距13#橫通道30 mm）處布置3臺軸流風(fēng)機（功率132 kW×2）作壓入式通風(fēng)，用軟管通過橫通道分別接至主洞出口、12#橫通道小里程掌子面及平導(dǎo)掌子面15 m處，向掌子面壓入新鮮空氣。②為保證效果，在主洞軸流風(fēng)機后20～30 m處增設(shè)2臺SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機引入新鮮空氣；主洞掌子面污濁空氣通過12橫通道排向平導(dǎo)，為防止泄水洞污風(fēng)阻礙從橫通道排出的主洞掌子面污風(fēng)，在平導(dǎo)掌子面后方50～70 m以內(nèi)安裝1臺射流風(fēng)機SSF-№10（18.5 kW），另在后方每隔500 m設(shè)置1臺射流風(fēng)機SSF-№10（18.5 kW），加快主洞污風(fēng)循環(huán)；在13#、12#橫通道位置各設(shè)1臺SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機，使主洞掌子面污風(fēng)經(jīng)橫通道引流至平導(dǎo)。③隨著掌子面的向前掘進，軸流風(fēng)機隨橫通道的開挖完成向前同步移動，并根據(jù)排風(fēng)道長度增設(shè)射流風(fēng)機，橫通道除最前面的2個通風(fēng)外，其余均用風(fēng)墻封閉。

3.3 第三階段

平導(dǎo)施工完畢后，正洞2臺風(fēng)機分別對正洞兩個工作面進行巷道式通風(fēng)，如圖3所示。具體通風(fēng)布置如下。①在進口主洞DK260+210里程（距2#橫通道100 mm）處布置2臺軸流風(fēng)機（功率132 kW×2）作壓入式通風(fēng)，用軟管通過橫通道分別接至主洞出口、1#橫通道小里程掌子面15 m處，向掌子面壓入新鮮空氣。②在主洞軸流風(fēng)機后20～30 m處增設(shè)1臺SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機，且向洞口位置每間距500 m設(shè)置1臺№10（18.5 kW）射流風(fēng)機，引入洞外新鮮空氣；主洞掌子面污濁空氣通過1#橫通道排平導(dǎo)，為防止泄水洞污風(fēng)阻礙從橫通道排出的主洞掌子面污風(fēng)，在平導(dǎo)掌子面后方50～70 m以內(nèi)安裝1臺射流風(fēng)機SSF-№10（18.5 kW），另在后方每隔500 m設(shè)置1臺射流風(fēng)機SSF-№10（18.5 kW），加快主洞污風(fēng)循環(huán)；在13#、12#橫通道位置各設(shè)1臺SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機，使主洞掌子面污風(fēng)經(jīng)橫通道引流至平導(dǎo)。③隨著掌子面的向前掘進，軸流風(fēng)機隨橫通道的開挖完成向前同步移動，并根據(jù)排風(fēng)道長度增設(shè)射流風(fēng)機，橫通道除最前面的2個通風(fēng)外，其余均用風(fēng)墻封閉。

4 防漏降阻技術(shù)

對于長距離管道式通風(fēng)，需要考慮如何降低風(fēng)阻影響，以提高通風(fēng)效果。目前除了設(shè)備本身配置合理外，還需要考慮風(fēng)管運維影響。

4.1 防漏問題

風(fēng)管漏風(fēng)一般出現(xiàn)在接頭部位，通過PVC增強維綸布風(fēng)管和拉鏈式接頭制作的風(fēng)管，可以很好地解決風(fēng)管接頭漏風(fēng)的問題。另外在施工中加強現(xiàn)場巡視，定期對風(fēng)管進行檢查，發(fā)現(xiàn)破損及時修補。

4.2 降阻問題

除了風(fēng)管本身性質(zhì)，如材料，風(fēng)管直徑、拐彎位置彎曲程度等都是局部風(fēng)阻增大的原因，有研究表明從1 m增大到1.2 m，同一風(fēng)量的阻力損失可降低到前者的60%左右，因此本工程除了考慮風(fēng)管的制作材料和接頭方式外，采用了直徑[Φ]1.8 m的風(fēng)管，保證通風(fēng)效果。

5 結(jié)語

隧道施工通風(fēng)效果好壞直接影響現(xiàn)場作業(yè)人員健康及機械設(shè)備的使用壽命。本研究以貴南鐵路大方山隧道為背景，針對隧道出口特點，對其通風(fēng)方案進行了較為詳細的參數(shù)設(shè)計，并針對其通風(fēng)防漏降阻提出針對性解決方案，可為類似工程提供參考。

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