梧山隧道出口施工通風技術(shù)討.doc

梧山隧道出口施工通風技術(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施的施工通風方案，探討大斷面長大隧道在無軌運輸和高地熱的條件下，從通風設(shè)計、方案選擇、設(shè)備選型等方面，如何更好的解決長距離施工通風技術(shù)問題。關(guān)鍵詞：長大隧道 無軌運輸 長距離 通風技術(shù)1.概述進入二十一世紀以來，我國的隧道施工規(guī)模突飛猛進，長大隧道比比皆是。然而，在隧道施工的各個環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的大量粉塵和有害氣體，嚴重危害作業(yè)人員的身體健康，也不利于施工作業(yè)的正常進行。因此，施工通風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重要因素。特別是在單口掘進長大隧道的施工中通風問題顯得尤為突出。早在上世紀六十年代，管道式通風技術(shù)已經(jīng)成為解決施工通風的發(fā)展方向。在我國以往較短隧道施工中，由于采用管道式通風時所用風機的風壓和風量均不大，故僅適用于小斷面和局部通風。八十年代以后，我國從日本引進了大功率對旋式軸流風機，才使管道通風技術(shù)有了較大提高。在有軌運輸?shù)墓こ虒嵗?，秦嶺線隧道平導(dǎo)采用日產(chǎn)PF-110SW55型軸流風機，配合1.3m隧道局通風設(shè)備廠產(chǎn)的PVC增強維綸布拉鏈式柔性風管，獨頭壓入式通風距離達到了4800m。但對于大斷面無軌運輸?shù)耐L工程實例，從現(xiàn)有資料看，超過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8432.68米，其中出口端在未貫通前獨頭掘進3672m，斷面面積約130m2，雙線隧道。由于隧址區(qū)存在高地熱，地下水豐富，出碴進料采用無軌運輸，客觀條件決定了施工通風問題成為梧山隧道出口能否優(yōu)質(zhì)高效完成掘進任務(wù)的關(guān)鍵之一。為此，我們在項目策劃期間進行了通風技術(shù)的研究工作。2.通風設(shè)計2.1通風方案的比選2.1.1通風方案的制訂依據(jù)在隧道施工中，采取何種通風方式應(yīng)根據(jù)隧道的施工方法、坑道特點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方案時主要考慮了下列因素：隧道出口端計劃獨頭掘進約4000米；雙線隧道，斷面面積大(約130m2)；采用鉆爆法、全斷面或大斷面開挖方式；采用無軌運輸出碴進料；柴油汽車排放的廢氣發(fā)生在整個運輸巷道上，且愈往洞口處廢氣濃度愈大；2.1.2通風方案的比較隧道施工通風主要采用機械通風，其通風方式按風道類型一般分為巷道式和管道式兩種，其中后者按送風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。2.1.3方案確定結(jié)合現(xiàn)場分析比較后，方案確定為采用壓入式通風為主，必要時輔以射流風機保證隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量和能見度。同時，考慮到需要解決長距離通風，風機選型要求大風量、高風壓，風管要求選用大直徑柔性風管向洞內(nèi)送風。2.2通風系統(tǒng)的設(shè)計計算隧道施工通風旨在為洞內(nèi)施工人員創(chuàng)造一個適宜的作業(yè)環(huán)境，以保證作業(yè)人員的身體健康和作業(yè)的效率。因此通風設(shè)計需要達到以下條件。保證洞內(nèi)作業(yè)人員有足夠的新鮮空氣?？拥乐醒鯕夂堪大w積計不得低于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)。二氧化碳按體積計不超過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計算參數(shù)的確定結(jié)合相關(guān)規(guī)范和實際情況，擬定計算參數(shù)如下：每人每分鐘呼吸所需新鮮空氣量=3m3/min；-風量備用系數(shù)，取1.101.15；-洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)，開挖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；-同時爆破的炸藥消耗量，炸藥單耗0.65kg/m3循環(huán)進尺3.0m斷面面積126m2=245.7kg；-一公斤炸藥爆破時所構(gòu)成的有害氣體體積，40L；-通風時間，按30min計；-隧道斷面面積，126m2；-通風區(qū)段長度，預(yù)計通風長度3500m；ni洞內(nèi)同時使用內(nèi)燃機作業(yè)的總功率，平均4臺出碴車(173Kw/臺)+2臺裝載機(162Kw/臺) =1016Kw；a洞內(nèi)同時使用內(nèi)燃機每Kw所需的風量，取3m3/min；V-工作面最小風速，0.15m/s，但不宜大于6m/S；-百米漏風率，取1%；-空氣密度，1.2kg/m3；-末端管口風速，5.6m/s（按工作面最小風速折算）；d通風管直徑，d=2m，管節(jié)長20m。-管道摩阻系數(shù)，根據(jù)使用經(jīng)驗取0.01；-管道內(nèi)平均風速，；2.2.2風量計算風量計算從最多人數(shù)、最多炸藥量、爆破后稀釋CO至許可最高濃度、稀釋內(nèi)燃機排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度、滿足最小風速5個方面予以考慮。按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算按同時爆破的最多炸藥量計算按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計算按稀釋內(nèi)燃機排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計算按滿足工作面最小風速計算取上述風量的最大值作為設(shè)計風量，故工作面所需風量應(yīng)不小于Q=3048m3/min?？紤]漏風因素：據(jù)風管廠提供的技術(shù)指標，采用PVC增強塑纖布作風管材料，百米漏風率正常時可控制在1%以內(nèi)。本方案通風距離考慮3500m，據(jù)此計算漏風系數(shù)則最終風機供風量應(yīng)不小于2.2.3系統(tǒng)風壓計算從理論上講，通風系統(tǒng)克服通風阻力后在風管末端風流具有一定的動壓，克服阻力則取決于系統(tǒng)靜壓，動壓與靜壓之和即為系統(tǒng)需供風壓。動壓計算靜壓計算管道摩擦阻力局部阻力系統(tǒng)靜壓系統(tǒng)風壓根據(jù)以上計算結(jié)果，在通風管直徑為2m情況下，供風量不小于4694m3/min，全壓不小于4685Pa的風機才能滿足施工要求。2.3設(shè)備選型設(shè)備選型關(guān)系到整個方案的成敗，是通風系統(tǒng)運行好壞的基本保證。設(shè)備選型時主要依據(jù)理論計算得到的供風量及供風風壓來確定設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，同時考慮成本因素。2.3.1通風管的選擇通風管的選擇應(yīng)從降低風壓損失、降低管道摩阻損失和降低管道漏風損失等方面進行考慮。降低風壓損失根據(jù)已有經(jīng)驗，實現(xiàn)長距離大風量的送風最有效的措施是采用大直徑通風管，這不僅可以減少通風機、延長送風距離，還可以成倍的降低通風能耗。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因素，可選用具有風阻小、裝拆方便、耐用、易修補、耐腐蝕、抗靜電成本低的風管。降低管道漏風損失管道接頭漏風、管道縫紉針眼漏風、管道破損漏風等均是造成管道漏風損失的重要原因。為此，可采用長節(jié)段風管減少接頭，可采用對折縫紉法和在縫紉縫上刷涂粘膠劑來減少針眼漏風。根據(jù)以上闡述和壓入式通風的特點，結(jié)合梧山隧道的實際情況，決定采用軟式拉鏈風管，選用直徑為2米。該風管具有較強的抗拉強度和較小的伸長率，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、嚴密，能有效地減少漏風和系統(tǒng)阻力。2.3.2風機的選擇風機的選擇主要考慮供風量、風壓和能耗的問題。依據(jù)以上計算和闡述，決定選用西安交大咸陽風機廠生產(chǎn)的SDDY-隧道專用三速對旋式風機。該風機具有高中低三中轉(zhuǎn)速，可以根據(jù)隧道施工的不同時期對風機性能的不同要求，采用相適應(yīng)的轉(zhuǎn)速，以達到高效和節(jié)約能源。配用風機各項性能指標如下。風機機號速度轉(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.通風方案的實施3.1機構(gòu)和制度上的保證為加強通風工序的管理，保證通風效果，梧山隧道出口在機構(gòu)的設(shè)置上重點突出了通風環(huán)節(jié)。成立了專業(yè)的通風班組，并將隧道的進度與通風班組成員的收入掛鉤，制定并嚴格執(zhí)行獎懲措施，從而在機構(gòu)的設(shè)置和制度的執(zhí)行兩方面都使通風方案的有效實施得到保障。3.2設(shè)備的安裝與維護通風系統(tǒng)的安設(shè)質(zhì)量對通風效果有著直接的影響。通風機的安設(shè)需重點考慮循環(huán)污染的問題。為避免由洞內(nèi)排出的污濁空氣再次進入洞內(nèi)，我們將風機安設(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管承重索的高度相同。風管的接長等工作則選在鉆眼工序時進行。風管末端到工作面的距離保持在30米左右，最長不應(yīng)大于50米。通風系統(tǒng)的維護為了使系統(tǒng)始終處于良好狀態(tài)，就必須加強對通風系統(tǒng)的日常維護。除安排專人負責通風系統(tǒng)的日常檢查和維修外，過程中的維護工作重點關(guān)注通風機的保養(yǎng)、風管的破損情況以及風管通過襯砌臺車等設(shè)備處的順直情況等。4.方案的優(yōu)化4.1解決霧氣問題梧山出口在掘進至2600米時，由于隧址區(qū)地下水豐富、存在高地熱現(xiàn)象，導(dǎo)致洞內(nèi)600米2000米洞段因霧氣大而產(chǎn)生能見度低的問題出現(xiàn)，嚴重影響洞內(nèi)的行車安全。經(jīng)過分析研究，項目部通風管理小組決定對既有方案進行優(yōu)化。即在距離洞口800米處、1800米處各增設(shè)一臺75KW的射流風機向洞外排風，加快洞內(nèi)的空氣流動速度。方案經(jīng)優(yōu)化后，洞內(nèi)霧氣的問題得到有效的解決。4.2控制揚塵改善通風效果在施工過程中，我們注意到爆破作業(yè)結(jié)束后和出碴的過程中，揚塵的問題對通風的效果影響較大。為此，項目部采取了對爆破后的碴堆進行灑水降塵的措施，改善了通風的效果。另外，保持路面和施工場所的其余場地的整潔同樣能夠有效的控制揚塵，加強通風的效果。5.長距離通風的技術(shù)措施要保證管道壓入式通風實現(xiàn)長距離的目標，除了通風機械的合理選配外，如何做好防漏降阻是技術(shù)關(guān)鍵。要做到這一點，主要是靠風管的制造、安裝和維護。5.1防漏問題風管的材質(zhì)和接頭方式是造成風管漏風的內(nèi)在因素。因此，選擇耐久性強、涂敷層密實的材料制作的風管和密封性能好的接頭可適當減少漏風和降低風阻。經(jīng)過調(diào)研，我們選取了隧道局生產(chǎn)的由PVC塑纖布和拉鏈式接頭制作的風管，可較好地解決接頭漏風。除上述風管自身固有的內(nèi)在因素外，還有因接頭松動、風管破損等外在因素所造成的針眼漏風、接頭漏風和破損漏風。因此，在管理上我們嚴格要求，定崗定人定責，定期檢查，發(fā)現(xiàn)破損及時修補，使風管始終處于良好的工作狀態(tài)，以有效地減少漏風。5.2降阻問題通風系統(tǒng)管道阻力除了受風管制作材料表面的光潔度和接頭平滑程度的影響外，風管直徑的大小以及管道彎曲等導(dǎo)致的局部風阻增大也是重要因素。若采用直徑較大的通風管道，如從1.8m增大到2.0m，同一風量的阻力損失可降低到前者的60%左右。因此在選擇風管時，我們除了考慮風管的制作材料和接頭方式外，還采用了直徑較大（2.0m）的風管。另外我們在風管的安裝和維護上也下了功夫，這也是施工單位進行降阻的主要著眼點。對此，我們的應(yīng)對措施是專人負責風管的接長、檢查、補漏和順直等諸項管理工作，確保風管始終處于吊掛穩(wěn)固、平順暢通、接頭嚴密和管徑一致的良好狀態(tài)，有效地降低了通風阻力。6.結(jié)論隨著隧道通風設(shè)備的更新?lián)Q代和通風技術(shù)的日益完善，對于采用鉆爆法、大斷面、無軌運輸出碴的長大隧道，壓入式通風經(jīng)過梧山隧道出口的驗證可以達到3500米以上。隧道通風方案應(yīng)根據(jù)施工方法、坑道特點等實際情況而定。在選取通風系統(tǒng)時，可根據(jù)風量、風壓計算，采用高效大風量的風機和大直徑、性能好的風管，以改善通風效果。同時，選用三速通風機也可在使用過程中合理的管控施工成本。實現(xiàn)隧道的長距離通風，除合理匹配通