长大铁路单线隧道通风调整方案研究

黄红勇 中铁隧道局集团杭州分公司

长大铁路单线隧道通风调整方案研究

黄红勇 中铁隧道局集团杭州分公司

对永寿梁隧道通风调整方案的研究以及用永寿梁隧道出口横洞的实际应用，表明竖井通风方案可以在无轨运输的施工通风中推广运用。

通风；竖井；无轨运输

引言

长大铁路隧道修建多以增加无轨运输斜井的方式加快施工进度，无轨运输斜井污染严重给施工通风提出了难题，问题的解决不仅依靠对新设备、新管材的研究，还要通过各种通风方式的组合、永临通风设施结合等措施的研究。以往隧道施工通风或距离较短而采用压入式解决，或有巷道式通风条件而采用巷道式通风解决，永寿梁隧道增设4条辅助斜井和1条辅助横洞加快施工进度，斜井进入正洞作业面多，施工通风难度大，必须采取有效且经济的施工通风方法确保洞内施工作业环境。

1.永寿梁隧道概况

西平铁路永寿梁隧道为西平线第一长隧，施工中设4座辅助施工斜井和1座辅助施工横洞，全隧一次建成。永寿梁隧道位于陕西省咸阳市境内，穿越黄土沟梁低中山区，地质条件复杂，Ⅳ、Ⅴ级围岩所占比例为63%。极端最高气温41.2℃，极端最低气温-16.9℃，最冷月气温-1.0℃，雨季多集中在每年的7～8月，年平均降水量571.5mm，年最大降水量857.3mm。永寿梁呈东西向展布，北陡南缓，黄土冲沟发育，一般为“V”形槽沟，永寿梁隧道富水条件为贫水区-中等富水区，局部可能有涌水现象，难度较大。

图1 永寿梁隧道各工区主要里程示意图

项目承建出新建西平铁路XPS-2标，永寿梁隧道单洞全长17143m，双线共34286m，设4座辅助施工斜井和1座辅助施工横洞，各个工区的分段情况见图1，各工区施工区段主要工程见表1。

表1 各工区施工区段里程表

隧道施工方案选择钻爆法开挖，无轨运输方式出碴，爆破、运输、焊接释放有害气体多，施工需克服机械效率低、人员作业环境极差等困难，对施工通风的要求高。

2.原通风方案

2.1 原通风方案介绍

各工区通风方案均采用压入式通风方式直到隧道贯通，新风由鼓风机经风管送入开挖面，污风从洞口排出，最长送风距离达3728米，每个工作面采用一条风管。为保证各个工作面的风量及空气质量，需采用大风管。

2.2 原通风方案不足

随着隧道的继续深入，洞口距离开挖面越来越远，通风管长度直线上升，风管漏风现象加剧，导致洞内空气质量变差，运营成本急剧上升，洞内空气污浊，可视距离缩短，存在安全隐患，须对通风方案进行调整。

2.3 风量和风阻计算

2.3.1 计算参数见表2所示

表2 风量和风阻计算参数表

2.3.2 风量计算

施工通风所需风量按掌子面同时工作的最多人数、洞内允许最小风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量和内燃机械设备总功率分别计算，取其中最大值作为控制风量

2.3.2.1 按掌子面同时工作的最多人数60人计算需风量为180m3/min。

2.3.2.2 按洞内允许最小风速0.15m/s计算需风量为540m3/min。

2.3.2.3 按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算需风量为740m3/min。

2.3.2.4 按内燃机械设备总功率计算需风量为1050m3/min。

经计算比较，正洞开挖掌子面所需风量取1050m3/min作为控制风量。

3. 通风方案调整

3.1 增设竖井

为了缩短独头送风距离，改善无轨运输施工通风效果，永寿梁隧道计划在四个浅埋段增设竖井：富家沟竖井（DK97+850，埋深65m）、崔家沟竖井（DK104+000，埋深67.2m）、干板沟竖井（DK107+790，埋深65.6m）、冰凌沟竖井（DK111+089，埋深19.8m）。其布置如图2所示。

图2 永寿梁隧道竖井布置示意图

当竖井距离开挖面距离较近时，开挖面产生的污风大部分由竖井排出，运输线路污风量减少，可视距离增加，洞口通风机工作时间减少，工作强度有所降低，通风效果将得到明显改善。其通风布置图见图3。

图3 出口工区竖井贯通通风布置示意图

3.2 将轴流风机移至竖井处

随着隧道的继续深入，竖井距离开挖面越来越远，通风效果将逐渐变差，为进一步改善通风效果，可将轴流风机移至洞内竖井底部，将竖井与风机进风口通过刚性风管密封连接，使竖井作为进风井，以此来缩短管路送风距离，增大送到开挖面的有效风量，同时管路独头送风距离将缩短1200m左右，可以节约大量的风管和电费。其通风布置图见图4。

图4 出口工区竖井贯通通风调整示意图

利用通风竖井进行施工通风有两种布置方案：第一种是直接将竖井作为管道与风机密封连接，风机布置在正洞内再通过风管向开挖面送风；第二种是将风机布置在竖井井口地面上，利用风管穿过竖井向开挖面送风。其布置图分别如图5和图6所示。

图5 第一种竖井通风方案布置示意图

图6 第二种竖井通风方案布置示意图

第一种方案要求竖井净直径可以小一些，节约了竖井建设投资，但是要求竖井只能用作通风，不能兼作他用；第二种方案要求竖井净直径要大一些，在保证风管通过的同时，还可兼作排出污风和运输通道，但是如果竖井口不具备安设风机的条件，那么只能采用第一种图5所示布置方案。

3.3 增设射流风机

因无轨运输距离较长，运输线路很可能会出现空气质量较差、能见度低的情况，那么建议在左、右线适当增设射流风机进行巷道式通风，以此来改善开挖面后方的通风问题。其通风布置图见图7。

图7 出口工区巷道式通风布置示意图

4. 永寿梁隧道出口横洞实际应用

永寿梁隧道出口横洞工区最初以原通风方案通风，进口、出口方向同时施工，开挖面至横洞洞口距离相对较短，洞内空气质量较好，出口贯通对空气改善效果明显。随着进口方向开挖面至横洞洞口加长，通风效果降低，通风机工作时间与强度均加大，运营成本增加，空气质量难以保证。项目决定提前开挖竖井，原定于DK111+089位置的冰凌沟竖井实际开挖里程为DK111+214。竖井贯通后，洞内空气质量得到改善，贯通后开挖面空气质量详细信息见表3。

表3 竖井贯通后空气质量检测表

竖井通风改善空气有效长度有限，随着开挖面距离竖井位置加长，通风效果不明显，当开挖面位于DK110+732时，将洞口风机移至竖井处，由于竖井开挖直径较小，采用图5方案，并对空气进行检测。检测结果显示，开挖面空气质量得到明显改善。详细信息见表4。

表4 风机改移通后空气质量检测表

直至隧道贯通，出口横洞内空气质量基本符合铁路工程施工规范要求，隧道工作环境良好，未因通风问题造成巨大损失和安全事故。调整后方案对洞内空气质量的改善发挥了巨大的指导意义，对于调整方案中图7形式的通风方案有待实际施工中进一步验证。

5.结语

永寿梁隧道通风调整方案经实际实施后，得以验证，效果显著，可在长大隧道无轨运输施工中进行借鉴推广。

[1]J-r-J026.1 1999公路隧道通风照明设计规范

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.052