杨金平
(山西省水利建筑工程局 太原 030006)
某供水主隧洞长21678.77 m,桩号为21+291.23~42+970.00,纵坡为0.3115‰。主洞沿线布置了3条施工支洞,分别为 1号、2号、3号,支洞长度分别为1319.59 m、1984.40 m和2237.14 m,支洞断面为圆拱直墙型,成洞断面尺寸均为6.6 m×6.0 m(宽×高),采用钻爆法施工。
主洞主要采用TBM施工,TBM开挖断面直径8.5 m,成洞断面直径7.6 m,其他扩大洞室(组装洞室、检修洞室、拆卸洞室)采用钻爆法施工。TBM设备在主洞与1号支洞交叉处的组装洞室开始组装,顺坡掘进,至与2号支洞交叉处的检修洞室进行检修,经中间转场后,再顺坡掘进至主洞桩号38+038.98处的拆卸洞室进行拆卸,最后由3号支洞运出洞外。
主洞施工方法划分见表1,支洞特性见表2。
表1 主洞施工方法分段划分
表2 支洞特性表
2012年1月,三个支洞同时开工。2013年1月,1号支洞控制段具备TBM洞内组装的条件。2013年5月,TBM1段开始掘进施工。2013年12月底,1号、2号主支洞控制洞段贯通。2015年1月全线贯通。
本方案围绕总体施工进度安排,选择通风参数,选定通风设备,设计通风方案。现以1号支洞上游接应段为例进行计算。
1号支洞通风最困难的部位在上游700 m处,供风长度2020 m,实际通风长度按2060 m计算。
参照水利水电工程施工手册中有关内容,计算工作面需风量。
3.2.1 按洞内最低允许风速计算风量
式中:Q1—保证洞内最小风速所需风量,m3/min;
v—洞内允许最小风速,取0.25m/s;
S—隧洞断面面积,m2。
3.2.2 按洞内工作人员计算风量
式中:Q2—洞内工作人员所需风量,m3/min;
Qp—洞内每人所需新鲜空气量,按3m3/min;
m—洞内作业人数;
k1—风量备用系数,取1.15。
3.2.3 按压入式通风计算所需风量
式中:Q3—压入式通风所需风量,m3/min;
G—一次爆破耗药量,取130 kg;
S—隧洞断面面积,m2;
L—隧洞长度2060 m;
t—爆破后最短排烟时间,取30 min。
开挖面至稀释炮烟到安全浓度距离L′
当 L=2060 m>L′时,取 L′
比较上述三项所需风量,取最大值Q3=1854 m3/min。
式中:Q—风机工作风量,m3/min;
L—风筒长度,m;
β—风筒百米漏风系数,取1%。
参照矿井通风教材有关内容,通风阻力包括隧洞阻力和风筒阻力。但是二者相比隧洞阻力很小,通常可以忽略不计。
风筒阻力为:
式中:K—调整系数,取1.25;
а—风筒摩擦阻力系数,取22.9×10-4;
Rfr—风筒风阻,Ns2/m8;
L—风筒长度,m;
d—风筒直径,选用1.8 m;
Qa—平均风量,m3/min,取进风量与出风量的几何平均数。
式中:hm—风机工作风压,Pa;
k3—局部阻力备用系数1.2;
h—通风总阻力,Pa。
根据计算,风机应提供的风量和风压分别为2236 m/min、2803.2 Pa,据此选定 SDF(E-Ⅱ)№18/2×75kW型号的风机,其主要参数见表3。
表3 SDF(E-Ⅱ)№18/2×75kW型号的风机主要参数表
同样,按照上述1号支洞计算方法,分别对本工程各个工作面进行通风参数的确定,并结合工程总体进度安排,选定所有通风设备,见表4。
表4 施工通风设备配置表
通风方案的优化可有效改善洞内作业环境,降低施工成本,加快施工进度。建议施工中,对洞内风压、风速、漏风率以及摩擦阻力系数等参数进行实测,为以后的施工提供更加准确可靠的科学依据。