凤凰山隧道平导特长距离独头掘进通风设计

张玉良

(柳州铁道职业技术学院，广西 柳州 545616)



凤凰山隧道平导特长距离独头掘进通风设计

张玉良

(柳州铁道职业技术学院，广西 柳州 545616)

文章针对新建线黄织铁路工程凤凰山隧道出口作业区平行导坑独头掘进4 200 m通风施工难点，介绍了凤凰山长大隧道出口线路左侧设置平行导坑采用巷道式射流通风的设计方案，解决了超长距离施工通风难题，创造了小断面(3.5 m×3.6 m)隧道有轨运输独头掘进4 200 m的记录，为类似工程施工提供借鉴。

铁路隧道；平行导坑；独头掘进；射流通风

0 引言

黄织铁路凤凰山隧道工程位于贵州省织金县境内，进出口里程分别为DK48+230、DK54+892，全长6 662 m，Ⅱ级围岩3 028 m，Ⅲ级围岩1 047 m，Ⅳ级围岩1 098 m，Ⅴ级围岩19 m，属全线的重点控制工程。隧道通过地带为岩溶中山地貌，山嵴与沟谷、岩溶洼地、漏斗相间，基岩大面积裸露，不良地质为岩溶、断层破碎带、暗河、瓦斯、高压富水、大型填充溶洞等复杂地质，其中出口作业区线路左侧CPDK54+900～CPDK50+700设置4 200 m平行导坑，CPDK54+900～CPDK53+050计1 850 m为10.2‰下坡，CPDK53+050～CPDK50+700计2 350 m为9‰下坡，断面3.5 m(宽)×3.6 m(高)，线间距30 m，施工期间采用巷道式射流通风，解决了隧道超长距离独头掘进通风难题，保证了后期运营安全。

1 工程难点

凤凰山隧道出口平行导坑作业区按低瓦斯工区组织施工[1]，采用爬碴机爬碴、电瓶车牵引、梭矿车运输的有轨运输方案进行独头掘进，如采用常规的压入式通风，很难满足隧道施工通风应能提供平行导坑内各项作业所需的最小风量[2]，不利于环境保护和作业人员职业健康安全，并影响工程进度。

2 通风设计

2.1 设计原理

凤凰山隧道平行导坑采用平导内射流式通风技术(图1)，解决超长距离施工通风难题，主要是射流风机产生的射流初速度υj进入通风速度υr的隧道空间，射流与隧道气流之间形成切向间断而产生漩涡，使射流微团产生横向脉动，并与隧道气流进行能量、质量交换，使射流范围扩展、能量增加、速度减小，压力上升，纵向呈现一种渐变的、非均匀的逆向流动，直到射流完成[1]。

图1 巷道式无风门通风原理图

2.2 设计目标

施工期间的巷道式射流通风为混合式通风，即开挖工作面的通风始终是轴流风机供风，轴流风机的新鲜风源与污浊空气的排除是依靠射流风机升压所产生的进出风道压力差而形成通风循环，最终实现洞内外空气交换的目的。

2.3 通风设备选择

由于正洞和平行导坑并行作业掘进距离较长，平导超前可起超前地质预报作用[3]，实际施工设备方案按巷道式射流式通风方式确定设备配套方案。

2.4 风量计算[1]

(1)工作面风量按洞内允许最小风速计算

Q=V×A=0.25×60×12=180m3/min

(1)

式中：Q——计算通风量，m3/min；

V——最小允许速度，取0.25m/s；

A——隧道断面面积12m2。

(2)稀释炮烟所需风量按爆破结构原理计算

Q=(5Gb-AL)/t

(2)

式中：Q——正常施工所需要通风量，m3/min；

t——通风所需要并达到进洞作业时间，取50min(按隧道节段压入通风长度1 200m)；

G——爆破炸每循环用药量，根据经验取50kg；

b——爆炸时有害气体生成量，根据经验取10m3/kg；

A——隧道掘进断面面积，计算取12m2；

L——炮烟抛掷长度，计算取16m。

即Q排=57.7m3/min。

(3)压入轴流风机Q轴的风量[3]

Q轴=Q排PL=57.7×1.3=75.1m3/min

(3)

式中，PL——漏风系数，根据经验取1.3。

2.5 风机的全压[4]

(1)压入轴流风机Q轴全压

Hf1=RfQF1

(4)

式中：Rf——风管的风阻系数(N·S2/m8)；

Rf=6.5al/d5=(6.5×0.002 25×1 200)/15=1.76N·S2/m8

式中：a——管道摩阻系数，取0.000 225；

l——风管长度，取1 200m；

d——通风管直径，取1m。

Hf1=RfQF1=1.76×75.1=132.2Pa。

(2)射流通风机升压

ΔPj=ρ×υj2×φ×(1-φ)×K

(5)

式中：ΔP——射流通风升压力，Pa；

K——喷流系数0.85；

υj——射流风机出口速度，取0.25m/s；

φ——面积比；φ=Fj/Fs；取0.023；

Fj——射流风机的出风口面积，取 0.28m2；

Fs——隧道横断面积，取12m2；

ψ——速度比；ψ=υi/υj，取25。

则ΔPj=ρ×υj2×ψ×(1-φ)×K

=1.2×0.152×25×(1-0.023)×0.85

=0.56Pa。

(3)射流通风机风阻ΔPr

(6)

式中：∑ξ——局部阻力系数，取0.6；

λi——隧洞内沿程摩擦阻力系数，取0.08；

Li——隧洞的长度，3 000m；

di——隧洞内的水力直径，取0.8m；

υi——隧洞内的风速，0.1m/s；

ρ——空气相对密度，取1.2kg/m3。

ΔPr=2.1Pa。

2.6 射流通风机数量n计算[1]

(7)

式中：ΔPr——通风阻力，Pa；

ΔPj——射流通风升压力，Pa。

即n=3.8，取n为4。

2.7 风机选择

(1)SDF(c)-NO13型轴流风机1台，功率2×55kW，通风管口径1 000mm，可以满足要求[1]。

(2)QSF-1000型强射流风机4台，功率37.5kW，纵向间距600～800m，可以满足要求[1]。

3 通风设计实施

3.1 风机安装

射流风机安装在离隧道底板一定高度边墙一侧，离底板2m的高度位置。风机支架采用型钢制作，支架安装必须牢固，电源控制柜放置在干燥位置，风机与控制柜有明显的安全标识。轴流风机设置在进入新鲜空气并能循环流动，形成对流的巷道中，在紧靠开挖工作面的第一个横向通道的后方90m处布设(见前文图1)。

3.2 风机布置

进入新鲜风流的隧道内，风机主要布置在横向通道的开启位置。射流风机靠近横向通道附近时，风机要布置在靠对流风流循环方向的上方，并沿通道边壁位置6m处设置。当横通道开启时，必须在正洞、平导靠近横通道的相对应位置增加射流风机，以平衡横向通道内的风压，确保污浊空气不被吸入到进风洞内。

3.3 风门封堵

为确保施工安全，不需要利用横向通道进入施工洞内而进行其他工序作业，应将横向通道全部封堵，风门封堵尽量要严密，以减少漏风。同时利用洞内掌子面轴流变频风机，根据不同时段施工通风需要来调整风速档位，节约电能、效率更高、噪声更小，满足节能环保要求[2]。

4 结语

隧道内采用射流式通风施工后，洞内坑道通风速度>0.3m/s、空气中氧含量按体积计算>25%、瓦斯浓度<0.05%及粉尘容许浓渡等指标均符合验收要求[5]。洞内作业环境极大改善，施工组织更方便灵活，进行多工序平行、流水作业，比约定工期提前了28d完成，创造了铁路小断面隧道独头掘进4 200m的记录，节约施工成本近800万元，取得较好的经济效益和社会效益。

[1]TZ204-2008，铁路隧道工程施工技术指南[S].

[2]TB10304-2009，铁路隧道工程施工安全技术规程[S].

[3]铁路隧道超前地质预报技术指南(铁建设【2008】105号)[S].

[4]TB10003-2005，路隧道设计规范[S].

[5]TB1417-2005，铁路隧道工程施工质量验收标准[S].

Ventilation Design on Parallel-pilot Super-long Blind Heading of Phoenix Mountain Tunnel

ZHANG Yu-liang

(Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou，Guangxi，545616)

Aiming at the ventilation construction difficulties for parallel guiding-pit blind heading 4200m at Phoenix Mountain Tunnel exit operation area of new Huangzhi Railway project，this article introduced the design plan of arranging the parallel guiding pit to use the duct-type jet ventilation at left side of exit lines of Phoenix Mountain Tunnel，which solved the ventilation problem for over-long construction，and created the record of blind heading 4200m for small cross-section(3.5m×3.6m)tunnel rail transport，thereby providing the reference for the construction of similar projects.

Railway tunnel；Parallel guiding pit；Blind heading；Jet ventilation

张玉良(1971—)，高级工程师，研究方向：隧道工程与地下工程。

U453.5

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.019

1673-4874(2015)11-0086-03

2015-10-09