增建二线特长铁路隧道施工通风技术

刘军权（中铁二十局集团有限公司，陕西 西安　710016）

增建二线特长铁路隧道施工通风技术

刘军权
（中铁二十局集团有限公司，陕西 西安710016）

针对正在修建的渝怀铁路二线特长隧道施工通风技术难题，运用现场调查、理论分析、最优化等方法，对新郁山隧道空间展布、施工通风系统布置原则以及通风系统总体布局进行了分析，进而对通风所需风量、漏风、通风压力及其阻力进行了计算，提出了较为合理的通风方案及参数，并据此选择了可靠的风机和风管设备。工程实践表明，按确定的通风方案及风机配置能够满足空间布置复杂特长铁路隧道施工通风要求，可以保证施工人员安全和设备功效，也可为今后类似工程提供参考。

隧道工程；施工通风；增建铁路；参数计算；风机配置

1　工程概况

渝怀铁路涪陵至梅江段是渝怀铁路的东南段，线路（成都铁路局管内）位于重庆市境内，起于重庆市涪陵站怀化端，沿线经过重庆市的涪陵区、武隆县、彭水县、黔江区、酉阳县、秀山县2区4县，止于重庆市秀山县兰桥镇福兴寨村。增建第二线涪陵至梅江段左线贯通长度306.026 km，右线贯通长度306.222 km，正线建筑长度309.089 km。线路工程位于重庆市彭水县及黔江区，沿线地形陡峻、峡谷连绵，局部为峭壁，河谷深切，河床纵坡急陡。沿线不良地质分布广泛，主要有滑坡、岩堆、错落、洪积扇、危岩落石、泥石流、岩溶、顺层、顺层偏压、瓦斯等，施工难度大，对施工安全、进度造成极大影响。

在建新郁山隧道中心里程ZDK261+949，进口里程 ZDK258+325，出口里程 YDK265+573，全长7 248 m。洞身断面为单线隧道，隧道最大埋深约370 m。由于隧道断面较小，洞内车辆通行、台车行走、管线铺设、通风排烟等交叉干扰较大。因此，如何正确选择风量、风阻、风压等通风参数，进而合理配置风机和风管必须进行较为深入的研究，以保证工程顺利施工。

2　隧道施工通风要求与总体布置

2.1隧道空间展布分析

待增建隧道邻近既有郁山隧道，2条隧道中间留有已开挖完成的既有平导，既有平导与既有线之间相距12～20 m，平导全长1 860 m。由于计划既有平导全部作为新建隧道辅助坑道，其断面宽高仅为6 m× 5 m，必须扩挖至9 m×7 m才能保证运输畅通。另外，为增加开挖工作面，必须增设平长 452 m、斜长453.76 m且坡度10%的交通斜井，其与XDK0+373—XDK0+433段下穿道路、上跨既有线，隧道拱顶至坑底高差32 m。

由此可以看出，施工条件较为复杂，施工过程控制极为困难，需要通风的区段较多，且干扰较为严重，对通风控制要求非常苛刻。

2.2隧道施工通风系统布置原则

参考隧道通风理论［1-2］，隧道施工通风风速应不小于0.25 m/s。为能更好地确保通风质量，拟结合施工进程采用不同的通风方式。一是进口（含既有平导）采用压入式通风（前期）和巷道式通风（后期）；二是出口斜井工区在出口端贯通前采用压入式通风，出口端贯通后采用巷道式通风。

2.3通风系统总体布局

按隧道通风技术［3-4］，结合待建隧道的空间布置及其施工条件，确定总体布局如下述。

1）进口工区：从进洞口往洞内施工时，洞口至ZDK258+745洞段及从平导进入正洞施工时，正洞ZDK260+210—ZDK262+425段均采用压入式通风。为增加正洞工作面，由平导增设横通道至施工正洞，此时的ZDK258+745—ZDK260+210段采用巷道式通风。进口工区压入式通风平面布置见图1。

2）出口工区：施工正洞从ZDK265+100到出口贯通之前采用压入式通风，从ZDK265+100到出口贯通之后采用巷道式通风，其通风平面布置分别见图2和图3。

图1　新郁山进口工区压入式通风平面布置

图2　新郁山隧道出口斜井工区压入式通风平面布置

图3　新郁山隧道出口斜井工区巷道式通风平面布置

3　隧道施工通风参数计算

3.1隧道施工通风计算控制标准

依据隧道工程施工技术规定［5-6］，结合施工组织，计算参数要求必须满足如下规定：①给每人的新鲜空气量按m=3 m3/min计；②内燃机械作业时所需供风量按Q0=3 m3/min·kW计；③按照全断面开挖的最不利因素，掌子面施工通风最小风速 Vmin=0.25 m/s；④隧道内气温不超过28℃；⑤正洞放炮后通风时间按30 min计；⑥风管百米漏风率β=1%，风管内摩擦阻力系数为λ=0.007 8。

3.2通风参数计算与分析

1）风量计算

隧道施工通风一般需要确保掌子面和洞身段风量能够满足施工需要，其需风量按满足洞内（巷道内）最小风速、满足洞内工作人员呼吸、稀释炮烟、内燃机械废气等所需风量计算，最后取最大者即为压入式通风系统出风口的风量。

①按洞内允许最低风速计算风量Qv

由（1）式，Qv=60×0.25×61=915 m3/min。

②按洞内最多人数计算风量Qr

式中：q为每人应供的新鲜空气标准，取3 m3/min；k为风量备用系数，一般1.1～1.25，取1.2；m为同一时间洞内工作最多人数，按100人计。

由（2）式，Qr=3×100×1.2=360 m3/min。

③按爆破时最多用药量计算风量Qe

式中：A为同时爆破的炸药用量，取120 kg；b为爆炸时有害气体生成量，岩层中爆破取40 L；t为通风时间，取30 min。

由（3）式，Qe=（5×120×40）/30=800 m3/min。

④按洞内内燃机功率计算风量

由式(34)可知，连通系数集成了连通分支最短距离加权平均数与连通分支数两个因素，从而能够更好地反映现实网络的连通性。同时，由式(32)可知，连通子图数量越少、各个连通子图的平均最短路径越小，则网络的连通性越好。特别地，当网络为全连通无权网络时，即=1且dw(i,j)=1时，网络连通性NC取最大值1。

结合工程实际，洞内施工机械需要设备见表1。

表1　洞内施工机械需要设备

内燃机使用功率为额定功率的80%，需要风量Qm为

式中：Q0为每单位所需新鲜空气3 m3/kw；Σ P为洞内内燃机总功率，kW。

由（4）式，Qm=3×（150+132+160+80+160+ 80）=2 286 m3/min。

由上述4个方面计算结果，取最大值作为隧道施工通风需风量，即

则有Q=2 286 m3/min。

2）漏风计算

按前述风量计算结果取最大值，但通风机的供风量Q除满足上述计算的所需风量外，还应考虑漏失的风量（送风最远距离按1 800 m计算），即

式中：Q为计算风量，为上述计算所需风量最大值，2 286 m3/min；β为百米漏风率，取1.0%；L为通风最大长度，最长取1 800 m。

根据式（6），计算得到Q需=2 697.48 m3/min，取整后Q需=2 700 m3/min。

3）风机风压计算

为保证把足够的风量送到工作面并在出风口保持

式中：n为风筒通风摩擦阻力系数，取0.004；d为风筒直径，取1.5 m；

Q供为每秒风筒供风量，Q供=Q需/60=45 m3/s。

由（7）式可得，h摩=12 480 Pa。

②总阻力H总计算

为简化计算，取 H总=1.2h摩，则有 H总=1.2× 12 480 Pa。

按上述方法同样可以计算得到新郁山隧道其他各工区所需风量及最小风压等通风参数，见表2。一定的风速，要求通风机必须具备足够风压，用以克服在隧道沿途所遇阻力。

①风筒摩擦阻力h摩

表2　新郁山隧道各工区工作面通风参数

4　风机与风管配置

参考当前的风机选择方法，结合前述计算得到的通风参数，各工区选用风机及风管配置见表3。

表3　各工区选用风机及风管配置

就目前正在施工的通风结果看，结合实际计算得到的各个工区所需要的风量、风压等通风参数较为合理，选定的风机及相应风管可以满足特长隧道施工需要，能够保证施工人员安全和设备功效，可以保证工程顺利施工。

5　结论

1）正在增建的渝怀二线新郁山隧道全长7 248 m，因隧道断面较小，洞内车辆通行、台车行走、管线铺设、通风排烟等交叉干扰较大，通风极为困难，必须对各个区段及施工阶段的施工通风风量、风阻、风压等通风参数进行详细分析计算，在开始施工时就应合理配置风机和风管，才能保证工程顺利完工。

2）结合隧道实际施工条件计算得到通风参数，并据此选定了风机和相应风管，可以满足新郁山隧道施工需要，确保施工顺利和人员安全。

3）鉴于整个隧道工程施工时间并不长，且在建隧道与近邻既有隧道的空间环境较为复杂，通风参数及方案还须在今后进一步验证并优化。

［1］陈琳.公路隧道无轨运输条件下长距离施工通风技术［J］.铁道建筑，2011（8）：33-35.

［2］钟友江.西安—南京铁路刘家山隧道施工通风技术［J］.西部探矿工程，2004（8）：99-101，103.

［3］杨家松.隧道无轨运输独头掘进超9 600 m施工通风技术［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2008（10）：66-70.

［4］赖涤泉，朱京国，郭京波.长梁山双线铁路隧道施工通风系统研究与试验［J］.石家庄铁道学院学报（自然科学版），2003，16（2）：28-30，80.

［5］王开川，毛望荣.长隧道无轨运输施工通风参数与环境状况实验探讨［J］.铁道劳动安全卫生与环保，1993（3）：200-204.

［6］蒋中庸.试论铁路双线长隧道无轨运输施工通风计算［J］.隧道建设，1993（4）：33-48.

（责任审编赵其文）

Ventilation Technology in Construction of Super-long Tunnel on Additional Second Railway

LIU Junquan
（China Railway 20th Bureau Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710016，China）

For solving the ventilation technology problem of the super-long tunnel being constructed in Yuhuai railway，the tunnel space distribution，layout principle of construction ventilation system and ventilation system overall layout of Xinyushan tunnel were analyzed by using site investigation，theoretical analysis and optimization method，the required air volume，air leakage，ventilation pressure and resistance for ventilation were calculated，and more reasonable ventilation scheme and parameters were put forward，by which the reliable ventilator and wind pipe equipment were selected.Engineering practice showed that the determined ventilation scheme and ventilator configuration could meet ventilation requirements of super-long railway tunnel construction with complex space layout and could ensure the construction personnel safety and equipment effectiveness，which could provide a reference for similar projects in the future.

T unnel engineering；Construction ventilation；Additional railway；Parameter calculation；Ventilator configuration

U453.5

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.24

1003-1995（2016）08-0096-04

2016-01-16；

2016-05-27

刘军权（1974— ），男，高级工程师。