隔断压入式通风系统在瓦斯隧道中的应用

孙晋锋 唐进才 廖烟开

(叙镇铁路有限责任公司，云南 威信 657999)

0 引言

从近年来瓦斯隧道施工可以看出如何将瓦斯浓度控制在安全允许的范围内，已经成为瓦斯隧道施工过程中急需面对并解决的问题。而良好的通风设计、通风管理则是降低瓦斯浓度、减少瓦斯聚集、保障施工安全的关键手段[1]。根据JTG/T 3374—2020公路瓦斯隧道设计与施工技术规范对通风距离超过1.5 km的隧道，在条件具备的情况下，应尽可能采用巷道式通风，以保证通风效果[2]，如采用主扇抽出、射流引导形成巷道式通风系统，但存在通风电费高问题。本文采用的隔断压入式通风充分考虑风机的压力特性和隧道断面大阻力小的特点，通风效果好、节约成本，在渝黔铁路新凉风垭隧道、成贵铁路老房子、高坡隧道均得到成功应用，此次在斑竹林瓦斯隧道再次应用，与以往相比，考虑了运输问题，进一步提高了隔断压入式通风的适用范围。

1 隔断压入式通风系统

早在19世纪40年代，日本学者村山朔朗对单线铁路隧道的气体流动规律以及隧道的通风问题进行了研究，对铁路隧道的自然通风、机械通风、通风排烟等问题作了比较系统详细的研究[3]。而我国在20世纪90年代西南交通大学的雷升祥和高波对瓦斯隧道进行比较系统研究，详细总结了瓦斯隧道施工通风风量计算、有效通风长度、防止瓦斯超限与积聚原因及措施、通风管理等瓦斯隧道通风技术[4]。

1.1 通风系统构成

在平导(或正洞)某横通道处设置两道密闭墙，在密闭墙新鲜风流侧设压入式风机分别向正洞掌子面及平导掌子面送风，形成由平导进风段、横通道、正洞回风段构成的主通风系统，以风机、风管向牚子面供风的压入通风系统，如图1所示。

1.2 隔断压入式通风系统要点

隔断压入式通风系统的特点是充分利用平导、正洞、横通道，缩短压入式通风风管长度，保证掌子面通风效果，但平导口至密闭墙段运输系统中断，可设门供行人通过。

保证隔断密闭墙的隔断效果，确保新鲜风与污风流隔断，是实现隔断压入式通风的关键；同时，隔断密闭墙要有足够的强度，避免因洞内爆破冲击波、隔断密闭墙两端风压差等因素造成损坏。

1.3 隧道通风阻力与通风断面积的关系

隧道通风摩擦阻力计算公式[5]：

(1)

其中，hf为隧道通风摩擦阻力，Pa；Rf为摩擦风阻，N·s2/m8；α为摩擦阻力系数，N·s2/m4；L，P分别为隧道(风管)长度、周长，m；S为隧道(风管)断面积，m2；Q为风量，m/s。

通过因次分析，隧道通风摩擦阻力与通风断面积呈-4.5次方关系。根据风机性能曲线、隧道通风阻力曲线及风机运行工况点的特点，隧道通风阻力越小，风机风量越大，因此，扩大通风断面积，是降低通风阻力、提高风量的有效方法。

在条件许可情况下，利用隧道代替风管，通风断面积增大20倍以上，掌子面有效风量明显增大。

1.4 隔断压入式通风系统适用条件

隧道布置必须具备平行双洞+联络横通道系统；若无平行双洞系统，对单洞系统也可根据隧道埋深情况，在适当位置增设竖井，采用竖井压入(或抽出)，形成类似于隔断压入式的通风系统。

2 应用实例

2.1 工程概况

斑竹林隧道全长12 758 m，最大埋深约570 m，隧区位于云贵高原北部扬子准地台滇东台褶带，褶曲、断裂均比较发育，地质构造复杂。主要不良地质有瓦斯及天然气、岩溶、断层破碎带、地应力等，特殊岩土有石膏及盐岩、断层泥、人工填土和软塑状粉质黏土。共分进口、横洞、斜井、出口四个工区施工。受隧道深部威信储气构造影响，斑竹林隧道横洞工区为天然气涌出高瓦斯隧道，进口工区与横洞贯通后纳入横洞工区统一管理，由于天然气涌出无规律性设计平导至6号横通道，隧道布局如图2所示。正洞断面47.7 m2(开挖)、43.6 m2(初支后)、32.5 m2(二衬后)，平导初支后断面35.9 m2，横洞初支后断面44.4 m2，横通道初支后断面43.5 m2。

2.2 斑竹林隧道横洞工区通风系统

采用横洞进风、进口回风的隔断压入式通风系统，在平导内(3号横通道往小里程方向)设置及横洞内(平导口至横洞与正洞交叉口段)分别设置两道电动卷闸门以实现不影响运输的前提下进风流与回风流的隔断，两道电动卷闸门处于长闭状态，卷闸门尺寸及两道门之间的距离以满足最大尺寸运输车辆通行为原则，风机安装在平导内电动卷闸门新鲜风流侧通过风管分别向3号横通道正洞大里程作业面、6号横通道大、小里程作业面供风，如图3所示。

经过计算，确定三台风机均采用SDZ-No10型对旋轴流式通风机，电机功率2×47 kW，风压600 Pa～3 650 Pa，风量900 m3/min～1 450 m3/min，配φ1.4 m阻燃抗静电风管。

2.3 通风系统的日常管理

为保证通风系统稳定、可靠，在施工期间加强通风设施日常管理，设专人分别负责洞内两组电动卷闸门的启闭工作；同时在洞内张贴醒目标志，提醒司机通过卷闸门时减速谨慎驾驶，避免损坏卷闸门。

2.4 通风系统及通风效果评价

经过几个月的现场考察，只要管理好洞内所有电动卷闸门，保证新、污风流不短路，通风系统是稳定、可靠的，达到了设计的预期目标。

分别在各掌子面风管出口往回风方向15 m～20 m测定掌子面风速，在各作业面回风口测各作业面回风风速，风速均在0.25 m/s以上，符合相关规范及通风方案要求。

3 结语

在隧道布置允许的情况下，采用隔断压入式通风系统，充分利用风机的风压和隧道断面大、阻力小的特点，在加强现场管理的前提下，不仅通风系统可靠，通风效果也得到明显改善。