特長公路隧道施工通風(fēng)設(shè)計

陳 志

1 工程概況

某高速公路隧道為雙向四車道分離式隧道，左右凈距17 m～55 m，左線全長4 918 m，右線全長4 970 m，屬特長公路隧道。隧道單口掘進(jìn)長，工期緊，洞內(nèi)爆破、機(jī)械作業(yè)頻繁，通風(fēng)排煙壓力大，本文以進(jìn)口端為例，作專門的施工通風(fēng)設(shè)計和組織，選擇經(jīng)濟(jì)的通風(fēng)設(shè)備和合理的通風(fēng)方案，以取得滿意的通風(fēng)效果，保證施工進(jìn)度，降低工程成本。

2 通風(fēng)方式的選取

結(jié)合類似隧道的施工經(jīng)驗，根據(jù)本隧道的特點和實際情況，確定隨著施工進(jìn)展，分兩階段采用不同的通風(fēng)方式:第一階段為第一道車行橫洞貫通前，采用左右洞獨立的管道壓入式通風(fēng)，即在洞口安裝軸流風(fēng)機(jī)，通過風(fēng)筒向工作面壓入新鮮風(fēng)流，污濁風(fēng)流沿洞身排出;第二階段為車行橫洞貫通后，軸流風(fēng)機(jī)移入洞內(nèi)，將左洞作為進(jìn)風(fēng)巷，右洞作為回風(fēng)巷，并輔以射流風(fēng)機(jī)，變管道通風(fēng)為管道加巷道通風(fēng)。

3 通風(fēng)設(shè)計

3.1 通風(fēng)設(shè)計參數(shù)

確定兩階段主要通風(fēng)參數(shù)如表1所示。

表1 兩階段主要通風(fēng)參數(shù)

3.2 管道壓入式通風(fēng)計算

3.2.1 按同一時間爆破的最大炸藥量計算風(fēng)量

爆破產(chǎn)生的煙塵主要集中在掌子面附近的一定范圍內(nèi)，在煙塵排出過程和風(fēng)量計算方法的研究方面，有多種不同的觀點，提出的計算方法各不相同。較具代表性且貼近實際情況的為吳中立公式，認(rèn)為煙塵的排出既有主風(fēng)流的運移作用，又有風(fēng)流紊流擴(kuò)散的作用，是兩者綜合過程。獨頭巷道的壓入式通風(fēng)包括兩個區(qū)段，一個為工作面區(qū)，即炮煙拋出帶;一個為通風(fēng)區(qū)段，即洞內(nèi)炮煙拋出帶以外的區(qū)段。工作面的煙塵排出過程為風(fēng)流紊流擴(kuò)散過程，通風(fēng)區(qū)的煙塵排出過程為紊流變形過程，并假定炮煙拋出帶長度大于風(fēng)筒末端距工作面的長度，吳中立公式如下:

其中，t為爆破后通風(fēng)排煙時間，min;S為隧道斷面面積，m2;L為通風(fēng)區(qū)段長度，m;A為同時爆破最大用藥量，kg;lt為風(fēng)筒末端距工作面的長度，m;lg為炮煙拋出帶長度，m。

取 t=40，S=102，L=800，A=230，lt=40，lg=70，得出Q=2 204 m3/min。

3.2.2 按洞內(nèi)柴油機(jī)排放的廢氣污染計算風(fēng)量

由于我國目前尚缺乏隧道內(nèi)使用柴油機(jī)的成熟經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，基本上均采用按柴油機(jī)功率計算風(fēng)量，其計算公式為:

其中，q為柴油機(jī)所要求的供風(fēng)量，m3/(min?kW);Wi為計算的柴油機(jī)功率，kW;Ki為柴油機(jī)利用系數(shù)。

《隧規(guī)》規(guī)定 q=3，是針對有凈化裝置的柴油機(jī)來講的，對于廢氣排放量超標(biāo)的柴油機(jī)需增大q值，一般取4.0。

計算得出 Q=1 697 m3/min。

3.2.3 按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)需要的新鮮空氣計算風(fēng)量

3.2.4 按洞內(nèi)最小風(fēng)速計算

其中，V為洞內(nèi)最小風(fēng)速，取0.25 m/s;S為隧道斷面面積，取102 m2。

3.2.5 風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)量

取按洞內(nèi)同一時間爆破使用的最大炸藥量計算所需風(fēng)量和按洞內(nèi)柴油機(jī)排放的廢氣污染計算所需風(fēng)量的較大值，所需的總風(fēng)量 Qz=2 204 m3/min=36.7 m3/s?？紤]風(fēng)管百米漏風(fēng)率為1%，漏風(fēng)系數(shù)為1/(1-8/100)=1.09，風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)量 Qf=1.09×2 204=2 402 m3/min=40 m3/s。

3.2.6 風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)壓

取管道達(dá)西系數(shù)λ=0.01，空氣密度 ρ=1.2 kg/m3，摩阻系數(shù) α=λ ρ/8=0.01 ×1.2/8=0.001 5 kg/m3。

按配用軟管直徑d=1.6 m，總長L=800 m計算，風(fēng)阻系數(shù)Rf=6.5α L/d5=6.5×0.001 5×800/1.65=0.74 N?s2/m8。

管道壓力損失:Hs=RfQfQz=0.74×36.7×40=1 086 Pa，風(fēng)機(jī)設(shè)計全壓 Hf=1 100 Pa。

3.3 管道加巷道通風(fēng)計算

3.3.1 工作面所需風(fēng)量

根據(jù)前面管道壓入式通風(fēng)計算結(jié)果可得知，可直接以按洞內(nèi)同一時間爆破使用的最大炸藥量計算風(fēng)量。

取 t=40，S=90，L=1 000，A=210，lt=40，lg=70，代入?yún)侵辛⒐?，得?Qz=2 430 m3/min=40.5 m3/s。

3.3.2 風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)量

考慮風(fēng)管百米漏風(fēng)率為1%，漏風(fēng)系數(shù)為1/(1-10/100)=1.11，風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)量 Qf=1.11×2 430=2 697 m3/min=45 m3/s。

3.3.3 風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)壓

按配用軟管直徑d=1.6 m，總長 L=1 000 m計算，風(fēng)阻系數(shù) Rf=6.5α L/d5=6.5×0.001 5×1 000/1.65=0.93 N?s2/m8。

管道壓力損失:Hs=RfQfQz=0.93×40.5×45=1 695 Pa，風(fēng)機(jī)設(shè)計全壓 Hf=1 700 Pa。

3.4 通風(fēng)設(shè)備選擇

根據(jù)兩階段兩種通風(fēng)方式極限狀態(tài)下計算所需風(fēng)機(jī)的主要通風(fēng)參數(shù)選擇風(fēng)機(jī)。

根據(jù)以往經(jīng)驗和各種型號風(fēng)機(jī)參數(shù)對比，選用SDF(C)-N013型多級調(diào)速對旋軸流風(fēng)機(jī)，以滿足最大通風(fēng)距離時的通風(fēng)要求，同時又可避免在較短距離通風(fēng)時的浪費。

4 施工通風(fēng)布置

第一階段:左右洞之間車行橫洞未貫通前，將兩臺軸流風(fēng)機(jī)分別置于左右洞洞口，采用壓入式通風(fēng)。

第二階段:車行橫洞貫通后，兩個洞口的軸流風(fēng)機(jī)移至左洞洞內(nèi)橫洞后20 m左右處，一臺往左洞掌子面通風(fēng)，一臺通過橫洞，往右洞掌子面通風(fēng)，并增設(shè)兩臺射流風(fēng)機(jī)，一臺置于左洞橫洞口，將左洞污濁空氣通過橫洞排往右洞，一臺置于右洞橫洞后10 m左右處，將橫洞排來的污濁空氣和右洞本身的污濁空氣排往右洞洞口。當(dāng)洞身掘進(jìn)向前延伸，下一道橫洞貫通后，將風(fēng)機(jī)繼續(xù)前移，將后面的橫洞封堵，并在右洞每間隔400 m左右設(shè)置一臺射流風(fēng)機(jī)助推，保證污濁空氣順利排出。由于往右洞通風(fēng)的風(fēng)管經(jīng)過兩次大角度的拐彎，且拐彎接近風(fēng)機(jī)口，該段需采用薄鋼板加工的硬風(fēng)管，且將拐彎作圓滑處理。第二階段不同掘進(jìn)長度通風(fēng)布置見圖1，圖2。

5 結(jié)語

隧道施工通風(fēng)設(shè)計、設(shè)備的選擇很重要，但具體的實施效果如何，通風(fēng)的管理非常關(guān)鍵。必須成立管線專業(yè)工班，專門負(fù)責(zé)通風(fēng)設(shè)備的日常使用、管理、檢查、維護(hù)、養(yǎng)護(hù)等工作，將通風(fēng)管理標(biāo)準(zhǔn)化、制度化、規(guī)范化，保持設(shè)備的良好工作狀態(tài)，減小風(fēng)阻和漏風(fēng);當(dāng)車行橫洞貫通采用管道加巷道通風(fēng)方式后，左右洞通風(fēng)成為一個整體的系統(tǒng)，要把通風(fēng)納入統(tǒng)一管理，確保通風(fēng)效果;在不同通風(fēng)距離、不同工況下，必須嘗試多種組合方式控制各臺風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)并檢測通風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓和通風(fēng)效果，并不斷調(diào)整，以達(dá)到節(jié)能、高效的目的。

[1] 蔣中庸.試論鐵路雙線長隧道無軌運輸施工通風(fēng)計算[J].隧道建設(shè)，1993(3):30-32.

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