兩廣隧道榕木斜井及正洞壓入式與射流混合通風(fēng)技術(shù)

王克金

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

1 工程概況

貴廣客運(yùn)專線兩廣長大隧道，起于廣西壯族自治區(qū)賀州市步頭鎮(zhèn)南水村，止于廣東省懷集縣藍(lán)鐘鎮(zhèn)下竹水庫區(qū)西南，全長8 560m，起訖里程為DK614+480～DK623+040，為山嶺深埋隧道，隧道最大埋深約722.6m。

兩廣隧道為長大隧道，為加快施工進(jìn)度，實(shí)施長隧短打。

設(shè)置了斜井輔助坑道。隧道在DK617+300右側(cè)設(shè)置與線路方向呈90°的榕木斜井，綜合坡度為9.6%;斜井采用無軌運(yùn)輸雙車道襯砌斷面，井口里程XDK1+080，斜長1080m。為保證隧道順利按質(zhì)按期貫通，加快施工進(jìn)度，同時(shí)改變工人施工環(huán)境，方便施工，保證工人、技術(shù)人員的身體健康，解決隧道通風(fēng)成了關(guān)鍵問題。

2 通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)思想

兩廣隧道榕木斜井長1 080m，進(jìn)入正洞后，壓入式通風(fēng)主攻方向(廣州方向2 540m)長度3 620m，按3 600m計(jì)算，副攻方向(貴陽方向1 395m)通風(fēng)長度2 475m，按2 500m計(jì)算。斜井為雙車道斷面，按照設(shè)計(jì)初步計(jì)劃安裝兩條φ1.5m風(fēng)管。斜井采用無軌運(yùn)輸出碴，在距斜井洞口25m處設(shè)置4臺(tái)SDF(B)-No18隧道施工專用軸流通風(fēng)機(jī)。主洞兩頭同時(shí)施工，每頭最大配用電機(jī)功率分別為:低速22×2 kW，中速45×2 kW，高速132×2 kW，擁有6個(gè)擋位的通風(fēng)量(可隨距離的增加逐步增加供風(fēng)量)。采用帶鋼筋肋加強(qiáng)柔性風(fēng)管，風(fēng)管鋼筋肋間距為0.3m，節(jié)長20～50m。每個(gè)工作面增加1臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，增加該處風(fēng)流。

2.2 洞內(nèi)施工所需風(fēng)量計(jì)算

(1)按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算風(fēng)量

式中 q——洞內(nèi)每人每分鐘所需新鮮空氣量，《隧規(guī)》規(guī)定按每人每分鐘3m3計(jì)算;

m——洞內(nèi)同時(shí)工作最多人數(shù)，副攻方向按45人考慮，主攻方向按50人考慮;

k——風(fēng)量調(diào)整系數(shù)，取1.10～1.15。

計(jì)算結(jié)果為副攻方向需風(fēng)量148.5m3/min，主攻方向需風(fēng)量165m3/min。

(2)按滿足洞內(nèi)允許最小風(fēng)速要求計(jì)算風(fēng)量

式中 s——隧洞開挖斷面，116.11m2;

v——允許最小風(fēng)速，全斷面開挖取0.15m/s。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量1 045m3/min。

(3)按同時(shí)爆破的最多炸藥量計(jì)算

式中 t——通風(fēng)時(shí)間，30 min;

A——一次爆破炸藥消耗量，418 kg;

b——每公斤炸藥爆破時(shí)所構(gòu)成的一氧化碳體積(L)，一般采用b=40 L。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量2 787m3/min。

(4)按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計(jì)算

A、t、b 符號(hào)意義同前;

k為風(fēng)量備用系數(shù)，取1.10。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量1 339m3/min。

(5)按壓入式通風(fēng)30 min內(nèi)將齊頭工作面爆破產(chǎn)生的有害氣體濃度稀釋到允許濃度計(jì)算

式中 s——隧道斷面積，70m2;

L——通風(fēng)區(qū)段長度，取100m，即工作面向洞口方向100m范圍內(nèi);

A、t符號(hào)同前。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量1 049m3/min。

(6)按稀釋內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計(jì)算

式中 Q——柴油機(jī)廢氣排量。假定當(dāng)一個(gè)工作面出碴時(shí)，洞內(nèi)有自卸車8輛(柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量9.3 L，轉(zhuǎn)速1 900 rpm)，3 輛重車，3輛空車。ZL50C裝載機(jī)1臺(tái)(柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量7.6 L，轉(zhuǎn)速2 100 rpm)，取重車及裝載機(jī)的負(fù)荷率0.9，轉(zhuǎn)速系數(shù)1.0，空車負(fù)荷率0.3，轉(zhuǎn)速系數(shù)0.8;

δ——稀釋系數(shù)，10.6;

η——安全系數(shù)，1.5。

計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向均需風(fēng)量2 310m3/min。

取上述風(fēng)量的最大值作為設(shè)計(jì)風(fēng)量，故工作面所需風(fēng)量應(yīng)大于2 787m3/min。

(7)考慮漏風(fēng)因素

據(jù)風(fēng)管廠提供的技術(shù)指標(biāo)，百米漏風(fēng)率正常時(shí)可控制在1.5%以內(nèi)。本方案通風(fēng)距離考慮主攻方向3 600m，副攻方向2 500m，據(jù)此計(jì)算漏風(fēng)系數(shù)

式中 L——通風(fēng)距離，主攻方向3 600m，副攻方向2 500m;

P100——百米漏風(fēng)率，取1.5%。

計(jì)算結(jié)果為P主攻=2.17，P副攻=1.60。

故計(jì)算結(jié)果為主、副攻方向需最大風(fēng)量為6 048m3/min和4 459m3/min。

2.3 系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算

從理論上講，通風(fēng)系統(tǒng)克服通風(fēng)阻力后在風(fēng)管末端風(fēng)流具有一定的動(dòng)壓，克服阻力則取決于系統(tǒng)靜壓，動(dòng)壓與靜壓之和即為系統(tǒng)需供風(fēng)壓。

(1)動(dòng)壓計(jì)算

式中 γ—空氣密度，1.2 kg/m3;

v——末端管口風(fēng)速，5.2m/s。

計(jì)算結(jié)果H動(dòng)=16 Pa。

(2)靜壓計(jì)算

管道摩擦阻力

式中 λ——管道摩阻系數(shù)，0.015;

ν0——管道內(nèi)平均風(fēng)速，，主攻方向 20.87m/s，副攻方向17.92m/s;

L，γ，Qmax，Q 符號(hào)意義同前;

d——風(fēng)管直徑。

計(jì)算結(jié)果 h主靜:8 820 Pa，h副靜:4 516 Pa。

系統(tǒng)風(fēng)壓

計(jì)算結(jié)果 H主:8 836 Pa，H副:4 532 Pa。

2.4 風(fēng)機(jī)選擇

選用山西省侯馬市鑫豐康風(fēng)機(jī)有限公司提供的SDF(B)－No18型對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)量2 973～6 100m3/min，風(fēng)壓782～5 124 Pa，電動(dòng)機(jī)功率4×185 kW，三級(jí)調(diào)速，通風(fēng)軟管直徑1.5m，送風(fēng)長度主攻方向3 600m，副攻方向2 500m。

2.5 系統(tǒng)布置

榕木斜井施工正洞通風(fēng)系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 榕木斜井正洞通風(fēng)系統(tǒng)示意

3 結(jié)論

按照設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)用于兩廣隧道榕木斜井及正洞，經(jīng)現(xiàn)場施工實(shí)踐檢驗(yàn)，工作面及二襯施工段均在25℃左右，完全符合施工要求，解決了長大隧道的通風(fēng)難題。

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