秦嶺特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)
特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)設(shè)計(jì)
秦嶺特長(zhǎng)隧道長(zhǎng)達(dá)18456m，是目前我國(guó)最長(zhǎng)的鐵路隧道，設(shè)計(jì)為兩座基本平行的單線隧道，線間距30m，最大埋深1600m。兩線隧道縱坡基本相同，進(jìn)洞后約14.7km范圍內(nèi)為11‰的上坡，然后以3‰的下坡出洞，長(zhǎng)度約3.2km，隧道進(jìn)口高程約870m，出口高程約1025m，I線隧道較Ⅱ線隧道高0.24—0.56m。隧道兩端洞口均位于R一500m的曲線地段。
其中I線隧道采用兩臺(tái)敞開(kāi)式TBM由兩端洞口相向施工， TBM未抵達(dá)工地前先用鉆爆法在兩端洞口提前施工預(yù)備隧道和出發(fā)隧道，進(jìn)、出口鉆爆法施工長(zhǎng)度分別為260m和310m，F(xiàn)4斷層帶及相鄰地段400m，待平導(dǎo)貫通后，由平導(dǎo)經(jīng)橫通道提起進(jìn)入 I線隧道采用鉆爆法完成。 Ⅱ線隧道先期在隧道中線位置上修建平行導(dǎo)坑，平導(dǎo)貫通后暫不進(jìn)行擴(kuò)挖，應(yīng)輔助I線隧道TBM進(jìn)行施工，以解決施工排水、改善施工通風(fēng)和其它作業(yè)條件。待 I線隧道主體工程完工后，再將平導(dǎo)擴(kuò)建為II線隧道。
1 施工通風(fēng)設(shè)計(jì)原則及計(jì)算參數(shù)的確定
秦嶺特長(zhǎng)隧道埋深大，地形、地質(zhì)條件十分復(fù)雜，交通不便，設(shè)置輔助坑道的條件較差，因此長(zhǎng)管路壓入式通風(fēng)和I線隧道與平導(dǎo)互為巷道式通風(fēng)的方案就成為主要比較方案。
1.1 施工通風(fēng)控制條件
1.1.1 粉塵濃度：含有10％以上的游離二氧化硅(Si02)的`粉塵應(yīng)<2mg／m3，含有游離二氧化硅(SiO2)在10％以下時(shí)，水泥粉塵≯6mg／m3。
1.1.2 空氣中一氧化碳(CO)濃度》0.0024％。施工人員進(jìn)入開(kāi)挖面時(shí)，濃度可允許到100mg／m3(80PPm)，但人員進(jìn)入開(kāi)挖面后30min內(nèi)，濃度應(yīng) 30mg／m3。
1.1.3 氮氧化物》0.00025％，重量濃度》5mg／m3。
1.1.4 洞內(nèi)空氣成份(按體積計(jì))，
凡有人工作的地點(diǎn)，氧氣(O2)的含量≮20％，二氧化碳 (C02)的含量≯0．5％。
1.1.5 洞內(nèi)風(fēng)量要求：
每人每分鐘供應(yīng)新鮮空氣≮3m3。
1.1.6 洞內(nèi)風(fēng)速要求：
平導(dǎo)及Ⅱ線隧道擴(kuò)建時(shí)洞內(nèi)風(fēng)速≮0.25m／s，并≯6m／s； TBM施工I線隧道內(nèi)最小風(fēng)速為0.5m／s。
2 2 施工通風(fēng)設(shè)計(jì)原則
1.2.1 施工通風(fēng)方案比選
施工通風(fēng)方案按長(zhǎng)管路通風(fēng)和巷道式混合通風(fēng)方案比選。
1.2.2 施工通風(fēng)阻力的確定
總阻力為風(fēng)管段阻力和隧道段阻力相加。風(fēng)管段阻力包括靜壓損失和動(dòng)壓損失；隧道段阻力包括沿程阻力損失、動(dòng)壓損失和局部阻力損失。
1.2.3 平導(dǎo)掌子面所需風(fēng)量的確定
平導(dǎo)采用鉆爆法施工，其掌子面所需風(fēng)量應(yīng)按洞內(nèi)要求最小風(fēng)速、洞內(nèi)人員和一次爆破后炮煙30min排出掌子面進(jìn)行計(jì)算，另外還應(yīng)考慮洞內(nèi)內(nèi)燃機(jī)設(shè)備的使用所需要的風(fēng)量。
1.3 施工通風(fēng)計(jì)算參數(shù)的確定
1 .3. 1 I線隧道
進(jìn)、出口工區(qū)施工通風(fēng)長(zhǎng)度分別按9500m和8900m計(jì)算，用軟風(fēng)管，管節(jié)長(zhǎng)100m，百米漏風(fēng)率1％，管道內(nèi)和隧道內(nèi)摩阻系數(shù)為0.018和0.02，TBM施工所需風(fēng)量參考國(guó)外有關(guān)資料，按 22ms／s，風(fēng)管末端風(fēng)量為0.5A(A為隧道開(kāi)挖面積)，即30m3／s。
1.3.2 平導(dǎo)
平導(dǎo)進(jìn)、出口施工通風(fēng)長(zhǎng)度分別按9500m和8900m計(jì)算，采用軟風(fēng)管，管節(jié)長(zhǎng)100m，百米漏風(fēng)率為1.3％，管道內(nèi)和隧道內(nèi)摩阻系數(shù)分別為0.019和0.024。平導(dǎo)鉆爆法施工，一次開(kāi)挖長(zhǎng)度按4m計(jì)，耗藥量為3～4kg／m3(秦嶺隧道為硬質(zhì)巖石，耗藥量較大)，洞內(nèi)施工人員按50人計(jì)，并考慮一臺(tái)170kw內(nèi)燃機(jī)車全時(shí)工作。
2 2 施工通風(fēng)方案選擇
2.1 長(zhǎng)管路施工通風(fēng)
即I線隧道和平行導(dǎo)坑各采用洞口壓入式長(zhǎng)管路通風(fēng)方案。
2.1.1 I線隧道
經(jīng)計(jì)算，在0～3km時(shí)，洞口處需一臺(tái)風(fēng)機(jī)，3～6km時(shí)洞口需二臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)，6—9km時(shí)除洞口需二臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)外，尚需在距洞口3.25km的洞內(nèi)設(shè)一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，分段長(zhǎng)度內(nèi)的風(fēng)量、風(fēng)壓等計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。TBM自身裝備集塵、局扇、冷卻系統(tǒng)，其所需風(fēng)量及功率參考值為：集塵裝置10m3／s(90kw)；冷卻系統(tǒng)2X 10m3／s(約600kw)。
2.1.2 平行導(dǎo)坑
經(jīng)計(jì)算，平行導(dǎo)坑掌子面所需風(fēng)量由排出第一文庫(kù)網(wǎng)一次爆破炮煙所需風(fēng)量控制，為8.75m3／s(525m3／min)。0～6km時(shí)，洞口處需一臺(tái)風(fēng)機(jī)，6～9km時(shí)，洞口需二臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)，進(jìn)口工區(qū)超過(guò)9km后，需三臺(tái)風(fēng)機(jī)，分段長(zhǎng)度內(nèi)的風(fēng)量、風(fēng)壓等計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1（略）。
2.2巷道式通風(fēng)
新鮮空氣由I線隧道進(jìn)入，再通過(guò)管道分別送到TBM工作面和平導(dǎo)工作面，滿足各工作面的要求。I線隧道及平行導(dǎo)坑污濁空氣再通過(guò)平導(dǎo)排出洞外。在巷道式混合通風(fēng)方案選擇中，就是否使用射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行局部誘導(dǎo)通風(fēng)做了兩個(gè)方案。
2.2.1 無(wú)射流風(fēng)機(jī)方案
第一階段，施工通風(fēng)采用長(zhǎng)管路通風(fēng)，風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)、風(fēng)量、風(fēng)壓等計(jì)算結(jié)果同長(zhǎng)管路通風(fēng)方案。
第二階段，平導(dǎo)與I線隧道已進(jìn)入正常施工階段，形成巷道式混合通風(fēng)，見(jiàn)圖1，供風(fēng)量為2378m3／min，平導(dǎo)內(nèi)風(fēng)速為，I線隧道內(nèi)風(fēng)速為0.66m／s，每個(gè)口的通風(fēng)總功率達(dá)880kw。
第三階段，平導(dǎo)貫通后，I線隧道的通風(fēng)仍借助于平導(dǎo)，供風(fēng)量為1973m3／min，I線隧道內(nèi)風(fēng)速為0.548m／s，每個(gè)口的通風(fēng)總功率達(dá)440kw。
2.2.2 有射流風(fēng)機(jī)方案
第一階段，同無(wú)射流風(fēng)機(jī)方案。
第二階段，I線隧道內(nèi)和平導(dǎo)巷道通風(fēng)段設(shè)射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行誘導(dǎo)通風(fēng)，而在靠近兩個(gè)工作面地段采用局部管道通風(fēng)，其布置形式見(jiàn)圖2。
圖1 平行導(dǎo)坑獨(dú)頭6km與I線隧道形成巷道與管道混合式通風(fēng)(1)
a．MFAl00P2一SC3HSM風(fēng)機(jī)；b．MFAl25P2一SC4HSM風(fēng)機(jī)
射流風(fēng)機(jī)隨著平導(dǎo)和I線隧道的掘進(jìn)，按間距80m左右一臺(tái)逐漸安裝，射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)地段約7．5kin，平導(dǎo)內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)達(dá)到25臺(tái)，I線隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)達(dá)到8臺(tái)，前端的管道通風(fēng)地段達(dá)到近3km，供風(fēng)量為2378m3／min，平導(dǎo)內(nèi)風(fēng)速為2，lm／s，I線隧道內(nèi)風(fēng)速為0．66m／s，每個(gè)口的通風(fēng)總功率達(dá)1243kw。
第三階段，同無(wú)射流風(fēng)機(jī)方案。
2.2.3 兩方案比較
無(wú)射流風(fēng)機(jī)和有射流風(fēng)機(jī)兩方案在風(fēng)量、洞內(nèi)風(fēng)速上基本無(wú)差別，主要差別在無(wú)射流風(fēng)機(jī)方案的優(yōu)點(diǎn)：功率消耗少，相對(duì)管理方便，缺點(diǎn)是：需在平導(dǎo)洞口設(shè)置風(fēng)門和通風(fēng)道。有射流風(fēng)機(jī)方案的優(yōu)點(diǎn)是：不設(shè)風(fēng)門和通風(fēng)道，運(yùn)輸安全；缺點(diǎn)是：功率消耗多，射流風(fēng)機(jī)多，易造成管理困難，同時(shí)7．5kin長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)通風(fēng)還缺少經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)綜合分析，無(wú)射流風(fēng)機(jī)方案較好。
2.3 通風(fēng)方案的比較
長(zhǎng)管路通風(fēng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)：
圖2 平行導(dǎo)坑獨(dú)頭6km與I線隧道形成巷道與管道混合式通風(fēng)(2)
a．MFAl00P2一SC3HSM風(fēng)機(jī)；b．MFAl25P2一SC4HSM風(fēng)機(jī)；c.TAS6.3—2.3—1射流風(fēng)機(jī)
2.3.1 I線隧道和平行導(dǎo)坑的工作面均為洞外新鮮風(fēng)送入，各自通風(fēng)系統(tǒng)互不干擾，通風(fēng)質(zhì)量好。
2.3.2 所需功率比巷道式混合通風(fēng)少，運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用少。
2.3.3 平導(dǎo)獨(dú)頭通風(fēng)長(zhǎng)度長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)施工經(jīng)驗(yàn)。
巷導(dǎo)式混合通風(fēng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)：
2.3.3.1 平導(dǎo)部分地段的污濁空氣滯留時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)I線隧道和平導(dǎo)所需風(fēng)為I線施工運(yùn)輸車輛污染過(guò)的空氣，通風(fēng)質(zhì)量差。
2.3.3.2 消耗的功率較長(zhǎng)管路通風(fēng)方案大，運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用較高，
2.3.3.3 I線隧道和平導(dǎo)為統(tǒng)一的通風(fēng)系統(tǒng)，哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題直接影響通風(fēng)質(zhì)量，管理較困難。
經(jīng)比較，長(zhǎng)管路施工通風(fēng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件較優(yōu)，故設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)管路施工通風(fēng)方案。 3 結(jié)束語(yǔ)
秦嶺特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)近5年的施工考驗(yàn)，在施工中得到了很好的驗(yàn)證。I線隧道出口按設(shè)計(jì)要求獨(dú)頭施工通風(fēng)長(zhǎng)度達(dá)到了7.5km，為中國(guó)之最。
【秦嶺特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)】相關(guān)文章：
特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)豎井施工方法分析07-26
石牙山特長(zhǎng)公路隧道施工通風(fēng)方案設(shè)計(jì)11-05
西秦嶺特長(zhǎng)隧道TBM施工地質(zhì)條件分析研究07-26
關(guān)角隧道施工通風(fēng)問(wèn)題初探07-12
隧道施工通風(fēng)排煙方案實(shí)例計(jì)算10-20
長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)系統(tǒng)選用與優(yōu)化07-19
蘭渝線西秦嶺特長(zhǎng)隧道綜合地質(zhì)勘察07-03