长大隧道通风施工技术（精选10篇）
长大隧道通风施工技术 篇1
摘要：以某隧道为例, 简要介绍了长大隧道施工过程中, 通风量设计计算、通风设备选型及通风施工等经验, 可供类似工程借鉴。
关键词：隧道,通风,技术
引言
施工通风直接影响隧道方案的选择、辅助坑道的设置、施工速度的快慢及工程费用, 因此隧道通风已成为设计和施工长大隧道时不可忽视的一环, 尤其是在以无轨运输为主的机械施工的长大隧道, 隧道通风方案的选择已成为隧道施工中的重中之重。在某铁路隧道的施工中积累了一点经验, 现介绍如下。
1 工程概况
某铁路隧道全长3878m, 为单线电气化铁路隧道, 隧道以Ⅱ级围岩为主, 有少量Ⅲ级围岩地段, 节理稍发育, 整个隧道全部属石灰岩地区。施工采用进、出口两个工作面, 进口区场地较开阔, 地形较平坦, 洞口距碴场距离较近, 相对成本低, 因此作为主要工作区, 计划掘进2500m;出口位于U型深谷的陡壁之上, 道路及场坪开辟困难, 弃碴场容量有限, 不易组织较大规模的生产, 计划掘进1378m。经过进行性比较, 结合企业现有设备情况, 项目采用了无轨运输方式。
2 隧道中的有害气体
2.1 炮烟中有害物质及其发生量。
爆破施工主要使用2#岩石硝铵炸药及少部分RJ-2乳胶炸药。产生的有害气体按单一炸药 (2#岩石硝铵炸药) 考虑, 一次爆破使用炸药达190kg, 产生有害气体初始浓度测定为CO:280~291mg/m3;NO2:16~17.9mg/m3。
2.2 柴油机排放有害物。
产生有害气体的机械设备:ITC/SCHAEFF隧道挖掘装载机1台;VOL-VO铰接自卸车2台, 太托拉2台, 三菱砼输送车1台, 根据经验数据及各类施工机械设备使用技术参数, 各种类型机械车辆排气中产生的有害气体浓度见下表1。
2.3 隧道内有害物质的允许标准。隧道内有害物质的允许标准见表2、表3。
3 隧道通风
3.1 通风量计算。
采用大型机械化作业施工的隧道, 出碴及砼输送作业均采用大型机械, 洞内施工人员大幅度减少, 作业人员所需风量已不起控制作用, 主要控制风量的是排出炮烟和柴油机废气所需的新鲜空气量, 所需风量可按排出炮烟、内燃机废气、洞内控制风速三方面考虑。
(1) 排出炮烟所需风量估算:Q= (5Gb-AL) /t
式中:Q—需要通风量, m3/min;
T—通风时间min取t=40min (掘进2500m时的通风时间) ;
G—同时爆破炸药量kg, 取G=190kg;
b—爆炸时有害气体生成量m3/kg, 取b=40m3/kg;
A—掘进断面积m2, 取A=45.28m2;
L—炮烟抛掷长度m, 取L=56m;
(2) 排出废气所需风量估算:Q=k∑Ni
式中:Q—无轨运输所需通风量m3/min;
k—功率通风计算系数, 取k=1.1;
i—内燃机械台数;N—各种内燃机械的额定功率, KW (见表4) ;
(3) 最小风率计算:Q=v A
式中:Q—需要通风量m3/min;
v—允许最低风速m/min, 取v=9m/min;
A—掘进断面积, 取A=45.28m2;
由通风量计算结果表明, 排出内燃机废气是隧道通风的控制指标。
3.2 通风设备选配
(1) 通风机。根据以往的施工经验, 我们对国产的通风设备的选配做了详细调查, 通过比选, 选用西安交大咸阳风机厂生产的SD-1No10A型与SDDY1100No11A型隧道通风机, 该机采用先进的三元优化设计、弯掠组合正交扭曲叶片、子午加速型流道, 具有气体流动性好、效率高、送风距离远、噪音低、安装运输方便等优点。其主要性能参数及性能曲线见表5。
根据排出内燃机废气所需风量Q=1154m3/min可选定通风机由1台SDDY型风机与1台SD-1型风机组合串联, 即在前1500m采用一台SDDY型, 在后1000m采用串联一台SD-1型通风机的通风方式。
(2) 风管。风管根据通风机来选定。在干溪沟隧道中为有效地提高供风距离和考虑风机、风管匹配选用柔性风管, 管径为Φ1500mm混合胶布柔性风管, 采用拉链扣式链接, 接头牢固严密, 不易泄露, 为减小接头漏风量和接头局部阻力采用气密性高无针孔20m长风管。
3.3 通风设备布置。
出口工区初期阶段掘进1500m后, 采用一台隧道通风机, 该机电功率为55×2KW, 具体性能见表6。
爆破后30min, 离开挖面30~70m范围内炮烟浓密, 持续通风, 运碴1.2~1.5h后掌子面附近100m范围内烟尘渐弱, 但在400~600m范围内聚集大量废气及烟尘, 尤其在衬砌台车附近烟尘聚集更明显。证明此时选用1台设备不能满足通风需要, 为解决长距离低消耗通风改用西安交大咸阳风机厂生产的SD-1No10A与SDDY-1000型隧
道通风机串联。
4 通风效果
进口掘进500m, 放炮后通风5min工人可进入工作面;掘进1000m, 通风15min便可进入工作面, 且隧道中部没有明显烟雾和灰尘;掘进2500m时, 通风40min便可进入工作面工作, 但隧道中部1000~1800m处烟尘稍大。
5 经验体会
(1) 施工通风对改善隧道内工作环境及提高工作效率起着至关重要的作用, 在长大隧道施工中, 尤其采用了无轨运输的情况下, 选用大功率、大直径、高效能通风机是关键。
(2) 防漏降阻是实现长距离通风关键, 风管漏风量与安装通风管质量、风管阻力有很大关系, 相同距离的两段风管其漏风率有很大差异。由此可见选择通风设备时, 不仅要考虑设备的供风量, 还要根据通风的长度考虑适当的风压。风压太小, 送风距离达不到要求, 风压太大, 风阻便增大, 风管容易破损, 增加漏风系数。风管的选择原则是在施工空间允许的条件下尽可能选择较大直径的和每节长度较长的风管, 以降低风阻和减少风管接头, 同时提高挂设质量, 保证送风通畅。
(3) 压入式通风方式操作简单方便, 掌子面空气质量较好, 但整个隧道空气稍差, 适合于短隧道无轨运输和中长隧道有轨运输。
参考文献
[1]铁路工程设计技术手册隧道[M].北京:人民铁道出版社, 1978.
[2]中华人民共和国铁道部.铁路隧道运营通风设计规范[S].2001.
长大隧道通风施工技术 篇2
夏永旭
（长安大学公路学院，710064）
摘要：论述了我国长大公路隧道通风中目前存在的几个技术问题，提出了解决这些问题的主要思路。关键词：长大公路隧道，通风，问题。
1.前言
随着公路建设的快速发展和道路等级的逐渐提高，近年来，我国的公路隧道越修越多，越修越长。特别是我国西部山区的公路建设，将有许多长大或特长公路隧道要修建，正在施工的秦岭终南山公路隧道，设计长度更是长达18.004km。在整个隧道的建设中，通风方案的优劣及通风运营效果的好坏，将直接关系到隧道的工程造价、运营环境、救灾功能及运营效益。20多年来，国内在公路隧道通风方面积累了许多成功的经验，但也存在许多问题。随着人们对公路隧道通风理念的转变[1]，特别是许多长大或特长公路隧道的建设和规划，通风已经成为影响和制约长大公路隧道建设的关键。本文在总结经验的基础上，探讨了我国目前长大公路隧道通风中所存在的一些问题，提出了解决这些问题的基本思路。
2．长大公路隧道通风中的几个问题 2.1 汽车排污量的计算
公路隧道的通风原理，是通过向隧道内注入新鲜空气，稀释洞内由汽车排出的废气(CO、NO2、HC)和烟雾，使得隧道内的空气质量和烟雾透过率，能保证司乘人员的身体健康和行车安全。然而，隧道内的废气总量和烟雾浓度，与汽车的排污强度以及隧洞内的车流密度成正比。
关于汽车的排污强度，我国已经制定了一系列强制性的政策法规。但是，我们现在的排污限制标准，仅相当于欧洲的1号标准。新颁布的《公路隧道通风照明设计规范》[2]，所给出的各类汽车基本排放量也是1995年的测试结果。规范中虽然也给出了co折减系数为1％-2％，但是，汽车排污折减系数的取值不仅取决于汽车的发动机性能，而且与汽车燃油的质量以及道路的坡度都有关。图1是针对某隧道取co允许浓度为200ppm时不同折减系数的新风量。可以看到，折减系数影响较大,因此在具体计算中究竟取多少很值得研究。而关于柴油车的烟雾排放，现行规范中根本没有提及折减，但随着汽车性能的逐渐改进，烟雾排放量也当然应该折减。另外，当柴油车车速为80km/h或者70km/h，隧道纵坡大于1％或者大于2％时的烟雾车况系数fa(VI),也应该予以研究，因为这两种情况显然是存在的。
图1 不同折减系数时的新风量3000 Q(m/s)3图2 新风需求量***12折减系数34Q(m/s)20255000050100***0350ppm2015
另一方面，隧道内的车流密度和道路的交通量成正比，车流密度高，洞内烟雾排放量大, 1
3而交通量一般又呈逐年增长趋势，所以，如何处理汽车排污量逐年下降和交通量逐年增长二者之间的关系，是计算隧道排污量的关键，也是一个难题。但是，目前在许多工程的工可阶段，出现了为提高公路的等级，人为扩大交通增长速率的现象，这势必也加大了隧道的污染量，应该引起注意。
2.2 长大公路隧道的卫生标准及需风量
有了隧道污染量，则隧道的卫生标准和烟雾允许透过率直接决定隧道需风量的大小。卫生标准主要是指是co的允许浓度，计算时不仅要考虑汽车行驶速度，而且要考虑司乘人员在隧道中停留的时间。规范对于小于3.0km的隧道，给出co允许浓度为250ppm，堵塞时
-1为300ppm，烟雾允许透过率为0.0070m。又根据已有的研究，提出c=co×t=600ppm﹒min。但是，对于大于3.0km的特长公路隧道，co允许浓度究竟如何取，规范中没有说明。所以，对于长大公路隧道的卫生标准，必须深入细致研究。毫无疑问，卫生标准高，隧道内的环境好，但是通风设备的投资肯定很大，而且将来的运营费用也会很高。因此，在确定卫生标准时，应当同时兼顾国家的环境卫生法规和业主的承受能力。图2给出了某特长公路隧道取不同卫生标准时的新风量需求曲线，从图中可以看到，co允许浓度取200ppm和150ppm 相差 35.11％，这是一个相当大的数字。
隧道通风需风量的计算，除了要满足正常交通外，还必须考虑阻塞情况和灾害情况。规范根据PIARC的建议，取阻塞工况车速10.0km/h,长度为1.0km，完全可以。但是，阻塞区外的车速肯定是距离阻塞中心越远车速越高。然而，沿隧道长度车流如何分布，车速到底取多少；相邻车道的车流、车速又如何，都需要认真研究。另外，由于长大公路隧道设有监控中心，所以在计算需风量时，20.0km/h工况是否还要考虑，值得商榷。根据目前的发展趋势可以预计，随着汽车排污量的逐年降低，烟雾允许透过率将成为控制隧道风量的决定因素，这在坡度较大隧道中业已得到验证。
公路隧道的灾害主要是指火灾。尽管正常运营时的隧道风速，肯定满足防止火灾时烟雾回流的最低风速要求，但是，在计算隧道需风量时，必须认真详细地研究隧道发生火灾时灭火排烟的需风量以及逃生道和避难洞的风量需求。
2.3 通风方式的选择及通风方案的初选
公路隧道的机械通风方式，一般分为全横向、半横向和纵向。上述三种通风方案各有利弊。如全横向和半横向通风，隧道内的卫生状况和防火排烟效果好（全横向最好）。但是，初期的土建费用、设备费用以及后期的通风运营费用很大；纵向通风土建工程量小，设备运营费用相对较低，且方式灵活多样，但洞内的环境状况和防火排烟效果稍差。根据2000年底的统计，全世界已建3.0km以上的公路隧道400多座，20世纪80年代以前建成的多为全横向式和半横向式通风，以瑞士、奥地利和意大利为代表。而20世纪80年代以后，关于公路隧道通风方式基本分为两大派。欧洲仍然以半横向、全横向居多，而亚洲以日本为代表，全为分段纵向。日本甚至认为，加静电除尘器的分段纵向通方式,适合任何交通形式和任何长度的公路隧道。近几年，欧洲各国的通风理念也有所改变，双洞单向交通，分段纵向通风方式，逐渐成为主流。奥地利巴拉斯基隧道和陶恩隧道的二期工程就是典型的例子[4]。
国内的通风方式，也经历了由最初的全横向、半横向向分段纵向逐渐过渡的过程。如上海的打浦路隧道（2.761km）、延安东路隧道右洞（2.261km）采用的是全横向。深圳的梧桐山隧道左线（2.238km）为半横向。1989年建成的七道梁隧道（1.56km），在国内首次采用全射流纵向通风。而1995年建成的中梁山隧道（左洞3.165km，右洞3.103km）和缙云山隧道（左洞2.528km、右洞2.478km），变原来的横向通风方式为下坡隧道全射流纵向通风，上坡隧道竖井分段纵向通风，在国内首次将纵向通风技术运用于3.0km以上的公路隧道。随后，铁坪山隧道（2.801km）、延安东路隧道左洞（2.30km）、谭峪沟隧道（3.47km）、木鱼槽隧道（3.61km）、梧桐山隧道右洞（2.27km）、大溪岭隧道（4.1km）、二郎山隧道（4.61km），[3][2]
[2] 2 均采用了纵向或分段纵向通风方式。
尽管分段纵向通风方式，已经成为大家普遍的共识，但也遇到了许多问题和挑战。如分段的长度最大不能超过多少，国外4.0km的长度能否在国内适用；对于地形险峻，埋深太大的特长隧道，如何解决中间段的通风；火灾和救援逃生时风机如何控制；静电除尘器的技术和经济效果到底如何；怎样减少通风阻力；大角度长斜井和盲竖井的技术经济比较；地下风机房和地面风机房的优缺点，等等。对于上述这些问题，虽然国外已有各种处理方法，但效果不一。随着研究的深入和认识的不断提高，有些问题已经有了新的解决办法。如采用隧道顶端的大直径轴流风机可以大大降低通风阻力；火灾发生时的人员逃生可以事先通过[6]现场和数值模拟研究，制定出救灾预案。无法设置竖井的中间段可以设法采用混合通风方式[7，8，9]。当然，国外的经验只能借鉴，决不能照搬。真正解决问题，还是要靠我们自己做扎实细致的研究工作。
在具体进行通风方案的选择时，可以分三个层次展开。首先是确定通风方式，是采用横向、半横向，还是纵向、混合式；其次是在所确定的一种或者两种通风方式中，再进行多方案的比选，选取较好的2～3种；最后对所初选的通风方案进行比较分析，给出推荐方案和比较方案，提供专家评审。然而，不管在哪一个阶段，都必须从功能、技术、经济三方面考虑，逐步深入，认真研究，科学论证。
2.4 防火救灾时的通风
公路隧道通风方案的设计，除了要满足交通运营通风外，还必须详细研究火灾发生时的通风需求，即把正常运营通风和火灾时的通风看作是整个通风系统的两种重要的工况。由于隧道火灾的随机性，通常很难提前预防。加之隧道环境封闭，灭火救灾困难，一旦发生火灾，损失巨大。1999年3、4月间，意大利勃朗峰隧道和奥地利陶恩隧道的先后发生大火，造成40多人死亡。2001年10月24日，瑞士圣哥达隧道又有两辆大卡车碰撞引起大火，14人丧生。可以肯定地说，防火救灾是目前公路隧道通风的难点，而且是今后很长时间内需要研究的课题。因而，在研究通风方案时，对于隧道防火区段的划分、横通道的设置、横通道的开启与关闭、烟流排出的路径与速度、逃生通道的空气补给、避难洞的新风需求、隔温安全段的长度和降温措施、排风口的间隔和面积、火灾时的风机控制、部分风机损坏时的风机调配等，都要逐一详细研究。而在研究这些问题时，又必须和隧道的正常通风以及安全等级、防灾救灾预案的制定综合考虑，并在通风方案的选择阶段和优化阶段，分层次进行。研究的方
[6]法可以通过物理实验的方法和数值模拟的方法同时进行。2.5 通风方案的优化
优化研究是对通风方案深化和完善的重要过程。因为，除了在通风方式的选择和通风方案的初选阶段，许多问题根本无法解决外，一些隐藏的深层次的问题，只能是随着研究的深入和设计的展开逐步显现。国外对长大公路隧道的通风研究历来十分重视，如意大利的勃郎峰隧道，从最初的设计草图到最后建成通车，历时三十一年,通风方案先后多次修改。今年又结合防灾救灾，对整个通风系统进行大的改造。
通风方案的优化研究，可通过数值模拟和物理实验两种方法实现。数值模拟可首先根据一元流理论，研究不同防火区段划分、不同斜（竖）井断面、不同车流工况、不同风机配置时，隧道内的风流方向、风速变化、风压分布，给出该通风方式的定性及定量描述。然后，再应用CFD技术，进一步详细研究上述相关问题以及细部结构对通风效果的影响，诸如斜（竖）井断面、射流风机效应、分流和汇流局部损失系数、连通道和过渡端的阻力、轴流风机进出口段最佳长度和角度、火灾时的烟雾分布规律、连通道在灭火排烟中的作用、两洞口及送排风塔相互影响、隧道污染物的扩散等。
物理实验研究是借助物理模型，模拟所拟定的通风方案在不同细部结构、不同通风工况、不同风机配置时的通风效果，观测各个细部的流场分布，实测模型内不同断面的风流、风压、[
6、11]
[10]
[5] 3 风速；实测壁面阻力系数和不同细部损失系数、研究各个细部的最佳几何形状；观测火灾发生时的烟流分布，风机的排烟效果，确定轴流风机和射流风机的最佳配置；研究不同风机参数（轴流风机的叶片角度、进出口形状、风量控制方式；射流风机类型）对风场的影响等[6,12]。
数值模拟和物理模拟目前也最存在一些问题，如建立更符合实际的计算模型、瞬态非线性以及紊流的计算方法、非相似物理实验模型、足尺实验等。但是无论怎样，物理实验是优化研究的基础，它不仅是对通风方案的验证，而且更为重要的是通过实测为数值模拟提供计算参数，修正和完善数值研究模型。因此，对于长大及特长公路隧道的通风优化，物理实验是最重要的必须手段，也是最直接和最基础性的工作，决不能流于形式和沦落为对通风方式单纯的验正。2.6 通风效果的检测
通风效果的检测，是对竣工运营后的隧道通风状况进行实地检测，内容包括隧道内的 CO浓度、NO2浓度、HC浓度、烟雾透过率、风压、风速、噪音；隧道区域环境污染浓度、污染范围；风机性能、风机功率、风机组合功能、风机控制效果甚至于检测器件的灵敏度等。通风效果检测的最大困难在于设计交通工况的组织以及灭火排烟时效果的检验。但是，成功的通风效果检测，不仅仅是对通风方案有一个实际的考察和评估，而且会为通风控制方案的完善提供有用的帮助。所以，对于长大和特长公路隧道必须认真做好通风效果的检测工作。
3．结语
隧道通风是长大公路隧道建设中必须认真研究和解决的重要问题，而防灾救灾的研究更是长远的课题。无论是基础理论还是研究的技术和手段，特别是实际经验，我们和国外都有很大的差距。所以，虚心学习国外的先进经验，加强公路隧道通风基础理论和应用技术的研究，结合工程实际，开拓思路，努力工作，将是我国今后长大公路隧道通风研究的长期任务。
参考文献
1.夏永旭、戴国平.现代公路隧道的发展，2001’中国公路隧道学术交流论文集，2001.9 2.中华人民共和国行业标准：《公路隧道通风照明设计规范》，北京：人民交通出版社，2000.6 3.夏永旭、王永东、赵峰.雁门关公路隧道通风技术研究报告，2001.6 4.夏永旭.欧洲四国隧道通风考察报告，2000.5 5.John Day，Ian Sweetland.REDUCING PORTAL EMISSIONS FROM TUNNELS ECONOMICALLY, Ventilatoren Sirocco Howden，2001 6.杨冠雄.公路隧道营运时防灾系统设计分析，台湾中山大学研究报告，2001.7 7.夏永旭.秦岭终南山公路隧道通风方案讨论，长安大学学报，2001.10,待发表 8.夏永旭、赵峰.纵向－半横向混合通风方式研究，长安大学学报，2001.10,待发表 9.夏永旭、赵峰.纵向－全横向混合通风方式研究，长安大学学报，2001.10,待发表 10.王永东、夏永旭：长大公路隧道纵向通风数值模拟研究，中国公路学报，2002.1 11.王永东、夏永旭：公路隧道纵向通风局部数值模拟研究，西安公路交通大学学报，Vol.21(2001).4 12.A D Martegani、G Pavesi.An experimental study on longitudinal ventilation system,CICC,1993
夏永旭，长安大学公路学院教授，电话：029－8498307（H）
综合勘察技术在长大隧道中的应用 篇3
摘 要：某长大隧道埋深大、岩浆岩活动强烈、构造发育，在勘测过程中，采用多种勘察手段，发挥遥感的宏观控制作用，以地质调绘为基础，利用综合物探的解译，辅以钻孔加以验证，在实际工作中收到了很好的效果，为以后山区铁路长大隧道的勘察提供了经验。
关键词：长隧道；遥感；物探；钻探；综合测井
中图分类号：U452.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）20-0057-03
新建某隧道起讫里程为DK239+976～DK244+646，全长 4 670 m，最大埋深212 m。该隧道采用了航片判释、地质调绘、EH-4大地音频电磁法、高密度电法、钻探、综合测井等勘察手段，重点查明了区内地质构造、地层岩性以及岩浆岩接触关系。
1 工程概况
1.1 地形地貌
该隧道穿越低山丘陵区，山顶一般呈浑圆状。高程为353.06～462.5 m，相对高差超过200 m，隧址区多为松林，植被覆盖率约80%。
1.2 气象地震
隧址区属北亚温带湿润半湿润大陆性季风气候，为严寒地区，最冷月月平均气温-15.2～-16.5 ℃。年平均气温为4.6～ 6.0 ℃，年平均降水量为670.4～528 mm，最大积雪深度为50～61 cm，土壤最大冻结深度为171～168 cm。
沿线地震动峰值加速度为0.10 g，相当于地震基本烈度Ⅶ度，动反应谱特征周期是0.35 s。
1.3 工程地质特征
隧址区地层主要为第四系残坡积层、侏罗系安山岩、凝灰岩及华力西晚期花岗岩。由于隧道地处断裂带的南侧，地质构造发育，隧址区内地层受构造影响，岩浆活动强烈，花岗岩和安山岩相互穿插，如图1所示。
DK241+925-DK242+010段发育有一正断层，断层产状∠225 °/75-80 °， 断层宽度约50 m； DK242+970-DK243+240段为华力西晚期花岗岩与侏罗系中上统安山岩接触带，岩体破碎，裂隙水相对富集。隧址区地表水不发育，地下水主要为基岩裂隙水。
1.4 存在的主要地质问题
隧道通过地层主要为华力西晚期花岗岩、侏罗系中安山岩和凝灰岩，在强烈构造运动作用下，不同岩性相互穿插，发育隐伏的节理裂隙发育带及断层带，由于接触变质，节理、裂隙发育，地下水相对富集，围岩相对较差；花岗岩还可能存在一定的放射性。欲查明本隧道通过地段的工程地质条件及水文地质特征，仅靠地表调绘和钻探，在周期较短的情况下难以做到。
2 综合勘察技术应用过程和效果
2.1 遥感技术
初测阶段，利用陆地卫星影像，结合区域地质资料，进行宏观区域地质条件评价，为综合选线提供了地质依据。定测阶段，利用航片，根据地质判释标志，分析测区地形地貌、地层岩性、地质构造和不良地质等对隧道工程的影响。完成卫片解译约 20 km2，航片判释15 km2 ，很好地指导了地质调绘[2]。隧址区大部分植被良好，遥感解译反映该隧道通过2条断裂，岩性以火成岩为主。
2.2 地质调绘
在对区域地质资料研究和遥感判释的基础上，结合工程特点，在隧道区进行了大面积的地质调绘。共完成1：10 000工程地质调绘16 km2，1：2 000带状工程地质调绘5 km2，手持GPS定位测绘各种重要地质点34个。
通过大面积地质调绘发现，区域内花岗岩和安山岩交替出现，根据地层新老关系，首先花岗岩侵入，然后喷出安山岩；故安山岩下部可能存在风化的花岗岩；另发现该隧道通过断层2条， F1断裂两侧的岩性不一致，F2断裂岩层有明显的错动，但由于露头处均位于沟谷，隧道地表多为第四系覆盖，不能进行准确的追踪、量测和分析。
地质调绘期间，对隧道沟谷的泉水和径流进行了水文观测、统计和流量测定，分析了水文地质条件。由于冲沟内水量较小，受降雨影响明显，隧道大部分地段在枯水季节为滴水状态，为弱富水区，在丰水季节，涌水量可能增加。 并采用入渗法和径流法对隧道涌水量进行了分段计算，估算隧道正常涌水量为1 645 m3/d。隧道最大涌水量为3 290 m3/d。
2.3 综合物探
针对调绘情况，为了查明断层规模与位置、产状和岩层接触关系，采用了音频大地电磁法（EH4）对全线进行了贯通，对隧道进出口段及浅埋地段采用高密度电法，完成了物探音频大地电磁（EH-4）剖面4 670 m，高密度电法（AGI）2 000 m，并对物探异常带采用钻探进行验证，然后深孔进行了物探综合测井。
2.3.1 音频大地电磁法（EH4）
通过EH4的全线贯通， 根据电阻率值及等值线形态分析，如图2所示，划分了不同岩性的分界线及接触关系；揭示构造（断层、破碎带）平面位置、宽度、产状及特征；分析了地下水发育情况及富水带。
①地层岩性划分。
DK240+490位置推断为华力西晚期花岗岩与侏罗系中上统安山岩的岩性分界线。DK242+950——DK243+250段隧道洞身下部电阻率很高，推断下部为侵入的花岗岩，表层为强风化，较破碎。隧道进出口段洞身附近电阻率值在100 Ωm左右，相对较低，为第四系风化层，其余段隧道洞身附近电阻率值相对较高，等值线平缓，推断为弱风化基岩，较完整。
②断层、破碎带分析。
电阻率断面图上出现的电阻率值相对较低，等值线呈凹陷陡立状的异常带，推断为断层破碎带反映[3]。DK240+705-DK240
+800段隧道洞身附近，电阻率值较低，等值线下凹，呈漏斗状，上下贯通，推断为断层破碎带F1，宽约95 m，倾向大里程，倾角80 °，中等富水；DK241+205-DK241+280段隧道洞身附近电阻率值变化剧烈，等值线凹陷，推断为断层破碎带F2，宽约75 m，倾向小里程，倾角80 °，弱富水；DK242+070-DK242+120段隧道洞身附近为中等电阻率值反映，等值线程漏斗状，推断为断层破碎带F3，宽约50 m，倾向小里程，倾角75 °，弱富水。
③隧道围岩富水性分析。
从电阻率断面图上电阻率值及等值线形态特征，分析认为该隧道总体表现富水性不强。该隧道主要含水地段为断层水及基岩裂隙水，主要分布于断层、破碎带。
在反演电阻率断面图上显示，隧道通过F3断裂外，还分布有其次生断裂2条，与区域地质资料及地表调查的情况基本吻合的有2条，1条在地表调查没有显示，但物探上有反应；另外隧道内安山岩段有先侵入的花岗岩，和区域资料以及调查的基本吻合。
2.3.2 高密度电法（AGI）
为了验证EH4物探异常，采用高密度电法（AGI）进行勘探。根据反演电阻率断面图2，进一步等查明岩性及分界、断层破碎带及节理裂隙发育带。如图3所示。
①地层岩性及分界。
DK240+442-DK240+462段两侧电阻率差异大，电阻率从大变小然后稍微变大，变化较均匀，接触处无漏斗状形态，结合地质资料，该段为华力西晚期花岗岩与侏罗系中上统安山岩接触带，岩体较为破碎，弱富水，并非断裂带。
②断层破碎带及节理裂隙发育带。
DK241+200-DK241+300段出现缓倾条带状低阻异常带，推断该低阻异常为节理裂隙发育带，岩体破碎，弱富水。DK241+923-DK241+990段出现带状低阻异常带，高阻中间出现明显的低阻异常带， 其电阻率为30～150 Ω·m之间，且自上而下贯通，推断为断层破碎带，弱富水。
根据反演电阻率断面图， 和EH4的资料对比分析，F1断裂实际上为岩性接触带的影响造成的假异常，不是断裂带；F2断裂也只是节理裂隙发育带；F3断裂确为断裂，位置和角度有调整。
2.4 钻 探
在地质调绘及物探成果的基础上，选择具有代表性的地带及地质条件复杂地段布设浅钻孔184.7 m/4孔，深钻孔426.1 m/3孔，主要查明洞身地层岩性，评价岩体的完整性及为围岩分级提供了依据；查明断裂构造的分布及性质；判定了地下水水位，预测涌水量；并对物探异常地段进行验证，查明其准确性；进行孔内综合物探测井，并进行孔内水文地质试验和地应力测试等综合试验。对隧道工程地质、水文地质条件及围岩稳定性评价发挥了重要作用。
2.4.1 对物探解译的验证
JGSSZ-1钻孔揭示安山岩中夹有凝灰岩，岩芯很完整，呈长柱状，故和高密度电法结论基本一致，EH4的低阻异常可能是较软的凝灰岩引起；JGSSZ-4钻孔揭示安山岩中夹有凝灰岩，且32 m～95 m岩芯呈碎块状，有构造引起的擦痕和变质作用，而95 m以下较完整，证实了物探解译的断层；JGSSZ-6孔在40 m由弱风化安山岩突变为了花岗岩的全强风化，岩芯呈土状、散砂状，到58 m处岩芯转为完整，为花岗岩的弱风化，证实了EH4的推测。
2.4.2 涌水量计算
根据3个钻孔的抽水试验和水位恢复的成果，采用裘布依理论式和佐藤邦明非稳定流式，经计算正常涌水量为1 223 m3/d，最大涌水量为为2 980 m3/d。
基于调绘和收集资料的水均衡法和基于水文试验的地下水动力学法算出的结果基本一致，也跟物探以及综合测井的富水性分析基本一致。故洞身单位长度的可能最大涌水量约 0.70 m3/（d*m），判断为弱富水区，断裂带局部为中等富水段。
2.5 综合测井
在定测钻探后，在钻孔内进行了综合测井，共完成426.1m，主要对自然伽玛、声波速度、视电阻率、自然电位、纵波速度、井径、井斜及井温、井液电阻率等参数进行了实测，有效的揭示了岩体的完整性、节理发育及地下水发育等情况，
①根据深孔的综合测井的资料，按照纵波速度对隧道围岩分级为Ⅲ—Ⅳ级[5]。
综合测井反映，波速值和钻探成果基本一致，JGSSZ-1洞身的纵波速度较高，围岩分级为Ⅲ级，证实此处完整基岩；而JGSSZ-4孔32～95 m纵波速度很低，为断裂破碎带；JGSSZ-6孔31 ～56 m处波速值最低，仅为2 km/s，电阻率约为305 Ω·m，分级为Ⅳ级，和钻探揭示的花岗岩全强风化层吻合。
②3孔内最高γ照射量率为43.5γ，其年吸收剂量D= 9.12*10-4Gy，年有效剂量当量He为0.64 mSv，为放射工作场所非限制区，无放射性危害；孔内最高地温为7.4 ℃，按照地温梯度1.5℃/100 m估算，属正常地温区，不存在地热影响；由井液电阻率曲线反映，无明显地下水活动，为弱富水区，局部为中等富水区。
3 施工期间的验证
隧道通过区Ⅱ级围岩长1 450 m，占总长的31%；通过区Ⅲ级围岩长2 285 m，占总长的48.9%；Ⅳ级围岩长690 m，占总长的14.8%；Ⅴ级围岩长245 m，占总长的5.3%。该隧道正常涌水量取1 645 m3/d。
该隧道进出口均已经开挖150 m，开挖后的围岩和勘察的结果基本一致，涌水量正常，未出现变更情况。初步证明综合勘察技术在此隧道运用是成功的。
4 结 语
通过综合勘察对隧道围岩进行了划分，经过施工初步验证，勘察成果与实际地质情况基本一致，综合勘察效果显著。
综合勘察不是勘察手段的堆砌和罗列，而是各种手段环环相扣、相互补充、相互验证的过程： 在充分熟悉地质资料的前提下，发挥遥感在区域地质研究中的宏观作用，利用航片作为指导进行大面积的地质调绘，在此基础上开展了以音频大地电磁法（EH4）、高密度电法为主的综合物探，定性或半定量的查明了隧道的岩性、断裂构造、富水带的分布规律，也很好的指导了钻孔的设计，同时钻探成果也反过来验证地质调绘、物探工作的成果。最后的综合测井是对钻探的验证。
参考文献：
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[2] 陈仲候，王兴泰，杜世汉.工程与环境物探[M].北京：地质出版社，1993.
[3] TB 10049-2004，铁路工程水文地质勘察规程[S].
长大隧道施工通风 篇4
长大隧道穿越地层跨度大, 地质情况复杂多变, 施工难度大。隧道开挖爆破作业将产生大量有害气体;洞内出碴运距较大, 机械数量多, 作业时间长, 将排出大量的尾气。这些有害气体很难自然排出洞外, 必须采用机械通风稀释或挤排出洞外, 隧道通风要求高。为保证洞内作业人员的生命安全, 施工通风工作不容忽视。
1工程概况
尤溪隧道全长12 974 m, 属于长大隧道, 分进出口两个标段施工, 其中进口标段承担施工任务6 186 m。隧道采用爆破法开挖, 隧道进口单口施工长度达2 900 m, 通风排烟难度较大。
秀村斜井长1 800 m, 与正洞交于DK374+700, 相交处平面交角45°。斜井工作面负责正洞DK372+464~DK375+856段共3 392 m施工任务, 其中:往进口方向2 236 m, 出口方向1 156 m[1]。
2施工通风
2.1通风量计算
1) 正洞施工所需总风量。
a.施工人员所需风量:
其中, UP为洞内每人所需新鲜空气量, 一般按3 m3/ (min·人) -1计算;m为洞内同时工作的最多人数 (二衬班20人, 初支班20人, 开挖班30人, 出碴班6人, 装载机司机2人) ;k为通风备用系数, 取1.1~1.5。
b.爆破散烟所需风量。
隧道采用纵向压入式通风。
计算风量:
其中, A为同时爆破的炸药量, 按Ⅱ级围岩爆破计算A=120×3×0.8=288 kg;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积116.76 m2;t为通风时间, 取30 min;L为爆破后炮烟的扩散长度, 取60 m[2]。
c.按内燃机作业废气稀释的需要计算 (见表1) 。
其中, n为洞内使用内燃机作业的总功率;A为内燃机每千瓦所需的风量, 一般为2.8 m3/ (min·k W) 。
d.按洞内允许最小风速计算 (见表2) 。
其中, v为洞内允许最小风速, 取0.15 m/s;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积116.76 m2。
综上所述, 得正洞工作期间洞内所需总风量:
2) 斜井施工所需总风量。
a.施工人员所需风量:
其中, UP为洞内每人所需新鲜空气量, 一般按3 m3/ (min·人) -1计算;m为洞内同时工作的最多人数 (开挖班20人, 初支班20人, 出碴班5人, 装载机司机2人) ;k为通风备用系数, 取1.1~1.5。
b.爆破散烟所需风量。
本隧道采用压入式通风。
计算风量:
其中, A为同时爆破的炸药量, 按Ⅱ级围岩爆破计算A=120×3×0.8=288 kg;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积33.41 m2;t为通风时间30 min;L为爆破后炮烟的扩散长度, 取60 m。
c.按内燃机作业废气稀释的需要计算 (见表3) 。
其中, n为洞内使用内燃机作业的总功率;A为内燃机每千瓦所需的风量, 一般取3 m3/ (min·k W) 。
d.按洞内允许最小风速计算 (见表4) 。
其中, v为洞内允许最小风速, 取0.15 m/s;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积33.41 m2。
3) 通风机的工作风量计算。
DT64-125型轴流风机提供的最大风量为3 300 m3/min, 最大风压为5 920 MPa。斜井最长通风管3 944 m, 正洞最长通风管2 794 m。则通风机提供到最远掌子面的风量为:
其中, P为100 m风管漏风量, 取1%;L为通风管的长度;Vm为通风机提供的最大风量。
斜井:V= (1+0.01×1 800/100) ×3 300=3 894 m3/min<4 481 m3/min。
斜井正洞:V= (1+0.01×4 036/100) ×3 300=4 632 m3/min<6 268 m3/min。
进口正洞:V= (1+0.01×2 794/100) ×3 300=4 222 m3/min<6 268 m3/min。
斜井施工期间, 考虑洞口有自然通风, 故配置1台空压机。
斜井与正洞贯通后, 增加1台空压机, 两台同步供风。
2×4 632 m3/min>6 268 m3/min, 满足施工要求。
进口正洞施工, 进洞1 000 m内, 配置1台空压机。超过1 000 m, 增加1台空压机, 两台同步供风。
2×4 222 m3/min>6 268 m3/min, 满足施工要求。
2.2通风设计
1) 正洞进口施工通风方案。
进口采用纵向压入式独头通风, 进口正洞施工, 进洞1 000 m内, 配置1台空压机。超过1 000 m, 增加1台空压机, 两台同步供风。风管采用150 cm PVC软质通风管, 在洞门外不小于20 m处沿隧道一侧高架。同时加强通风管理, 防漏降阻, 控制百米漏风率在1%以内, 以满足施工生产的环境需要 (如图1所示) 。
2) 斜井施工通风方案。
斜井施工采用压入式通风, 在洞口设置1台2DT64-125型轴流通风机。斜井与正洞贯通, 正洞施工期间, 增加1台风机实行两台风机同步供风, 在斜井相交处分叉, 实行双向供风。通过150的PVC软风管送风。
风机安装位置在洞口20 m以外, 避免洞内压出的污气反循环进入风机形成二次污染。风机出口设置变径硬管与风管连接, 风机与风管接口处法兰间加密封垫, 刚性风管与柔性风管结合处绑扎三道, 以减小局部漏风和阻力 (见图2) 。
3) 洞内通风设施布置。
通风管道采用150 cm PVC软质通风管悬挂线路左侧拱腰位置, 采用吊挂安装, 避开其他管线。斜井内风管布置于洞顶部位。
2.3风管安装要求[3,4]
1) 通风管吊挂要平直、拉紧吊稳, 避免出现褶皱增加阻力;
2) 当外径不同的风管连接时, 应以大小头过渡, 过渡长度以3 m~5 m为准;
3) 通风管末端距工作面不超过15 m;
4) 施工衬砌中必须拆卸通风管时, 必须保证风管不得被人为损坏。
2.4通风管理措施[3,4]
1) 加强环保意识, 重视通风工作, 向煤矿学习, 成立专业的通风队伍, 负责通风机、通风管安装, 维护, 以及通风方式变换, 并承担通风效果的责任。2) 通风监测是搞好通风除尘的重要工作, 通风技术人员负责日常的有害气体浓度监测, 根据浓度调整风量, 合理供风, 省电节能。3) 当风管供风到1 000 m时, 应进行一次漏风率测定, 判断风管维护水平, 推断4 000 m时的总漏风率。4) 炮眼应采用水炮泥封堵, 既可减少残眼, 又可使污染在源头得到治理。5) 控制运碴车的柴油烟排放浓度, 也是取得通风效果的重要措施。6) 斜井的断面小, 风管挂好以后要用8号铁线架网, 以免风管下垂被出碴车挂坏。
3结语
尤溪隧道目前已经顺利贯通, 在采用该通风方案施工近3年来, 未因通风不畅, 发生缺氧、中毒事故;洞内作业人员没有患职业病迹象。施工实践证明该通风方案安全、可靠、可行, 可以采用和推广。
参考文献
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[2]李小青.隧道施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010.
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秦岭特长隧道施工通风 篇5
其中I线隧道采用两台敞开式TBM由两端洞口相向施工， TBM未抵达工地前先用钻爆法在两端洞口提前施工预备隧道和出发隧道，进、出口钻爆法施工长度分别为260m和310m，F4断层带及相邻地段400m，待平导贯通后，由平导经横通道提起进入 I线隧道采用钻爆法完成。 Ⅱ线隧道先期在隧道中线位置上修建平行导坑，平导贯通后暂不进行扩挖，应辅助I线隧道TBM进行施工，以解决施工排水、改善施工通风和其它作业条件。待 I线隧道主体工程完工后，再将平导扩建为II线隧道。
1 施工通风设计原则及计算参数的确定
秦岭特长隧道埋深大，地形、地质条件十分复杂，交通不便，设置辅助坑道的条件较差，因此长管路压入式通风和I线隧道与平导互为巷道式通风的方案就成为主要比较方案。
1.1 施工通风控制条件
1.1.1 粉尘浓度：含有10％以上的游离二氧化硅(Si02)的粉尘应<2mg／m3，含有游离二氧化硅(SiO2)在10％以下时，水泥粉尘≯6mg／m3。
1.1.2 空气中一氧化碳(CO)浓度》0.0024％。施工人员进入开挖面时，浓度可允许到100mg／m3(80PPm)，但人员进入开挖面后30min内，浓度应 30mg／m3。
1.1.3 氮氧化物》0.00025％，重量浓度》5mg／m3。
1.1.4 洞内空气成份(按体积计)，
凡有人工作的地点，氧气(O2)的含量≮20％，二氧化碳 (C02)的含量≯0．5％。
1.1.5 洞内风量要求：
每人每分钟供应新鲜空气≮3m3。
1.1.6 洞内风速要求：
平导及Ⅱ线隧道扩建时洞内风速≮0.25m／s，并≯6m／s； TBM施工I线隧道内最小风速为0.5m／s。
2 2 施工通风设计原则
1.2.1 施工通风方案比选
施工通风方案按长管路通风和巷道式混合通风方案比选。
1.2.2 施工通风阻力的确定
总阻力为风管段阻力和隧道段阻力相加。风管段阻力包括静压损失和动压损失；隧道段阻力包括沿程阻力损失、动压损失和局部阻力损失。
1.2.3平导掌子面所需风量的确定
平导采用钻爆法施工，其掌子面所需风量应按洞内要求最小风速、洞内人员和一次爆破后炮烟30min排出掌子面进行计算，另外还应考虑洞内内燃机设备的使用所需要的风量。
1.3 施工通风计算参数的确定
1 .3. 1 I线隧道
进、出口工区施工通风长度分别按9500m和8900m计算，用软风管，管节长100m，百米漏风率1％，管道内和隧道内摩阻系数为0.018和0.02，TBM施工所需风量参考国外有关资料，按 22ms／s，风管末端风量为0.5A(A为隧道开挖面积)，即30m3／s。
1.3.2平导
平导进、出口施工通风长度分别按9500m和8900m计算，采用软风管，管节长100m，百米漏风率为1.3％，管道内和隧道内摩阻系数分别为0.019和0.024。平导钻爆法施工，一次开挖长度按4m计，耗药量为3～4kg／m3(秦岭隧道为硬质岩石，耗药量较大)，洞内施工人员按50人计，并考虑一台170kw内燃机车全时工作。
2 2 施工通风方案选择
2.1 长管路施工通风
即I线隧道和平行导坑各采用洞口压入式长管路通风方案。
2.1.1 I线隧道
经计算，在0～3km时，洞口处需一台风机，3～6km时洞口需二台风机串联，6―9km时除洞口需二台风机串联外，尚需在距洞口3.25km的洞内设一台增压风机，分段长度内的风量、风压等计算结果见表1。TBM自身装备集尘、局扇、冷却系统，其所需风量及功率参考值为：集尘装置10m3／s(90kw)；冷却系统2X 10m3／s(约600kw)。
2.1.2平行导坑
经计算，平行导坑掌子面所需风量由排出第一文库网一次爆破炮烟所需风量控制，为8.75m3／s(525m3／min)。0～6km时，洞口处需一台风机，6～9km时，洞口需二台风机串联，进口工区超过9km后，需三台风机，分段长度内的风量、风压等计算结果见表1（略）。
2.2巷道式通风
新鲜空气由I线隧道进入，再通过管道分别送到TBM工作面和平导工作面，满足各工作面的要求。I线隧道及平行导坑污浊空气再通过平导排出洞外。在巷道式混合通风方案选择中，就是否使用射流风机进行局部诱导通风做了两个方案。
2.2.1 无射流风机方案
第一阶段，施工通风采用长管路通风，风机台数、风量、风压等计算结果同长管路通风方案。
第二阶段，平导与I线隧道已进入正常施工阶段，形成巷道式混合通风，见图1，供风量为2378m3／min，平导内风速为，I线隧道内风速为0.66m／s，每个口的通风总功率达880kw。
第三阶段，平导贯通后，I线隧道的通风仍借助于平导，供风量为1973m3／min，I线隧道内风速为0.548m／s，每个口的通风总功率达440kw。
2.2.2 有射流风机方案
第一阶段，同无射流风机方案。
第二阶段，I线隧道内和平导巷道通风段设射流风机进行诱导通风，而在靠近两个工作面地段采用局部管道通风，其布置形式见图2。
图1平行导坑独头6km与I线隧道形成巷道与管道混合式通风(1)
a．MFAl00P2一SC3HSM风机；b．MFAl25P2一SC4HSM风机
射流风机随着平导和I线隧道的掘进，按间距80m左右一台逐渐安装，射流风机通风地段约7．5kin，平导内的射流风机达到25台，I线隧道内的射流风机达到8台，前端的管道通风地段达到近3km，供风量为2378m3／min，平导内风速为2，lm／s，I线隧道内风速为0．66m／s，每个口的通风总功率达1243kw。
第三阶段，同无射流风机方案。
2.2.3 两方案比较
无射流风机和有射流风机两方案在风量、洞内风速上基本无差别，主要差别在无射流风机方案的优点：功率消耗少，相对管理方便，缺点是：需在平导洞口设置风门和通风道。有射流风机方案的优点是：不设风门和通风道，运输安全；缺点是：功率消耗多，射流风机多，易造成管理困难，同时7．5kin长度实现诱导通风还缺少经验。经过综合分析，无射流风机方案较好。
2.3 通风方案的.比较
长管路通风方案的优缺点：
图2平行导坑独头6km与I线隧道形成巷道与管道混合式通风(2)
a．MFAl00P2一SC3HSM风机；b．MFAl25P2一SC4HSM风机；c.TAS6.3―2.3―1射流风机
2.3.1 I线隧道和平行导坑的工作面均为洞外新鲜风送入，各自通风系统互不干扰，通风质量好。
2.3.2 所需功率比巷道式混合通风少，运营管理费用少。
2.3.3平导独头通风长度长，国内尚无施工经验。
巷导式混合通风方案的优缺点：
2.3.3.1平导部分地段的污浊空气滞留时间长，同时I线隧道和平导所需风为I线施工运输车辆污染过的空气，通风质量差。
2.3.3.2 消耗的功率较长管路通风方案大，运营管理费用较高，
2.3.3.3 I线隧道和平导为统一的通风系统，哪一个环节出现问题直接影响通风质量，管理较困难。
经比较，长管路施工通风方案技术经济条件较优，故设计采用长管路施工通风方案。 3 结束语
浅述铁路长大隧道通风技术 篇6
关键词：隧道,通风,技术,管理
1 工程概况
某新建客运专线隧道全长6 108 m,隧道内为人字坡,进口段为3 ‰的纵坡,出口段为-5 ‰的纵坡。该隧道地主要以花岗岩、凝灰岩为主,Ⅰ级,Ⅱ级,Ⅲ级围岩约占隧道全长的 90%,围岩总体良好。根据施工组织安排及施工方案,隧道进口采用凿岩台车施工,出口采用人工开挖;根据工期安排,结合工艺及设备配置,出口计划开挖2 865 m,进口计划开挖3 243 m,最大通风距离3 km以上。
2 通风参数计算和通风机选择
2.1 通风量计算
2.1.1 作业机械消耗风量
运渣车运营通风交通量,如下:
N=2×(S1/V1)/Tz+1[1] (1)
其中,N为运渣车辆台数,辆;S1为隧道掘进长度,km;V1为车辆洞内行走速度,km/h;Tz为装渣时间,min。
运渣车辆功率为200 kW,每1 kW配3 m3/min风量。
Q=P×N×W=2 940 m3/min。
考虑内燃机械施工时间的差异及车辆使用年限等因素,修正系数取1.1。
2 940×1.1=3 234 m3/min。
洞内风速:3 234/60/106=0.51 m/s>0.15 m/s(排尘风速)。
当开挖长度为2 700 m～3 200 m时,需通风量为3 234 m3/min。
2.1.2 最小风速确定风量
Q=60×V最小×S最大=60×0.15×120=1 080 m3/min[2] (2)
2.1.3 同时在洞内作业最多人数
开挖+衬砌+找平层及边墙基础+底板施工+电缆槽=40+50+15+20+20=145人。
Q=k×m×q=1.1×3×145=478 m3/min。
各阶段隧道设计风量和实际需用风量见表1。
2.2 通风管阻力计算
根据空气动力学理论,气流沿管道输送要受风管和风道摩擦阻力、管道局部阻力及可能的正面阻力,因此为把需要的风量输送到作业面,通风机必须具备相应的压力。
H机≥H总阻,
H总阻=∑h摩+∑h局+∑h正。
2.2.1 摩擦阻力
h摩
其中,h摩为摩擦阻力,Pa;λ为达西系数;L为风管长度,m;V为风速,m/s;d为风管直径,m;g为重力加速度,m/s2;γ为空气容重,N/m3。
对任意形状管道d=4S/U,则:
h摩
其中,U为风管周长;S为面积;Q为管中风流量,m3/s;V为风流速度,V=Q/S。令
其中,a为摩擦系数;Q为风管流量,m3/s;S为风管面积,m2。
2.2.2局部阻力
气流在管中流动,遇到转弯、断面扩大、缩小或交叉等,产生风流阻力。如气流以V1速度从小断面S1进入大断面S2管道,速度降为V2,则气流能量损失为:
将S1V1=S2V2代入式(6)得:为局部摩擦系数,以V=Q/S代替V1,空气重力γ=12 N/m3,代入式(6),得局部损失公式为:
2.2.3阻力计算
对最大输送距离进行风阻计算:
SD-N010风机:h摩(1.5 m)=314.5 Pa,
h局(1.5 m)=29.6 Pa;
SD-1250风机:h摩(1.8 m)=329.2 Pa,
h局(1.8 m)=44.6 Pa。
总风阻值分别为:h总(1.5 m)=314.5+29.6=344.1 Pa,h总(1.8 m)=329.2+44.6=373.8 Pa。满足风机风阻要求。
2.3通风设备及动力
根据计算结果,出口配置SDF-1250,SD-N010各1台;进口因输送距离长、多个衬砌台车作业,漏风率难以控制,因此2 850 m～3 200 m时采用2台SDF-1250风机同时工作,如该段漏风率控制在20%以下,可减少1台。
3通风方案设计
3.1进、出口通风设计
当开挖长度小于650 m时采用SD-N010风机同时高速运转当开挖长度在650 m～2 100 m之间时采用SD-N1250风机同时低速、高速运转。当开挖长度在2 100 m～2 850 m之间时采用SD-N010,SD-N1250风机同时高速运转。当开挖长度在2 850 m～3 200 m之间时采用2台SD-N1250风机高、低速同时运转。
3.2通风方式修改
以上通风方案进口开挖长度在1 300 m～1 500 m之间时通风效果较差。
因此进口开挖长度在1 500 m～2 100 m之间时通风方式适当调整:采用混合式通风,SD-N1250风机往洞外抽,SD-N010风机往洞掌子面供风,两风机间距离错开60 m,以加快空气循环速度、减少漏风率。风机及配套供电变压器随综合洞室开挖往前移动,通过方案调整较好解决该段通风问题。通风设计见图1。
4通风管理
1)加强洞内空气质量监测,根据反馈信息调整通风系统;2)采取措施,减少洞内机械废气排放,控制运渣车烟排放浓度;3)建立健全管理制度,加强通风的日常管理,勤检查、常维护,保证风机正常运转;4)选用大直径、漏风小、风阻低的通风管及大风量高风压的强力风机;5)保证风管接头严密,避免车挂炮崩,防止漏风或尽量减少漏风。
5结语
良好的通风效果是安全生产、文明施工的前提,尤其是长大隧道的通风更是直接影响着施工生产,因而通风方案的优劣至关重要。该隧道得以如期完工得益于合理的通风设计方案及有效的管理,为独头掘进3 km左右长大隧道的施工通风提供了一定的借鉴价值。
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长大铁路隧道施工通风技术探讨 篇7
1 工程概况
新建张家口至唐山铁路工程燕山隧道位于河北省宣化县李家堡乡李家堡村与赤城县龙关镇八里庄村之间境内, 为双洞单线隧道, 线间距为40.0 m。隧道左线进口里程为改DK52+953, 出口里程为改DK74+106, 长21 153 m;隧道右线进口里程为改YDK52+960, 出口里程为改YDK74+114, 长21 154 m。隧道设置7座斜井, 左线与右线每隔420 m设置横通道一个。
燕山5号斜井设计为双车道永久斜井, 断面尺寸为6.8 m×6.3 m (宽×高) , 斜井长1 352 m, 与左线正洞交会里程为DK66+422, 与线路平面交角为67°, 综合坡度8.01%, 采用无轨运输方式。进入正洞后承担四个作业面的施工任务, 属于单斜井进双正洞双向掘进, 同时有四个面施工, 其中左、右线张家口方向1 310 m, 左、右线唐山方向1 750 m, 施工任务平面布置示意图见图1。通过斜井独头掘进最长距离为3 102 m。
2 通风方式选择
结合燕山隧道5号斜井进正洞后四个面同时施工的实际施工情况, 斜井进正洞施工通风方式分为两个阶段。第一阶段:斜井进左、右线正洞后, 第一个横通道未施工前, 采用压入式通风技术;第二阶段:横通道施工后, 采用排风式和巷道式相结合的混合式通风技术, 并使用射流风机加强空气流动。
3 通风系统设计
3.1 设计原则
1) 正常施工条件下的施工环境应符合国家卫生标准, 即CO含量低于30 mg/m3, 氮氧化物 (换算成NO2) 低于5 mg/m3, 粉尘浓度不得大于2 mg/m3, 洞内气温不得大于28℃。2) 应紧密结合施工现场, 满足施工进度的要求。3) 应尽可能降低通风技术难度, 便于施工管理。4) 选用国产低噪声、高效率专用隧道风机, 坚持节约投资、节约能源的设计原则。
3.2 所需风量计算 (单工作面)
在长大隧道施工又采用钻爆无轨运输的情况下, 设计需考虑隧道内最低允许平均风速、人员呼吸所应保证的风量、排出炮烟、粉尘所需风量、稀释和排出内燃设备废气所需风量等因素。根据施工通风经验, 一般稀释和排出内燃设备废气计算所需风量是最大的, 也是确定通风系统设计风量的主要依据。根据《铁路隧道工程施工技术指南》规定, 稀释内燃设备废气所需风量不应小于3 m3/ (min·k W) , 则:。其中, Ti为内燃机械设备利用率, 取0.65;Ni为每台内燃机械设备的额定功率, 其中装载机功率为162 k W, 出碴汽车功率为214 k W, 挖掘机功率为110 k W。第一阶段:内燃设备按出碴车3台、装载机1台、挖掘机1台考虑, 经计算Q内=1 782.3 m3/min;第二阶段:因设置了排风机, 只考虑掌子面附近的内燃设备, 按出碴车2台、装载机1台、挖掘机1台考虑, 经计算Q内=1 365 m3/min。
3.3 风机供风量 (单工作面)
1) 管道漏风系数:。其中, L为通风管道长度;P100为平均百米漏风率, 取1.5%。2) 风机供风量:Q供=P·Q内。经计算, 两个阶段风机供风量如表1所示。
3.4 管道风阻计算
1) 沿程阻力损失。。其中, α为管道摩擦阻力系数, 取0.002 kg/m3;L为通风管道长度, 第一阶段取1 772 m, 第二阶段取500 m;d为风管直径, 第一阶段取1.5 m, 第二阶段取1.2 m;Q为计算几何平均风量。计算沿程阻力损失时, 管道风量应取风机风量和工作面风量的几何平均值。2) 局部阻力损失。局部阻力损失可按沿程阻力损失的10%~15%估算, 取hx=0.1hf。通风阻力损失:hf+hx=1.1hf。经过计算, 两个阶段通风阻力损失如表1所示。
3.5 风机排风量 (单工作面)
第二阶段污浊气体采用轴流风机向外排出, 排风量为掌子面稀释内燃设备的污浊空气和整个通道的污浊空气。
其中, L未为未衬砌段长度, 取200 m;A未为未衬砌段断面积, 取45 m2;L衬为衬砌段长度, 取1 550 m;A衬为衬砌段断面积, 取32 m2;v为污浊气体流动速度, 取0.3 m/s。
经计算Q污=780.3 m3/min。则轴流风机排风量Q排=Q污+Q内=1 365+780.3=2 145.3 m3/min。
3.6 射流风机计算
射流风机加快空气单向流动的速度, 所需的风量为:
其中, v为隧道内空气流动速度, 取0.3 m/s;A为已衬砌段面积, 32 m2;k为沿程损失, 取1.5。
3.7 通风设备选择及配置
按两个面同时爆破和出碴配置通风设备。根据前面的计算结果, 第一阶段压入式轴流风机选用SDF (C) -No12.5型, 风管选用直径1.8 m和1.5 m的PVC拉链式软风管。第二阶段巷道式轴流风机选用SDF (C) -No11.5型, 射流风机选用SSF-No10, 风管选用直径1.2 m的PVC拉链式软风管;排风式轴流风机选用SDF (C) -No12.5型, 风管选用直径1.8 m PVC拉链式软风管。主要通风设备参数见表2。
3.8 隔风门制作
横通道右线侧 (污浊空气通道侧) 设置隔风门, 为便于拆除, 采用铁架上粘贴防水板密封。
3.9 通风系统布置
第一阶段:在斜井口设置2台SDF (C) -No12.5型轴流风机, 通过直径1.8 m软风管将新鲜空气送至井底, 斜井与正洞交叉口处采用可调式铁皮三通管将风路分为左、右线直径1.5 m软风管, 新鲜空气被压入到掌子面, 具体见图2。
第二阶段:左线掌子面后第一个横通道向井底方向100 m左右设置一台SDF (C) -No11.5型轴流风机, 通过直径1.2 m软风管将新鲜空气送至左、右线掌子面, 横通道位置设置铁皮三通管;斜井进右线横通道进、出口方向20 m左右设置2台SDF (C) -No12.5型轴流风机 (排风机) , 通过两路直径1.8 m软风管将污浊空气排到洞外。除斜井进右线横通道和掌子面后第一个横通道外, 其他所有横通道设置隔风门。为加快空气流动, 每间隔420 m左右设置一台射流风机, 位置为横通道附近, 具体见图3。
4 通风效果监测
考虑右线通风距离比左线长、大里程通风距离比小里程通风距离长两个因素, 两个阶段的监测地点均选在右线大里程方向, 第一阶段监测地点为通风距离1 742 m处, 第二阶段监测地点为通风距离470 m处。风速、通风量、NO2和CO浓度爆破后15 min, 30 min, 60 min进行监测, 监测结果见表3。
从监测数据可以看出, 监测地点风量和风速均满足要求;爆破后30 min, 两个阶段监测CO浓度低于30 mg/m3, NO2浓度远低于5 mg/m3, 出碴过程中因出碴内燃设备尾气造成CO浓度有所上升, 但低于30 mg/m3, 满足国家卫生标准。
5 结论及建议
1) 燕山隧道5号斜井进正洞两个阶段采用的通风技术取得了良好效果, 特别是第二阶段采用的排风式和巷道式相结合的混合式通风技术, 解决了单斜井进双正洞四个工作面同时施工的通风难题, 且对通风成本有利, 可值得类似工程借鉴。
2) 单斜井进双正洞四个工作面施工, 产生的污浊空气多, 虽设置了射流风机加快流动速度, 但到施工后期, 污浊气体流动的距离长、速度缓慢, 在洞内滞留时间长, 影响已衬砌段的施工环境。为加快污浊气体尽快排出洞外, 建议在污浊空气通道顶部间隔200 m打直径20 cm或30 cm的通风孔, 利用烟囱效应进行自然排污浊空气。
摘要：在总结钻爆法无轨运输压入式、排风式和巷道式通风技术经验的基础上, 通过对燕山隧道5号斜井进双正洞同时施工的两个阶段通风系统设计和布置, 达到了提高通风效果和改善隧道施工环境的目的。
关键词：斜井,双正洞,混合式通风技术,长大隧道
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长大隧道巷道式通风技术与应用 篇8
隧道施工通风方式按照风道的类型及通风机安装位置,分为风管式通风和巷道式通风。风管式通风风流经由管道输送,巷道式通风适用于有平导的长大隧道,通过横通道使正洞与平导组成一个完整的风流循环系统。巷道式通风利用整个坑道作为风道,断面大、阻力小、可供应较大的风量。两条有横通道联系的长大隧道也适用巷道式通风。
(1)传统的巷道式通风
传统的巷道式通风是在平导口设置风门安装主风机,将污浊空气由平导抽出,新鲜空气由正洞流入,洞内利用风机将正洞的新鲜空气送至不同工作面,形成循环风流。
(2)改良的巷道式通风
充分利用横通道安设风机,随着新的横通道的开挖,风机逐渐前移,横通道内的风机既是局扇又是主扇,取消了平行导坑口设置的大型主扇。在洞口到设风机的通道间实施巷道式通风,在超前区段实施风管式通风。
(3)新型的巷道式通风
利用射流风机,在设平行导坑的长大隧道施工中,把洞口到射流风机的区段变为真正意义上的巷道式通风(进风道全为新鲜风流,除开挖面附近第一个外其余横通道设风门封堵),在射流风机与开挖掌子面之间采用压入式通风。在污风通道根据需要一定距离设一射流风机,加快污风流速。
2 新型巷道式通风特点与方法
将公路运营通风原理和理念运用到隧道施工通风中来, 在巷道式通风中引进空气射流技术,利用空气射流的卷吸升压作用,引导隧道内空气纵向流动。射流风机的作用是控制风向,增大风速。采用射流风机和轴流风机构成组合式通风方式, 解决无轨运输洞内独头掘进超长距离的通风技术问题。
2.1 工法特点
该通风方案的特点如下:掌子面的通风始终是轴流风机供风;通风距离缩短,降低了风机功率,经济效益明显;避免了所有部位的污风循环;通风布置简单明了;最前面的横通道不安设风机,不封堵,没有通行障碍;移动风机次数相对较少。
2.2 施工方法
当设有平导的长大隧道第二个横通道贯通后 (横通道间隔约500m),用风门封闭第一个横通道,在第二个横通道后方约 20m 位置布置轴流风机,在轴流风机后约200m布置射流风机加快新鲜风风速, 通过轴流风机与风管将其后方的新鲜空气直接压入到平导及正洞掌子面。同时在正洞布置射流风机,加快污风速度。随着新横通道开挖贯通,封闭后方横通道,平导轴流风机和射流风机前移。
3 工序流程及操作要点
3.1 工序流程
施工工序流程见图2。
3.2 操作要点
3.2.1 通风系统的总体布局
(1)正洞轴流风机布置在靠近正洞侧平导,风筒通过横通道设于靠近平导侧正洞起拱线位置。
(2)平导轴流风机布置在远离正洞侧平导,风筒设于平导拱部。
(3)平导内射流风机应布置在轴流风机后200m范围之内, 防止形成巷道内污浊空气的循环。
(4)当隧道延伸较长时,根据平导空气质量情况,增设射流风机,加快新鲜空气流速。
(5)随着新横通道开挖贯通,封闭后方横通道,风机前移。
3.2.2 风机的选择
长大隧道巷道式通风,主要需要轴流风机和射流风机两种。
(1)轴流风机选择
轴流风机主要用于独头段工作面压入式通风。
当隧道断面较大或独头掘进距离不长时,洞内风速一般要求较小即可满足通风质量要求;当隧道断面较小或独头掘进较长时,风速一般要求较大。
通风量计算公式:
式中:Q—需风量,m3/min;
k—功率通风计算系数,我国暂行规定为2.8～3m/s;
Ni—内燃设备功率,kW;
n—作业人员数量;
V—隧道允许的最小通风速度,m/s;
Ar—隧道净空断面,变断面取最大值,m2。
(2)射流风机的选择
根据平行导坑断大小选配。当巷道内的风速小于通风要求最小风速时,可增加射流风机台数或改变风机位置。
①通风阻力计算
式中:ΔPr—通风阻力,Pa;
ζ—局部阻力系数;
λi—隧道内沿程摩擦阻力系数;
Li—隧道长度,m;
di—为隧道的水力直径,m;
Vi为隧道内的风度,m/s;
ρ—空气容重,取1.2kg/m3。
式中:Δ—隧道壁面粗糙度,单位mm;
式中:C—隧道断面周长,m。
Vi = Q需/A r(6)
式中:Q需—洞内需要的风量,m3/min。
②射流通风升压力计算
ΔPj=ρV
式中:ΔPj—射流通风升压力,Pa;
K—喷流系数,取0.85;
Vj—射流风机出风口风速,m/s;
φ—面积比,φ=Fj/Fs;
Fj—射流风机的出风口面积,m2 ;
Fs—隧道横断面面积,m2;
Ψ—速度比,Ψ =Vi/Vj。
③射流风机台数计算
3.2.3 风管的选择
风管宜采用新型拉链软风管,平均百米漏风率不大于0.015,平均百米静压损失为70Pa,摩阻系数不大于0.02,阻燃、抗静电双抗软风管,抗静电阻大于108Ω,阻燃氧指数大于27。
3.2.4 施工通风监测
(1)管道通风监测
用比托管、U型压力计以5环10点法测试风管全压和静压, 用 1.2m、1.0m比托管、DGM—9型补偿式微压计测试管道内风的动压。
(2)气象条件测试
用数字式温度计测试管道内、外气温,用空盒气压表、干湿球温度计测试巷道内各点气压和湿度值。
(3)巷道通风监测
与管道通风测点相同截面上用电子风速仪以9点法测试巷道风速、风量。
(4)隧道内炮烟及有害气体扩散规律测试
用P-5型数字粉尘计自动记录各测点烟尘每分钟浓度动态变化,用远红外线CO测试仪记录每个测点炮烟中一氧化碳浓度动态变化。
施工通风监测可根据需要进行,根据测试结果进行通风系统改进。
4 质量控制
4.1 隧道施工作业环境应满足的一般规定
(1)保证洞内作业人员有足够的新鲜空气,洞内空气中氧气含量按照体积计不小于20%。
(2)粉尘含量容许浓度:每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2 mg;每立方米空气中含有10%以下游离二氧化硅的粉尘为4mg。
(3)空气中常见有害气体浓度应符合下列要求:
①CO容许浓度不得大于30mg/m3,特殊情况下,施工人员必须进入开挖工作面时,浓度可为100mg/m3,但工作时间不得大于30min。
②CO2按体积计不大于0.5%。
③氮氧化合物换算成NO2浓度应控制在5mg/m3以下。
(4)气温不高于28℃。
(5)噪声不得大于90dB。
(6)风速的确定:正洞内不小于0.15m/s, 平导内不小于0.25m/s。
(7)瓦斯隧道施工应符合现行《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120)的有关规定。
4.2 质量保证措施
(1)严格按通风专项方案中要求的风机型号、风管配置,从源头保证通风质量。
(2)二衬台车设计时预留通风管通道,可设置钢制硬风筒两头连接或穿过,减少弯折,确保平顺度,降低风阻。
(3)在二衬台车上安设大型换气扇,降低二衬作业区段温度,杜绝截流风量事件发生。同时及时对通风管破损修补,减少漏风量。
(4)横通道封闭墙封堵严密,减少漏风量,确保进风通道空气质量。
(5)爆破后开挖面可通过洒水降尘、水幕降尘等措施,减少扬尘。
(6)安排专人负责风机的开停,把握好通风时机和通风时间。
(7)内燃设备安装废气净化装置并保证有效运转,降低废气排放量。
(8)及时铺底,保证洞内运输道路平整。
(9)射流风机布置在拱顶,并严格按通风专项方案间距布置射流风机,保证排污风效果。
(10)成立专门班组,负责通风管路的延伸和维护管理,保证管路平顺、无破损,降低漏风率,保证通风质量。
5 安全措施
(1)改龙门支架为单侧支架,可有效避免支架拉塌事故发生。
(2)射流风机吊顶锚杆逐根做拉拔试验,确保受力满足计算要求。
(3)在排污风通道侧横通道口必须封堵,防止人员误入。
6 应用实例
6.1 工程简介
石林隧道全长18208m,隧道设置“一平导+两斜井”的辅助坑道模式。平导设置于左线线路右侧35m,全长18122m。1号直线斜井位于隧道左线线路左侧,长度938m,综合坡率为-8.2%, 2号曲线斜井位于隧道左线线路左侧,长度998m,综合坡率为-9.4%。进口、出口工区独头最长施工距离3880m,2号斜井工区独头最长施工距离3510m。
6.2 施工情况
进口、出口工区第一阶段通风(正洞过第二个横通道前,约1000m)采用长管路压入式通风;第二阶段通风采用新型巷道式通风。
2号斜井设计为曲线斜井,井口到井底高差84m,不利于通风。为提高通风质量,经过经济比选决定在斜井进交叉口横通道位置增设103m压风竖井,交叉口附近正洞中部增设84m排烟竖井。2号斜井第一阶段通风(斜井井身段及交叉口)采用长管路压入式;第二阶段通风充分利用竖井压风和排烟,为提高排烟效果,在竖井安设射流风机1台;第三阶段通风利用横通道位置竖井和平导组成的巷道采风、正洞竖井排烟,形成巷道式通风。
长大隧道施工通风系统选用与优化 篇9
关键词：长大隧道,施工通风,有限元模拟,优化
1 工程概况
鹤大高速TX01标段二密隧道工程全长3 160 m, 隧道位于长白山西南麓支脉山区, 隧道最大埋深约200 m。隧道穿越围岩类别有Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级, 其中Ⅲ级围岩7 725 mm, 占48%, 设计断面81.4 m2。隧道出口计划掘进1 675 m, 开挖方法为钻爆法, 采用内燃装载机装碴、自卸汽车无轨运输出碴, 通风效果的好坏对掘进影响很大。
2 通风系统的选用
第一阶段考虑采用压入式通风, 通风距离为1 000 m以内。
第二阶段在掘进深度较大时, 排烟时间过长, 因此采用混合通风方式, 采用抽出式风机将靠近掌子面的烟尘尽快排除。
第三阶段在掘进一定深度后现有压入式风机的风压会存在不足, 根据隧道开挖断面大的特点, 在拱顶位置设置射流风机 (根据需要可设置多台) , 以保证提供足够风压。
3 通风系统实施效果检验
隧道施工初期采用压入式通风阶段能够保证掌子面附近烟尘很快得到排除。采用混合式通风阶段, 虽然增加了抽出式风机, 但由于功率过小, 在靠近抽出式风机附近烟尘积聚严重, 但在掌子面300 m范围的工作区域内基本能够满足工人正常生产, 在掘进1 300 m时, 虽然在掌子面附近和第一台衬砌台车前各增设了1台NSL-100U-4P-41射流风机作为辅助通风, 但通风效果不理想。掌子面附近的烟尘排除时间过长, 尤其在出碴期间, 洞内工作不得不间断进行, 导致作业循环时间过长。
4 通风系统的局部模拟分析与改进
运用MSC.Marc程序中的流体分析 (FLUID) 功能对隧道通风系统中几个重要组成部分进行三维数值模拟分析, 以揭示掌子面附近的通风流动规律, 为改进通风系统提供依据。
4.1 局部分析模块的选取
隧道施工中在掌子面150 m范围内为工人工作频繁区域, 原隧道通风系统压入式风筒末端距掌子面约30 m, 2台射流风机分别位于距掌子面40 m和70 m的施工用简易台车上。首先将掌子面工作区间按不同工序进行了划分, 见图1。其次, 对工作区域内的风筒末端和射流风机通风情况以施工实际的几何尺寸和风机安装位置为计算依据通过有限元计算方法进行三维模拟分析。
4.2 隧道射流通风分析
4.2.1 计算模型
模拟分析的射流风机选取隧道实际采用的NSL-100U-4P-41型射流风机, 计算模型选取风机前端50 m和后端10 m, 有限单元网格划分见图2。
4.2.2 计算结果与分析
1) 在风机附近会产生涡流, 引起射流风量的损失。因此射流风机工作面安装位置很重要, 施工中应注意避免射流风机附近的这种涡流出现在工作区内。2) 图3显示了风机附近轴向铅垂面的速度分布云图。从中可见在风机下方形成较明显的低速回流区, 在很短距离内沿隧道纵向扩散完成后在区段的出口段后半部分就已经达到均匀流状态。因此在安放射流风机时, 要充分考虑这些因素的综合影响, 确定合理摆放位置。同时可以观察到在均匀流区段内每个断面内的风速分布规律为中间最大, 向四周逐渐衰减, 为了减少正面阻力损失, 一方面减少障碍物, 另一方面洞内设备摆放要尽量靠近巷壁。
4.3 风筒末端通风分析
1) 计算模型。
以二密隧道原施工通风系统风筒末端的状态参数为主要研究对象, 对此处的局部损失进行了三维模拟, 暂未考虑出碴工序各种设备工作情况。
2) 计算结果与分析。
a.风筒末端风流出风筒后进行了速度的重分布, 继续向前风流较小, 大部分风流形成回流流向区域后端。b.愈接近风筒末端风速愈高, 由于风流断面突然加大, 会产生较大的阻力损失, 此处气流压力会急剧下降, 但进入隧道不远就完成了风流的降压过程, 在区段出口附近逐渐形成稳定流动。c.隧道施工中, 掌子面爆破和出碴工序是洞内污染的主要来源, 而且装碴作业时间长, 因此宜将风筒末端引至此作业面中, 利用风速的回流作用将此处的污染气体冲淡和带走。
4.4 对原隧道施工通风系统调整
通过对原通风系统模拟分析, 我们对通风系统在保持原有通风设备不变的情况下进行了如下调整, 隧道通风系统调整后布置如图4所示。1) 为保证出碴区内有足够的风量, 将压出风筒至掌子面的距离控制在15 m范围内, 并采取有效措施对风筒加以保护。2) 将风机Ⅱ尽量靠近下导落底区, 也使射流风机形成稳定风流迅速到达其他工作区, 改善通风环境。3) 将射流风机Ⅰ移至第二组衬砌台车后面, 以补偿工作区域内由于作业工序较多而造成较大的阻力损失, 对风压及时进行动力调节, 最终将洞内有害气体全部排出。4) 减少工作区域内各种临时设备、材料的堆放, 对一些常用设备的摆放要尽量靠近隧道侧壁。
4.5 通风综合管理改进措施
1) 风管的改进。本隧道原通风系统采用软风管, 防漏降阻是实现长距离通风的技术关键。我们在靠近风机一端的高压差区段采用了硬风管进行改进, 以减少漏风现象的发生, 将破损软风管尽量靠近出风口端加以利用。风管的接长增大到30 m以上, 接头采用拉链方式, 以减少接头漏风和降低局部阻力。2) 加强通风管理。建立和稳定通风技术队伍, 加强现场检查和通风管理工作。同时加强施工设备的维修管理工作, 降低有害气体的排放量。
4.6 改进效果的检验
1) 通风排烟时间由2 h～3 h降到40 min以内, 且洞内作业区域的环境基本满足通风环境标准。2) 洞内可视度提高, 工作面装碴机司机和其他辅助人员可以连续作业, 连续装完一排碴只需5 h～6 h, 而过去出碴时间需8 h～10 h。3) 作业循环时间已控制在18 h～20 h以内, 比以前缩短6 h～7 h以上。
5 长大隧道施工通风系统优化小结
1) 在隧道施工中, 施工人员主要集中在掌子面附近区域工作。因此可根据不同作业活动区域特点按主控区域 (工作区) 和辅控区域 (非工作区) 区别控制通风, 合理匹配设备, 以突出重点、节省资源。二密隧道在通风系统设计优化时根据这一点, 充分利用现有通风设备, 满足了通风需要。2) 风机与风管的性能必须合理匹配。风机和风管组成了统一的通风系统, 该系统的性能由它们的工况点所确定。二密隧道施工中通过对实际通风数值模拟以及实践检验改进了施工通风系统, 在未增加设备投入的情况下也取得了较好的效果。3) 在长大隧道的施工通风中风压的损耗是非常大的, 目前采用的风管供风系统降低通风阻力的主要技术手段是采用大直径风管。二密隧道在施工中采取了120 cm的风管以减小阻力。4) 搞好隧道施工通风的关键在管理, 因此解决当前隧道施工通风技术难题主要应采取科学设计、合理布局、优化匹配、防漏降阻、严格管理等综合措施。
参考文献
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长大隧道通风施工技术 篇10
1 隧道防灾通风
公路隧道通风方案的设计, 需要考虑两个要点: (1) 满足交通运营通风; (2) 满足火灾发生时的通风需求。而第二点防火救灾是目前公路隧道尤其是长大公路隧道通风的重点难点, 而且是今后很长时间内需要攻破的难题。火灾工况时的隧道通风必须以保障人身财产安全为首要目的, 通过有效的防烟排烟设计, 控制烟气合理流动。总结成功经验, 隧道防灾通风设计应遵循以下原则: (1) 有利于人员逃生避难, 应尽量减少传到人体上的热负荷, 避免因纵向风流的混流而影响排烟和火灾救援; (2) 有利于消防救援人员展开救援和消防工作, 使消防救援人员从上风向接近火场; (3) 避免火场高温空气大范围扩散, 防止发生二次火灾导致火灾规模扩大; (4) 避免烟气进入相邻隧道或避难场所。简称为“两个有利于, 两个避免”。在研究通风方案时, 必须谨慎, 这包括两个方面, 一方面是基础设施的合理布置:隧道防火区段的划分, 横通道的设置、开启与关闭, 烟流排出的路径与速度, 逃生通道的空气补给, 避难洞的新风需求, 隔温安全段的长度和降温措施, 排风口的间隔和面积等;另一方面是机器调:配火灾时的风机控制, 部分风机损坏时的风机调配等。这些要点都要逐一详细研究。在研究这些问题的同时必须综合考虑隧道的正常通风以及安全等级和防灾救灾预案的制定, 并在通风方案的选择阶段和优化阶段, 分层次进行。研究的方法有多种, 可以综合物理实验的方法和数值模拟的方法同时进行。
目前隧道通风基本采用纵向通风方式。然而这种通风方式存在着一个严重的缺点, 该种通风系统中并未设置专门的排烟通道, 而是通过车行通道进行通风和排烟, 因此如何进行防灾通风和人员疏散是一个亟待解决的问题。《规范》规定, 纵向通风应视隧道内火灾点的位置确定风机的正反转, 应尽量缩短火灾烟雾在车道内的行程。在此基础上必须考虑隧道实际情况, 如果仅仅按照“缩短火灾烟雾在车道内的行程”进行排烟设计, 将可能造成火灾时人员疏散困难, 而这与通风设计原则背道而驰, 后果难以想象。
2 通风方案的优化
优化研究是对通风方案深化和完善的重要过程。在通风方式的选择和通风方案的初选结束之后, 我们需要对一些隐藏的深层次的问题进行综合考虑, 以求达到设计要求。方案的优化, 重点是研究方法的改进, 进行数值模拟时可分两步进行:首先, 根据一元流理论, 对不同斜 (竖) 井段、不同的交通条件、不同的风扇配置、风流隧道方向、风速、空气压力分布进行研究并给出通风模式的定性和定量的描述。然后, 你可以使用CFD技术, 进一步详细研究这些问题, 并研究细部结构如斜 (竖) 井断面、分流和汇流局部损失系数、射流风机效应、轴流风机进出口段最佳长度和角度、连通道和过渡端的阻力、连通道在灭火排烟中的作用、火灾时的烟雾分布规律、隧道污染物的扩散等对通风效果的影响。物理实验研究是利用物理模型, 模拟已拟定的通风方案在不同不同通风工况、细部结构、不同风机配置时的通风效果, 观测各个细部结构的流场分布, 实测模型内不同断面的风压、风流、风速;实测壁面不同细部损失系数和阻力系数、研究各个细部结构的最佳几何形状;以观测火灾发生时的烟流的分布, 风机排烟效果等, 确定风机的最佳配置;研究不同风机参数对风场的影响。数值模拟和物理模拟的研究方法目前还存在一些有待改进的地方, 如建立更符合实际的计算模型、非相似物理实验模型等。但是物理实验是优化研究的奠基, 它既是通风方案的验证, 也是通过实测为数值模拟提供计算参数, 修正和完善数值研究模型的有效途径。因此, 物理实验在长大及特长公路隧道的通风优化中扮演着重要的不可替代的作用, 决不能使之流于形式或是沦落为单纯的对通风方式单验正。
3 通风效果检测
在隧道竣工运营后对隧道通风状况进行实地检测, 这个过程称为通风效果检测, 《规范》规定, 其主要内容包括:隧道内的CO浓度、NO2浓度、HC浓度、烟雾透过率、风压、风速、噪音;隧道区域环境污染浓度、污染范围;风机性能、风机功率、风机组合功能、风机控制效果甚至于检测器件的灵敏度等。这些指标反映这隧道通风设计的成功与否, 通风效果检测是一项精细的工作, 显而易见, 其最大困难在于灭火排烟效果的检验以及设计交通工况的组织。这项工作不仅仅是对通风方案的考察和评估, 而且会为通风控制方案的完善提供有效的帮助。因此, 长大和特长公路隧道必须认真做好通风效果的检测工作, 不断改进通风方案, 以期达到设计要求和预计效果。
4 结束语
隧道通风是长大公路隧道建设中诸多难题中必须认真研究和解决的重中之重, 而对于防灾救灾的研究更是任重而道远。在基础理论、施工技术和手段等各方面我们都有许多地方有待提高。因此, 结合国内外大量实践经验, 加强公路隧道通风基础理论和应用技术的研究, 开拓思路, 努力进取, 才是攻破隧道通风道路上的一道道难题的唯一途径。
摘要：长大公路隧道的通风系统工程施工复杂、造价高、运营能耗大, 通风系统设计的合理与否, 对长大隧道工程建设影响巨大。本文重点论述了我国长大公路隧道通风中目前存在的几个需要注意问题, 并提出了解决这些问题的部分思路。
关键词：长大公路隧道,通风,自然风,烟雾浓度,火灾通风
参考文献
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