张峰水库输水总干17号隧洞施工供风设计与应用

2011-04-23李重民

山西水利科技 2011年1期

李重民

（山西省张峰水库建设管理局，太原030002）

1 工程概况及施工特点

17号隧洞是张峰水库输水总干工程中21条隧洞之一，是输水总干线较长、埋深较深的引水洞，隧洞总长3 660 m，隧洞设计纵坡为1/3000，洞身断面均为城门洞形，开挖断面尺寸仅为2.5 m×2.8 m，设计开挖断面积仅为6.76 m2。隧洞分别从进/出口两个作业面进行开挖，其中17号隧洞进口洞段是本工程单面掘进深度最大的作业面，最大掘进深度为1 964 m，其覆盖层厚度达100～300 m，其单面掘进深度大、施工作业小、通风困难是制约本工程施工的最大难点，本文重点阐述通风系统的设计与应用，以供类似工程经验探讨。

2 初步通风方案

张峰水库输水总干17号隧洞进口洞段是单面掘进最大的一个作业面，因此，采用该作业面通风方案进行阐述。结合开挖掌子面面积仅为6.76 m2，开挖渣料较少，故采用无轨方式出渣，为降低机械尾气对洞内空气的污染，在装渣机械选用电动扒渣机进行装渣，受隧洞开挖断面积（2.5 m×2.8 m）制约，选定矿用三轮车进行洞内运输。结合设计单位进行的地质勘探，该作业区域内不存在有害气体，因此，该作业面的通风设计按照运输汽车尾气和爆破烟尘两项进行设计。初步确定在隧洞进口部位设置2×35kW轴流风机向洞内压入式通风。

3 通风系统的设计

根据隧洞施工的实际情况，洞内工作面所需风量主要从以下几方面进行设计确定。

（1）洞内施工人员所需风量

式中：Vp—施工人员所需风量，m3/min；

Vm—洞内每人所需新鲜空气量，m3/min，按3 m3/min计；

m—洞内单面同时工作的最多人数，本工程10人；

k—风量备用系数，取1.10～1.15，本工程取1.15。

故：Vp=3×10×1.15=34.50（m3/min）。

（2）爆破散烟混合式通风所需风量（压入式）

式中：V—混合式压入通风所需风量，m3/min；

Q—同时爆破的炸药量，kg；

S—隧洞开挖断面的面积，m2，本工程6.76 m2；

L—压风管口至工作面距离，m，取30 m；

t—通风时间，min，取 30 min。

根据开挖经验，按隧洞全断面每循环进尺2.5 m，石方开挖量为16.9 m3，炸药用量为1.6 kg/m3，则Q=27.04 kg。

故：V=103.6×0.26=26.94（m3/min）。

在海拔地区（隧洞平均海拔为720 m），排尘通风量不做高程修正，但爆破散烟风量需作修正。高程系数K见表1。

表1 高程系数K值表

所以，按同一时间最大炸药量计算所需风量

V’=V/0.92677=29.07 m3/min。

（3）达到洞内最小风速所需风量

式中：Vd—保证洞内最小风速所需风量，m3/min；

Vmin—洞内允许最小风速，小断面隧洞不小于0.25 m/s；

Smax—隧洞的最大断面积，m2，本工程 6.76 m2。

故：Vd≥60×0.25×6.76=101.4（m3/min）。

（4）使用柴油机械时的通风量

根据工程的实际情况，隧洞洞挖渣料采用无轨运输，装渣使用B2型电动扒渣机，功率为20 kW。洞内运渣采用功率为13 kW的矿用三轮车，最多时为8辆（洞内作业最多按6辆考虑）。

式中：Vg—使用柴油机械时的通风量，m3/min；

vo—单位功率所需风向量指标，m3/kW·min，取4.1m3/kW·min；

N—同时在洞内工作的柴油机械的总额定功率，kW。

故：Vg=4.1×6×13=320（m3/min）。

施工通风必须满足施工人员的正常呼吸需要，并能满足冲淡、排除爆破及施工机械所产生的有害气体和粉尘要求。由此可知，洞内所需通风量是柴油机械工作时决定的，即320 m3/min。

（5）供风设备布置与选型

根据施工经验，该隧洞供风隧洞长，因此采用接力供风方式向洞内供风，初步设计为第一级接力布置于800 m部位，第二级接力布置于1 300 m部位，第三级接力布置于1 700 m部位。因此单级供风长度最长即800 m进行供风考虑，隧洞供风管漏风系数P按1.2考虑；供风保证系数取2；百米漏风率η取0.15%；最远供风距离按800 m计算；洞内使用柴油机械需要的供风量为320 m3/min。

故：V供=P×Vg（1+η）L/100×2=777.3（m3/min）。

根据上述供风量的计算结果，选择在洞口布置型号为2×35 kW轴流风机进行压入式供风，洞内接力均采用22 kW轴流式通风机进行接力。