两广隧道榕木斜井及正洞压入式与射流混合通风技术
2012-11-29王克金
王克金
(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)
1 工程概况
贵广客运专线两广长大隧道，起于广西壮族自治区贺州市步头镇南水村，止于广东省怀集县蓝钟镇下竹水库区西南，全长8 560m，起讫里程为DK614+480～DK623+040，为山岭深埋隧道，隧道最大埋深约722.6m。
两广隧道为长大隧道，为加快施工进度，实施长隧短打。
设置了斜井辅助坑道。隧道在DK617+300右侧设置与线路方向呈90°的榕木斜井，综合坡度为9.6%;斜井采用无轨运输双车道衬砌断面，井口里程XDK1+080，斜长1080m。为保证隧道顺利按质按期贯通，加快施工进度，同时改变工人施工环境，方便施工，保证工人、技术人员的身体健康，解决隧道通风成了关键问题。
2 通风设计
2.1 总体设计思想
两广隧道榕木斜井长1 080m，进入正洞后，压入式通风主攻方向(广州方向2 540m)长度3 620m，按3 600m计算，副攻方向(贵阳方向1 395m)通风长度2 475m，按2 500m计算。斜井为双车道断面，按照设计初步计划安装两条φ1.5m风管。斜井采用无轨运输出碴，在距斜井洞口25m处设置4台SDF(B)-No18隧道施工专用轴流通风机。主洞两头同时施工，每头最大配用电机功率分别为:低速22×2 kW，中速45×2 kW，高速132×2 kW，拥有6个挡位的通风量(可随距离的增加逐步增加供风量)。采用带钢筋肋加强柔性风管，风管钢筋肋间距为0.3m，节长20～50m。每个工作面增加1台射流风机，增加该处风流。
2.2 洞内施工所需风量计算
(1)按洞内同时工作的最多人数计算风量
式中 q——洞内每人每分钟所需新鲜空气量，《隧规》规定按每人每分钟3m3计算;
m——洞内同时工作最多人数，副攻方向按45人考虑，主攻方向按50人考虑;
k——风量调整系数，取1.10～1.15。
计算结果为副攻方向需风量148.5m3/min，主攻方向需风量165m3/min。
(2)按满足洞内允许最小风速要求计算风量
式中 s——隧洞开挖断面，116.11m2;
v——允许最小风速，全断面开挖取0.15m/s。
计算结果为主、副攻方向均需风量1 045m3/min。
(3)按同时爆破的最多炸药量计算
式中 t——通风时间，30 min;
A——一次爆破炸药消耗量，418 kg;
b——每公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积(L)，一般采用b=40 L。
计算结果为主、副攻方向均需风量2 787m3/min。
(4)按爆破后稀释CO至许可最高浓度计算
A、t、b 符号意义同前;
k为风量备用系数，取1.10。
计算结果为主、副攻方向均需风量1 339m3/min。
(5)按压入式通风30 min内将齐头工作面爆破产生的有害气体浓度稀释到允许浓度计算
式中 s——隧道断面积，70m2;
L——通风区段长度，取100m，即工作面向洞口方向100m范围内;
A、t符号同前。
计算结果为主、副攻方向均需风量1 049m3/min。
(6)按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算
式中 Q——柴油机废气排量。假定当一个工作面出碴时，洞内有自卸车8辆(柴油发动机排气量9.3 L，转速1 900 rpm)，3 辆重车，3辆空车。ZL50C装载机1台(柴油发动机排气量7.6 L，转速2 100 rpm)，取重车及装载机的负荷率0.9，转速系数1.0，空车负荷率0.3，转速系数0.8;
δ——稀释系数，10.6;
η——安全系数，1.5。
计算结果为主、副攻方向均需风量2 310m3/min。
取上述风量的最大值作为设计风量，故工作面所需风量应大于2 787m3/min。
(7)考虑漏风因素
据风管厂提供的技术指标，百米漏风率正常时可控制在1.5%以内。本方案通风距离考虑主攻方向3 600m，副攻方向2 500m，据此计算漏风系数
式中 L——通风距离，主攻方向3 600m，副攻方向2 500m;
P100——百米漏风率，取1.5%。
计算结果为P主攻=2.17，P副攻=1.60。
故计算结果为主、副攻方向需最大风量为6 048m3/min和4 459m3/min。
2.3 系统风压计算
从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。
(1)动压计算
式中 γ—空气密度，1.2 kg/m3;
v——末端管口风速，5.2m/s。
计算结果H动=16 Pa。
(2)静压计算
管道摩擦阻力
式中 λ——管道摩阻系数，0.015;
ν0——管道内平均风速，，主攻方向 20.87m/s，副攻方向17.92m/s;
L，γ，Qmax，Q 符号意义同前;
d——风管直径。
计算结果 h主静:8 820 Pa，h副静:4 516 Pa。
系统风压
计算结果 H主:8 836 Pa，H副:4 532 Pa。
2.4 风机选择
选用山西省侯马市鑫丰康风机有限公司提供的SDF(B)－No18型对旋式轴流风机，设计风量2 973～6 100m3/min，风压782～5 124 Pa，电动机功率4×185 kW，三级调速，通风软管直径1.5m，送风长度主攻方向3 600m，副攻方向2 500m。
2.5 系统布置
榕木斜井施工正洞通风系统布置见图1。
图1 榕木斜井正洞通风系统示意
3 结论
按照设计的通风系统，应用于两广隧道榕木斜井及正洞，经现场施工实践检验，工作面及二衬施工段均在25℃左右，完全符合施工要求，解决了长大隧道的通风难题。
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