金温铁路泽雅隧道施工通风技术

郝玉峰

摘 要： 良好的通风是长大隧道安全生产的前提，也是工程进度和施工质量的重要保证。通过对泽雅隧道施工通风技术的介绍，分析了长大隧道施工通风所需风量、风压计算、设备选型、通风管理等相关参数的计算，以及通风方案的确定及实施效果，对解决隧道施工通风、根据经验进行设备选配的现状有一定的指导作用。

关键词： 长大隧道；通风；通风风量；通风风压

中图分类号： TB

文献标识码： A

文章编号： 16723198（2013）06019203

1 工程概况

金温铁路泽雅隧道地处浙南山地，穿越浙江省丽水市青田县与温州市瓯海区两地，隧道进口位于青田县油竹新区打潭岩村，出口位于温州市瓯海区泽雅镇。隧道进口里程DK156+358，出口里程DK168+388，全长12030m，隧道断面正洞129.9m2，为单洞双线长大铁路隧道，是金温线铁路上最长的隧道和重点控制性工程之一。

泽雅隧道属长大隧道，单口掘进最长4527米。洞身一般埋深大于100m，局部地段埋深大于400m。为开辟施工工作面，加快施工进度满足工期要求，结合图纸及施工经验，泽雅隧道采用增加“两座斜井”的施工方案，即泽雅隧道1#斜井、泽雅隧道2#斜井，综合坡度分别为7%和3.1%。斜井与隧道采用斜交单联式，无轨运输双车道+双车道部分衬砌断面。隧道施工分为四个工作面，分别为进口工区、1#斜井工区、2#斜井工区、出口工区。1#斜井、2#斜井单向掘进最长正洞任务均为3175米，1#斜井长1352米，2#斜井长1280米，斜井洞口段部分衬砌。泽雅隧道平面示意图如图1所示。

2 工程特点和难点

隧道全长12030米，目前是华东地区第一长铁路隧道。施工过程中洞内空气质量、通风要求高，通风难度大，单口最大压入通风长度4527米。隧道采用无轨运输方案，按高风险隧道组织施工。隧道为独头掘进，且要求砼衬砌与掘进必须同时进行，这就更加大了施工通风的难度。斜井坡度大、线路长、正洞深埋，温度高更增加了隧道通风难度。

3 通风方案的确定

考虑泽雅隧道确定的施工方案和工期安排以及施工顺序情况，通风选择长管压入式通风方式，进入正洞后根据实际情况采用混合式通风的方式，必要时在局部安装吸出式射流风机进行混合通风通风管选用φ1500mmPVC双面贴加强纤维网布软式通风管，洞外风机进风口至洞口距离L=30m，风管出风口至掌子面距离L=60m。泽雅隧道施工通风根据实际情况分为以下三个阶段：隧道施工初期，斜井与正洞没有贯通，隧道进、出口也开始单向掘进阶段；斜井与正洞已经打通，并通过斜井进行正洞的掘进，但各工区施工的正洞还没有贯通阶段；隧道施工后期，已经有部分正洞贯通阶段。

4 通风风量计算

4.1 通风方案拟定条件

（1）本隧道主要采用钻爆法施工；（）2独头掘进最远送风距离为4527m；（3）因工期紧张，要求快速掘进，通风排烟不能占有循环时间过长，按30min考虑（平时送风不占用循环时间）；（4）污染主要是爆破作业产生的有害气体和粉尘；（5）用可提供足够风量、风压的风机及漏风小、阻力小的风管。

4.2 隧道通风参数的计算

开挖断面积（Ⅲ级围岩）：S斜井=60.792m2、S正洞=129.9m2；

一次爆破用药量：A斜井=216kg、A正洞=264kg（Ⅲ级围岩循环进尺：斜井3m，正洞3m）；

洞内最多作业人数：按每工作面平均30人；

爆破后通风排烟时间：t=30min；

通风管：采用φ1.5m软管和φ1.2m软管两种；

管道百米漏风率：β=1.25%；

风管沿程摩阻系数（达西系数：λ=0.01）：a=pλ/8=3.0×10-4kg.s2/m2；

最大压入通风长度： L斜井=1352m；L正洞=3175m。

4.3 通风风量计算

4.3.1 正洞施工所需风量

从四个方面考虑，具体为按洞内允许最低风速计算得Q1；按洞内最多工作人员数计算得Q2；按排除爆破炮烟计算得Q3。通过计算，取Q=Max（Q1、Q2、Q3）。

按洞内最多工作人员数计算风量（每工作面）：Q1=q*n=3*3=90m3/min

按洞内最小风速0.21m3/s计算风量：Q2正洞=60v*s=60*0.21*129.9=1636.74m3/min

按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量，取爆破后通风时间30min，压入式通风工作面要求新鲜风量的计算公式：

Q3正洞= 7.8 t

T——通风时间，取30min；

G——同时爆破药量；

A——开挖断面积；

L0——工作面至炮烟稀释到允许浓度的距离即临界长度取100m。

从以上计算结果比较，按洞内最小风速计算风量是所有计算风量中最大的，工作面的设计风量暂取按洞内最小风速计算风量1636.74m3/min。

V正洞=Q2/A=1627/129.9=12.6m/min

4.3.2 斜井施工所需风量

按洞内最多工作人员数计算风量（每工作面）：Q1=q*n=3*3=90m3/min

按洞内最小风速0.21m3/s计算风量：Q2斜井=60v*s=60*0.21*60.792=765.98m3/min

按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量，取爆破后通风时间30min，压入式通风工作面要求新鲜风量的计算公式：

Q3斜井= 7.8 t

T——通风时间，取30min；

G——同时爆破药量；

A——开挖断面积；

L0——工作面至炮烟稀释到允许浓度的距离即临界长度取100m。

从以上计算结果比较，按洞内最小风速计算风量是所有计算风量中最大的，工作面的设计风量暂取按洞内最小风速计算风量765.98m3/min。

V斜井=Q2/A=766/60.792=12.6m/min

按稀释内燃机车废气计算风量：

由于本隧道斜井采用自卸运输方案，限制洞内内燃机车数量，内燃机车功率主要在主洞施工相当于750kW。

取每功率的风量供给系数为3.0m3/kW·min。

Q4=750*3=2250m3/min

平均百米漏风率在P100=（1.0%～2.0%），取125%，漏风系数PL计算如下：

当通风长度为3175m时，漏风系数为1.658，则

Q5=PLQ0=1.658*1637=2714.146m3/min

当通风长度为2292m时，漏风系数为1.402，则

Q5=PLQ0=1.506*1637=2465.361m3/min

当通风长度为1352m时，漏风系数为1.203，则

Q5=PLQ0=1.203*766=921.498m3/min

Q4=850×3=2550m3/min

风机风量：根据洞内最大需风量、通风长度和百米漏风率，应用公式Qm=Q0/（1-0.012L/100）分别求出斜井及正洞所配风机的风量。

Q斜井=513 m3/min，Q正洞=2550 m3/min。

5 通风风压计算

风压按通风系统克服局部风阻、沿程风阻以及其他阻力之和作为系统提供的风压。计算见风压计算表。

6 通风机选型及配置

设备选型关系到整个方案的成败，是通风系统运行好坏的基本保证。在立足现有国产设备的基础上，选用永胜SDDY-11N015A和SDDY-11N012.5A变极多速隧道专用对旋通风机，此风机风速高、中、低档可调，在隧道开挖初期可用低速，中期用中速，后期用高速，也可以在每天不同的施工工序中进行改变，更具有节能性。

风管则选用了PVC增强塑纤布拉链式φ1.5m柔性风管。该风管具有较强的抗拉强度和较小的伸长率，接头方式新颖，使用方便，重量轻，易安装，破损较少，径向变形也小。另接头光滑、严密，能有效地减少漏风和系统阻力。

7 施工通风实施方案

泽雅隧道是长大隧道，夏季洞外温度高，通风难度大。隧道采取了通风机接力等通风方式，取得了良好的通风效果，保证了隧道的安全顺利贯通。泽雅隧道通风技术实施的三个阶段，即隧道施工初期通风阶段、隧道施工中期通风阶段、隧道施工后期通风阶段。

7.1 第一阶段（斜井到达正洞前）

第一阶段采用压入式通风。该阶段通风方式是：在1#斜井隧道洞口安设一台110kW×2的通风机，通风机配1500mm通风带，最大通风距离为1352m； 由于该阶段，斜井洞身面积小，仅有少部分二衬，施工工序单调，通风干扰很小。因此对通风要求比较低。响完炮后通风约15min，掌子面即可进行出渣作业，出渣前向渣堆进行撒水降尘，避免装渣时掌子面灰尘过大。通风距离较短，通风保障也因为单工序施工而较为简单。具体布置见第一阶段通风设计示意图（图2）。

7.2 第二阶段（斜井到达正洞后，斜井正洞与泽雅进出口贯通前）

斜井到达正洞后，往泽雅出口方向有3175米施工任务，往泽雅进口有1400米施工任务，隧道通过斜井向进、出口两个方向施工时，在斜井外设主风机（进、出口分别单独设置），接风管分别引至两个工作面，为工作面提供新鲜空气，并且在斜井和主洞交叉口安装一台30kW的射流风机加快污浊空气流动及排出，另外夏季洞外温度又高，导致洞内温度较高。往泽雅出口方向掘进距离达3175米，隧道采用通风机接力方式，并且在接力风机附近安装一台2×55kW通风机加快洞内污浊空气排出加大通风速度，采用洒水降温，除尘等方式降低洞内温度，保证施工正常。另外在防水板台车上面安装30kW射流风机以加快污浊空气流动和排出。具体布置见第二阶段通风设计示意图（图3）。

7.3 第三阶段（斜井正洞与泽雅进口贯通，与泽雅2#斜井贯通前）

斜井正洞与泽雅进口贯通后，1#斜井主洞和2#斜井主洞还没有贯通，洞内自然风向是从泽雅进口进去，从1#斜井出来，以泽雅隧道作为新鲜空气供应通道，1#斜井作为污浊空气排出通道，具体应用如下：拆除斜井两台主风机及斜井内所有风带，在斜井与主洞交叉口往泽雅进口方向100处安装一台2×130kW变极多速通风机往泽雅出口方向吹，在三岔口附近安装风帘挡住新鲜空气向泽雅出口方向吹，接力风机采用2×110kW通风机离掌子面距离始终保证在1000米之内。并且在接力风机附近安装一台2×55kW通风机加快洞内污浊空气排出。具体布置见第三阶段通风设计示意图（图4）。

8 通风管理与辅助通风措施

根据需要随时进行空气卫生和通风指标检测，不断进行通风系统的优化，保证通风系统完好有效运行。

（1）高压水雾降尘，为了降低围岩爆破后产生的粉尘量， 采用了水幕降尘，改善洞内施工环境，减少了通风时间。爆破后5min，打开水雾，降尘20min左右停止。同时在出碴运输过程中用高压水雾对道路及碴堆进行分层洒水以减少粉尘。

（2）机械净化，正洞采用净化程度较高的装碴设备，陕汽奥龙是低排放、低污染运输车。除此之外，还采取了以下措施：

①加强对机械的维修保养。按照设备日常保养和定期维修规定，特别对进气、燃油部位进行强化保养，坚持燃油沉淀过滤制度。

②保持洞内道路平整，减少污染气体排放量。限制污染较大的车辆进洞。

（3）防漏降阻是实现长距离通风的关键，严格控制风筒质量，安装时保持风筒直线，防止弯折变形。注意风筒防护，避免机械进出挂损，破损风筒及时修复。

（4）成立专门的通风作业班组。

一方面负责不断向前接长风带，另一方面进行系统检查和维修，负责风带的维修和更换。对于严重破损的风管要立即更换，轻微破损的风管节要及时修补，修补时可采用快干胶水粘接的方法。由于柔性风管在停风时会在自重作用下自然下垂，再次通风时，当管内风速大于10m/s时会对管路产生很大的瞬时张力，所以采用变频电机调速。修补、接长风管时，应根据洞内作业工班的时间安排，关闭风机。

9 通风效果

泽雅隧道施工中通风排烟时间基本控制40min以内，且洞内作业区域的环境基本满足通风环境标准，洞内可视度提高，工作面装碴司机和其他辅助人员可以连续作业，爆破至出碴完成作业循环时间控制在6小时以内。并且对保障隧道文明施工，安全生产，维护作业人员健康起关键作用。

10 结束语

通过泽雅长大隧道施工区段施工通风的阶段性实践，在隧道施工通风方面，采用大直径低阻低漏的风管和大风量高风压的通风机是解决长距离独头通风的两个关键问题。总之，隧道施工通风尤其是长大隧道的施工通风，对隧道施工具有重要的影响，是长大隧道安全生产的前提，也是工程进度和施工质量的重要保证，所以在长大隧道施工中必须高度重视。此外，必须确保通风计划的落实，责成专人负责通风设备、管道的日常使用、管理、检查、维修、保养等工作，确保各工序正常作业，从而提高施工企业的经济效益。

参考文献

[1] TB10204-2002，铁路隧道施工规范[S].2002.

[2]赖涤泉.隧道施工通风与防尘[M].北京.中国铁道出版社，1994.

[3]铁道部第二勘察设计院.隧道[M].北京.中国铁道出版社，1999.