大茶山高瓦斯隧道施工通风设计

白 俊，雷建华

(1．陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000;2．中铁五局集团 机械化工程公司，湖南 衡阳 421000)

大茶山高瓦斯隧道施工通风设计

白 俊1，雷建华2

(1．陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000;2．中铁五局集团 机械化工程公司，湖南 衡阳 421000)

新建沪昆客运专线铁路大茶山高瓦斯隧道斜井及正洞施工采用钻爆法，采用了压入式、抽出式及全负压巷道式相结合的分阶段通风方案。依据通风标准，对作业面施工需风量、风压、风机供风量进行了计算，并提出通风设备参数要求。所采用的通风方案通风量大，稀释快，排烟时间短，充分满足了稀释瓦斯和排除烟尘的要求。隧道开挖作业环境好，极大提高了工作效率，保证了隧道的施工质量、进度和施工安全。

沪昆客运专线 高瓦斯隧道 通风设计

1 工程概况

新建铁路沪昆客运专线长沙至昆明段CKGZTJ-11标段位于贵州省关岭—普安县区间，其中大茶山隧道距普安县城约6 km。大茶山斜井在D1K909+000线路左侧，长度1 816 m，洞口处于山谷间。采用双车道无轨运输斜井，斜井中线与左线线路中线小里程方向平面夹角为31.5°。该斜井承担主洞 D1K909+000—D1K911+500段2 500 m的施工，独头通风长度4 316 m。根据地质勘探和调查资料分析，隧道通过区域的浅层气源于下伏约3 000 m下的含煤地层，形成以裂缝型游离瓦斯为主的天然气，施工中瓦斯将通过岩层中的裂缝通道向上部释放。比照旁边的炮台山估计，瓦斯涌出量为3.03 m3/min，故按高瓦斯隧道设计和施工。

2 通风技术方案的确定

大茶山斜井工程采用洞外压入式通风与洞内抽出式通风相结合更新洞内空气，并排出有害气体。对于局部风流死角的混合气体，采用射流风机形成全负压巷道式通风，使局部风速增加，防止有害气体积聚。在开挖至大茶山隧道主洞后采用风机接力形式往主洞掌子面通风。大茶山斜井及大茶山隧道主洞均采用钻爆法掘进，无轨运输，采用大型装载机装渣并用自卸车运输至洞外。洞内施工用材料亦采用无轨运输方式运送到作业面。

隧道通风设计流程:确定洞内施工设备及人员数量→掌握有害气体种类及数量(有害气体、缺氧空气、高温高热气体、爆破后气体、灰尘、焊尘等)→通风方式选择→通风设备选型→通风效果检查→施工。

3 通风方案的实施

3.1 通风阶段

1)通风阶段一。在辅助洞室大茶山斜井短距离开挖掘进阶段，为防止有害气体循环，在大茶山斜井洞口(XD1K1+816)外30 m处，设置压入式风机，向洞内输送新鲜空气。

2)通风阶段二。在大茶山斜井掘进1 300 m后，在斜井变坡点(XD1K0+808)处设置防爆轴流风机(抽出式)，将积聚在变坡点的瓦斯等有害气体吸出洞外。

3)通风阶段三。当掘进到大茶山隧道正洞200 m以后，为了保证隧道内的安全通风，在大茶山隧道正洞D1K909+150处设置防爆轴流风机(压入式)，采用接力的方法将新鲜空气送入大茶山隧道正洞。

4)通风阶段四。由于独头掘进长度大，为了保证有害气体顺利排出洞外，在斜井 XD1K0+50，XD1K0+350，XD1K0+650三处安装防爆射流风机，形成全负压巷道式通风，以加快风流速度，防止瓦斯聚集。

通风示意图见图1。

3.2 通风标准

1)空气中氧气含量，按体积计≥20%。

2)粉尘容许浓度。每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘≤2 mg;每立方米空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘≤4 mg。

图1 通风示意

3)瓦斯隧道装药爆破时，在爆破地点20 m内风流中瓦斯浓度必须＜1.0%，总回风道风流中瓦斯浓度应＜0.75%。开挖面瓦斯浓度＞1.5%时，所有人员必须撤至安全地点并加强通风。

4)CO最高允许浓度为30 mg/m3。在特殊情况下，施工人员必须进入开挖工作面时，最高允许浓度为100 mg/m3，但工作时间不能 ＞30 min。CO2按体积计≤0.5%;氮氧化物(换算成NO2)不超过5 mg/m3。

5)隧道内气温≤28℃，噪声≤90 dB;隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人应供应新鲜空气4 m3/min。

6)防止瓦斯集聚的风速≥1 m/s。

7)瓦斯隧道各掘进工作面都必须采用独立通风，严禁任何两个工作面之间串连通风。

3.3 风量和风压计算

3.3.1 计算参数

按照《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204—2008)的规定，并结合施工组织，计算参数选取如下:①供给每人的新鲜空气量按4 m3/min计;②按照分步开挖的最不利因素，坑道施工通风最小风速 Vmin取0.25 m/s;③隧道内气温不超过28℃;④正洞最大开挖面积SZ=126 m2(Ⅲ级围岩全断面开挖);⑤正洞上断面开挖爆破一次最大用药量A=180 kg(Ⅲ级围岩全断面开挖，每循环进尺2 m);⑥正洞爆破后通风时间t=20 min;⑦风管百米漏风率β=1%，风管内摩擦阻力系数为λ=0.007 8;⑧内燃机械作业时所需供风量按 Q0=3 m3/(min·kW)计。

3.3.2 风量计算

按照设计要求，本工区隧道施工均采用无轨运输，每个工作面均采用独立供风，供风长度为4 316 m，即斜井长度1 816 m+正洞的施工长度2 500 m。

1)按洞内允许最小风速计算风量:Q1=VminSZ×60=0.25×126×60=1 890 m3/min。

2)按洞内同时工作的最多人数(正洞按100人计)计算风量:Q2=4×100×1.2=480 m3/min。

3)按洞内同一时间爆破使用的最多炸药用量计算风量:Q3=5Ab/t=5×180×40/20=1 800 m3/min，其中b为1 kg炸药爆破时所产生的CO体积，取40 L。

4)按瓦斯绝对涌出量计算:Q4=K2Q绝/(Bg允－Bg送)=1.6 × 3.03/0.005=969.6 m3/min。其 中:K2为风量备用系数，考虑隧道掘进断面不平、风筒漏风、瓦斯泄漏不均衡等因素，取K2=1.6;Q绝为瓦斯绝对涌出量，取实测数据，可先取炮台山参考值3.03 m3/min，在施工中按实测值进行调整;Bg允为工作面允许瓦斯浓度，根据煤矿安全规程取0.5%;Bg送为送入风流中瓦斯浓度，新鲜风流瓦斯浓度为0。

5)按洞内使用内燃机械计算风量:Q5=Q0P，其中，Q0为单位功率每分钟所需风量，取3 m2/(kW·min);P为进洞内燃机械总功率。该隧道洞内内燃动力在出渣时期有ZLC50侧卸式装载机和CQ1261T自卸汽车。其中侧卸式装载机2台，最大功率162 kW，计算功率145 kW;4台自卸车(满载车2台，空车2台)，满载功率110 kW，计算功率99 kW，空车计算功率按满载计算功率的80%计，即79 kW。需要风量Q5=Q0P=3×(145×2+99×2+79×2)=1 938 m3/min。

综上计算，所需风量 Q需=max(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)=1 938 m3/min。

3.4 考虑风管漏风损失修正风量

洞外风机为正洞工作面供风，最大通风长度L=4 316 m，按每100 m通风长度换算为43.16。风管通风效率 D=(1－β)43.16=(1－0.01)43.16=0.65，风机所需提供的风量 Q机=Q需/D=1 938/0.65=2 982 m3/min。

3.5 风压计算

将通风系统克服局部风阻、沿程风阻及其他阻力所需风压之和作为系统提供的风压。为简化计算，系统风压值按1.2倍的沿程风阻计算，即H=1.2H摩，H摩为按沿程风阻计算的风压值。

式中:λ为风管摩擦阻力系数，ρ为空气密度，取 ρ=1.0 kg/m3;为风管内平均风速，d为风管直径，取1.5 m。

4 通风设备要求

1)压入式通风管采用优质通风软管，风管直径选用1.5 m;抽出式通风管采用优质通风软管，风管直径选用0.6 m。

2)采用抗静电、防水、耐腐蚀、阻燃、风阻小、装拆方便的风管。压入式通风管管口到开挖工作面距离应＜5 m。并且前55 m采用可折叠风管，以便爆破时将此55 m迅速缩至抛掷区以外。

3)由于风机口风压较大，风机后200 m和转弯处必须安装负压硬管，以防止风机启动时将软管吹破。

4)应尽量减少接头。通风管的节长尽量加大，以减少接头数量，接头应严密，风管100 m漏风率不应大于2%，本文取1%。

5)安装时整条管路要稳宝、水平、顺直、无扭曲、无褶皱。

6)压入式通风机装设在洞外30 m处，以避免污风循环。

7)风机必须设置两路电源，并安装风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路要在15 min内接通，以保证风机正常运转。

8)瓦斯工区必须有一套同等性能的通风机备用，而且要长期保持良好的使用状态。

9)瓦斯突出隧道掘进工作面附近的局部通风机，均应采用专用变压器、专用开关、专用线路及风电闭锁、瓦电闭锁供电。

5 通风效果

大茶山高瓦斯隧道已施工完毕，实践证明，大茶山高瓦斯隧道所采用的通风方案效果很好。根据施工情况分阶段进行通风设计，洞外压入式、洞内抽出式及全负压巷道式通风相结合，通风风量大，稀释快，排烟时间短，充分满足了稀释瓦斯和排除烟尘的通风要求。隧道施工作业环境好，极大提高了工作效率，保证了隧道的施工质量、进度和施工安全。

［1］明建龙．高瓦斯隧道监控与施工通风设计［J］．铁道建筑，2009(2):18-19．

［2］赵钰．特大断面长大高瓦斯隧道通风技术研究［J］．铁道建筑，2007(12):39-40．

［3］赵军喜．圆梁山隧道进口非煤系地段施工通风与瓦斯治理［J］．铁道标准设计，2003(增 1):50-52．

［4］陈绍瑛．瓦斯隧道运营通风监控系统的设计［J］．铁道工程学报，2007(1):70-71．

［5］潘留生．正阳瓦斯隧道安全施工防护技术［J］．铁道标准设计，2003(增 1):91-92．

［6］王虎盛．瓦窑岭瓦斯隧道施工通风技术［J］．北方交通，2011(1):51-52．

Design on construction ventilation for Dachashan tunnel with high concentration of gas

BAI Jun1，LEI Jianhua2

(1．Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000，China;2．Mechanization Engineering Co．，Ltd．，China Railway Fifth Bureau Group，hengyang Hunan 421000，China)

The incluned shafts and main tunnel of Dachashan high gas tunnel on the currently underconstruction Shanghai-Kunming passenger-dedicated railway has adopted drilling-and-blasting method in it construction，during which a total of three ventilation schemes，namely forced ventilation，exhaust ventilation and all-negative gallery ventilation，have been introduced supplementarily and successively．The air volume in need，air pressure，air volume supplied by the blower on the operation face have been measured and calculated in accordance with the ventilation standard and the equipement parameters have proposed accordingly．The scheme applied features ample air supply，which satifies the needs of diluting gas and discharging smoke． Its high efficiency creates a favourable construction environment，which largely accelerate the working pace．As a result，it ensures both the project quality and its safety．

Shanghai-Kunming passenger-dedicated railway;High gas tunnel;Ventilation scheme

U453．5

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．12

1003-1995(2013)09-0039-03

2013-04-26;

2013-06-29

白俊(1966— )，男，江苏泰兴人，工程师。

(责任审编 李付军)