西秦岭隧道店子坪斜井段施工通风技术应用

王平超

（中铁十八局集团三公司 河北涿州）

一、引言

近年来隧道设计越来越长，施工通风难度日益增大。由于科技不断进步，出现了特长隧道专用通风机且功率不断增大，在解决特长隧道施工通风问题上，除了传统的接力式通风系统外又有了新的手段。

二、工程概况

兰渝铁路是国家《中长期铁路网规划》中西北至西南的区际新通道，其中咽喉性控制工程西秦岭特长隧道采用两座单线隧道设计方案，两座隧道中心线间距40 m，线路整体呈西北-东南走向，全长28.234 km。

隧道共设3座辅助坑道，其中店子坪一号斜井自身长1816 m，综合坡率11.29%，穿过左线经施工横通道（横通道长32 m）进入右线正洞后主攻方向（重庆方向）施工长度1500 m，副攻方向（兰州方向）施工长度1020 m。斜井为单车道断面（高×宽：6×5 m），按照设计初步计划斜井井身范围内安装两条Φ1.5 m风管，正洞内安装Φ1.8 m风管或Φ1.5 m风管。

三、斜井进入右线正洞内所需风量计算

1.按洞内同时工作的最多人数计算风量式（1）

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3 m3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60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148.5 m3/min，主攻方向需风量198 m3/min。

2.按满足洞内允许最小风速要求计算风量式（2）

s——隧洞开挖断面，70 m2；

v——允许最小风速，全断面开挖取0.15 m/s。

计算结果为主、副攻方向均需风量630 m3/min。

3.按同时爆破的最多炸药量计算式（3）

t——通风时间，30 min

A——一次爆破炸药消耗量，192kg

b——一公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积（L），一般采用b=40L。

计算结果为主、副攻方向均需风量1280 m3/min。

4.按爆破后稀释CO至许可最高浓度计算式（4）

A、t、b——符号意义同前

K——风量备用系数，取1.1

计算结果为主、副攻方向均需风量528 m3/min。

5.允许浓度计算

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，见式（5）。

S——隧道断面积，70 m2

L——通风区段长度，取100 m，即掌子面向洞口方向100 m范围内

A、t——符号同前

计算结果为主、副攻方向均需风量549 m3/min。

6.许可浓度计算

按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算，见式（6）。

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6辆，（柴油发动机排气量9.3 L，转速1900 r/min），3量重车，3量空车。ZL50C装载机1台（柴油发动机排气量7.6 L，转速2100 r/min），取重车及装载机的负荷率0.9，转速系数1，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1771 m3/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＞1771 m3/min。

四、斜井施工段所需风压计算

1.采用普通功率风机接力式通风时风压计算

（1）考虑漏风因素后所需风量。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。交叉口处通风距离考虑主攻方向1500 m，副攻方向1020 m，据此计算漏风系数，见式（7）。

L——通风距离，主攻方向1500 m，副攻方向1020 m

P100——百米漏风率，取1.5%

计算结果为P主攻=1.29，P副攻=1.18

故计算结果为主、副攻方向需最大风量Qmax主=2284 m3/min和Qmax副=2089 m3/min。

（2）交叉口处系统风压计算。

管道摩擦阻力，见式（8）

λ——管道摩阻系数，0.015

表1 接力通风方案系统设备配置表

L，γ，Qmax，Q——符号意义同前

d——风管直径

H≈h摩

计算结果h主=1303 Pa，h副=810 Pa。

（3）斜井井口处系统风压计算。斜井自身长1805 m，通过计算漏风系数为P=1.37，故知斜井井口处所安置的风机需提供风量为Qmax主=3129 m3/min，Qmax副=2862 m3/min。

因井身受断面限制，设置2条Φ1.5 m风管。故斜井井口处需风压为H主=9415 Pa，H副=4352 Pa。

表2 接力通风方案系统设备配置表

2.采用超大功率风机独头压风式通风时风压计算

（1）考虑漏风因素后所需风量。采用超大功率通风机独头压风时，通风距离考虑主攻方向3320 m，副攻方向2840 m，据此计算漏风系数。计算结果为P主=2.04，P副=1.77。故计算结果为主、副攻方向需最大风量Qmax主=3612 m3/min和Qmax副=3134 m3/min。

（2）斜井井口处系统风压计算。计算结果H主=10611 Pa，H副=9209 Pa。

3.系统布置及风机选型

接力通风方案系统布置见图1，风机选型见配套见表1，超大功率风机独头式压风方案系统布置见图2，风机选型及配套见表2。

图1 接力通风方案系统布置图

图2 超大功率风机压风方案系统布置图

4.方案对比

2种方案优缺点对比见表3。

表3 方案对比表

五、最终方案及实际通风效果

根据施工实际情况，最终选定普通风机接力通风方案，同时，为了便于日常维护，将F1，F2风机定型为SDF（B）-No15型风机。风箱采用L50×5角钢做骨架，Φ6 mm钢筋网片左箱板，外披防水板进行加工，具体加工图见图2。

西秦岭隧道店子坪斜井施工段目前重庆（主攻）方向已完成掘进1000 m，兰州（副攻）方向完成掘进590 m，采用接力式通风系统，同时施工中采取喷雾降尘，湿喷混凝土及减少漏风等加强措施，根据在距两个掌子面50 m，100 m的作业人员较集中地段爆破后通风30 min时段空气质量检测，游离态二氧化硅浓度平均分别为1.9 mg/m3（50 m地段），2 mg/m3（100 m地段），风速分别为 0.20 m/s（重庆方向），0.17 m/s（兰州方向），CO，NO浓度均符合国家标准，实际运行效果良好。

六、结论

通过西秦岭隧道店子坪斜井施工段通风系统实施实践，证明在特长隧道专用超大功率通风机出现后，传统的接力式通风系统依旧是解决目前特长隧道施工通风的优选方案。但随着社会生产力不断发展，特长隧道必将发展成为超长隧道，超大功率通风机也势将成为解决施工通风难题的科技发展方向。今后的施工中，在条件允许的情况下，将采用超大功率通风机通风方案，以便通过实践来检验该方案的实际效果。

图3 风箱（长×宽×高2.5×3×2 m）加工示意图