隧道独头掘进高地热无轨运输巷道式射流通风施工技术研究

陈志强

摘 要：当前我国铁路建设快速发展，国内长大高风险隧道施工已成常态， 这些隧道工程地质条件复杂，施工难度大。本文针对大柱山隧道在高地热环境下改善通风措施，确保了隧道正常掘进，可为了类似工程提供经验。

关键词：隧道;高地热;通风

中图分类号：U453.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0156-02

1 工程概况

大柱山隧道位于云南省保山市，穿越著名的横断山南段，位于澜沧江车站至保山北站区间，全长14484m，隧道最大埋深为995m，隧道内地质条件复杂，具有三高四活跃的地质特征。隧道独头掘进高地热无轨运输通风施工技术是大柱山隧道施工的核心技术之一，约9000米左右的通风，内燃作业，无轨运输，且隧道洞身施工至4.6km时有长3.6km的高地热段落。

2 总体方案

大柱山隧道出口前期施工都是独头掘进，在平导掘进1.5km以内，隧道采用压入式通风布置。平导断面小，掘进速度快，在超前正洞两个横通道距离时，隧道采用射流巷道式通风，平导为排烟通道，正洞为进风通道。在进入高地热段落时，为了保证掌子面风量达到最大化，每个掌子面采用一台风机单独送风，每两个横通道贯通后及时向前挪移风机，必要时在风机口堆放冰块，保证掌子面持续供应冷风。为克服夏季高温高压气体排除困难，消除在洞口形成的瓶颈效应，洞口处设射流风机辅助排风。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

隧道施工前，应根据总工期及施工特点，对隧道进行系统的通风设计。隧道开始施工时，由于工作面与隧道口距离较近，采用柔性风筒安装方便，且工作面回风不通过扇风机即可带走粉尘等有害气体，因此选用压入式通风工法。通风管选用正洞φ1200mm（平导φ1400mm）涤纶软式通风管，风管出风口距离掌子面L=60m。伴随着隧道开挖距离的逐日增长，压入式通风已不能满足施工现场的正常通风需求。一般情况下，当隧道掘进超过3km（即风筒的送风长度超过3km），轴流风机的送风能力已无法满足施工作业面的需求，加之风带较长，风量损失较大，因此就需要需要选择巷道式通风工艺。其通过横通道使正洞与平导组成一个完整的风流循环系统。巷道式通风利用整个坑道作为风道，断面大、阻力小、可供应较大的风量。为了保证通风量达到最大，待正洞相互两横通道贯通后及时将风机向前移动，每个施工掌子面均單独采用一个轴流风机供风，所有横通道封堵，轴流风机在正洞安装位置前方也进行封堵，以确保隧道达到降温目的，其中正洞为进风通道，平导为排烟通道。

3.2 操作要点

3.2.1 轴流风机的选择

隧道通风主要分为三个阶段，第一阶段平导及正洞采用压入式通风，风机选择两台2×110KW的轴流风机供风，随着平导巷道的施工深度加深，超前正洞一至两个横通道时，采用射流巷道式通风，将主风机挪移至正洞，平导为排烟通道，正洞为进风通道，所有横通道进行封堵，轴流风机依然选择两台2×110KW的轴流风机供风，待进入高地热环境，采用三台轴流风机进行通风，平导巷道设置两条风带，一条供应平导掌子面，一条供应平导后方最近的横通道辅助正洞施工。平导作为排烟通道，正洞作为新鲜风供应通道，所有横通道进行封堵，轴流风机安放位置进行封堵。轴流风机设置在紧靠正洞第一个施工横通道后方约60～80m位置，其通风距离一般在900～1200m，该段的整个通风量不需要计算，直接选择2×132KW供应平导风量，2×110KW分别供应正洞的两个掌子面施工，完全能满足通风需要。当向前施工一个横通道时，二衬全部浇筑后，将风机整体向前挪移一个横通道距离。

3.2.2 通风量计算

3.2.3 通风方式

内燃作业、无轨运输、4000米左右的独头通风是大柱山隧道的技术难点。须从通风方案、通风设备、通风管理三方面着手：采用当前国内先进的气密性好的螺旋风管，加强通风管理，将总漏风率控制在35%之内，使平均百米漏风率不大于1%，长距离施工通风困难是能够克服的。风管压入式有三种，单机单管压入式、分段串联压入式、集中串联压入式，通过大柱山隧道前期经济必选，采用单机单管压入式是最高效节能的方法。

3.2.4 通风阻力计算

3.2.5 漏风计算

3.2.6 射流通风计算与风机选型

（1）射流通风计算。射流风机数量计算较复杂，在设备配备时一般可参考公式计算考虑，而实际在使用时是以保证现场通风质量为前提，根据试验确定。它与射流风机的功率、效率、通风质量、隧道断面等直接相关。

（2）射流巷道式通风量计算

4 应用情况

大柱山隧道出口于2009年6月开始施工，隧道第一阶段通风采用了压入式通风，通风效果良好，平导压入式长度超过1.5km，在平导超前正洞两个横通道距离后，隧道采用射流巷道式通风，将主风机从洞外移动至正洞，采用两台2×110KW风机进行通风。2015年隧道进入高地热段落后，对通风进行了重新设计，采用综合降温技术，通风分五个阶段进行布置，并采购了1台功率132KW×2的轴流风机单独供应平导通风，正洞采购两台功率110×2KW，供应正洞两个掌子面施工。第一阶段通风轴流风机安装在24#辅助正洞大里程端，正洞施工作业面为24#、23#辅助正洞，22#辅助正洞为调剂作业面。正洞为新鲜空气进入通道，平导为污浊空气排出通道。第二阶段通风轴流风机安装在22#辅助正洞大里程端，正洞施工作业面为22#、21#辅助正洞，20#辅助正洞为调剂作业面。第三阶段通风轴流风机安装在20#辅助正洞大里程端，正洞施工作业面为20#、19#辅助正洞，18#辅助正洞为调剂作业面。第四阶段轴流风机安装在18#辅助正洞大里程端，正洞施工作业面为18#、17#辅助正洞，16#辅助正洞为调剂作业面。第五阶段通风16#辅助正洞大里程端，正洞施工作业面为16#、15#辅助正洞。同时施工时每个掌子面放置冰块，并在掌子面后方设置空调孔供工人休息 。通过运行该工法，施工整体运行正常，虽然受反坡排水和高地应力等复杂地质难题影响了工程施工进度，但整体通过高地热合理组织施工，加快了施工进度，目前大柱山隧道高地热段落已掘进超过3.6km，单口掘进更是达到8.1km，创造了国内单线铁路隧道施工的新记录。