贵南铁路大方山隧道出口施工通风设计

2023-06-07刘安民

河南科技 2023年9期

关键词：隧道

刘安民

摘要：【目的】在长大隧道施工中，洞内往往通风效果差或不足，其施工环境很差，严重影响作业人员健康及机械设备安全。【方法】为研究长大隧道多阶段复杂组合式通风，以贵南铁路大方山隧道为工程背景，采用理论计算的手段，对隧道出口不同阶段通风方案进行设计分析。【结果】结果表明：隧道出口采用三阶段设计方案可以满足洞内通风要求；通过PVC增强维纶布风管和拉链式接头制作的风管可以很好地降低漏风率，适當增加风管直径可大幅降低风阻影响。【结论】研究结果可为类似工程安全施工提供借鉴与参考。

关键词：隧道；施工通风；参数设计

中图分类号：U453.5 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2023）09-0092-04

Abstract：[Purposes] In the construction of long tunnels， poor or insufficient ventilation often leads to poor construction environment， which seriously affects the health of operators and the safety of machinery and equipment.[Methods] In order to study the multi-stage complex combined ventilation of long and large tunnels， this paper takes the Dafangshan Tunnel of Guinan Railway as the engineering background to analyze the ventilation schemes at different stages of the tunnel exit were designed and analyzed using theoretical calculation methods. [Findings] The results show that adopting a three stage design scheme for the tunnel exit can meet the ventilation requirements in the tunnel; the air duct made of PVC reinforced vinylon cloth air duct and zipper joint can effectively reduce the air leakage rate， and appropriately increasing the diameter of the air duct can significantly reduce the impact of wind resistance. [Conclusions] The research results can provide reference for the safety construction of similar projects.

Keywords： tunnel； construction ventilation； parameter design

0 引言

隧道施工通风是隧道施工中重要的一环，随着对作业环境要求的提高，通风方案也愈发受到关注，其中不可避免地涉及通风设计。鲁小龙［1］对高原铁路某隧道短横洞长距离施工方案进行了详细计算；刘源［2］对玉渡山隧道进行了通风方案及相应的设备配套研究；张春浩［3］以揭惠铁路百吉岭隧道乌丰斜井工程为例，进行了斜井通风方案设计；另外还有许多专家学者对长大及不良地质环境的隧道通风进行了相关的研究［4-9］。笔者以贵南铁路大方山隧道为工程背景进行了详细的通风设计研究，以期为今后类似工程通风设计提供参考。

1 工程概况

贵南铁路大方山隧道位于广西境内荔波～环江区间，设计时速350 km，单洞双线，线路里程为DK255+263～DK264+910，全长9.6 km，隧道内线路纵坡为人字坡，最大埋深约375 m。隧道辅助坑道采用进口泄水洞和出口平导形式辅助施工。其中进口泄水洞长度3 km，与正洞通过6个横通道连接，横通道间距500 m；出口平导长度5.2 km，设有13个横通道，其间距为400 m，如图1所示。

本隧道采用钻爆法施工，隧道最大断面134.96 m2，进、出口双向掘进，挖掘机和装载机同时装碴，采用无轨运输方式出碴。隧道中因爆破炮烟、车辆废气及粉尘等因素影响，导致洞内施工环境差，另外大方山隧道DK263+650～DK264+820段为石炭系下统大塘阶页岩、砂岩夹炭质页岩，疑似存在瓦斯等有毒有害气体，因此施工中需要对通风方案进行设计，以保证隧道通风效果，进而保证人员及设备施工。

2 隧道通风设计

2.1 设计参数

本隧道开挖断面面积130 m2，爆破每循环用药量240 kg，洞内一次最多作业工人数按70人算，爆破通风时间30 min，采用直径1.8 m通风软管，辅助坑道采用直径0.8 m软管，管道百米漏风率2％，这里以出口第二阶段巷道式通风为例进行计算，出口第二阶段通过平导辅助正洞开挖面通风，通过轴流式风机将风输送到开挖掌子面，最大通风距离按1 200 m计算。

2.2 隧道总通风量计算

隧道总通风量按最低风速、排除爆破炮烟、洞内最多工人数和设备计算，计算完成后取其中最大风量值作为后续设备选型依据。

2.2.1 按最小风速计算。为保证人员健康，隧道内最小风速不小于0.25 m/s，则通风量Q1=S×V=0.25×130×60=1 950 m3/min

2.2.2 按稀释爆破炮烟计算，则有式（1）。

2.4.2 风机安装。

①洞外风机安装。为保证供风不被污染，将风机安装于洞外30 m处，施作0.5 m厚混凝土底座后在其上方架设工字钢门架，将风机固定工字钢门架上，同时为保证通风机和配电柜避免雨淋受潮及防止发生触电事故，在其上方设施工雨棚和护栏。

②洞内风机安装。洞内轴流风机安装高度控制在隧道拱腰部位，支撑风机支架整体强度及相关螺栓拉拔强度应经验算合格。

2.4.3 风管的选择与安装。选用PVC增强维纶布风管，在风管安装过程中要注意风机口与风管口不一致或不同直径风管口连接时，应以渐变的方式进行连接，并且其连接长度不小于3 m；当需要采用三通风管时，应保证两个从风管的过流面积之和大于主风管；安装时应吊挂平直，避免褶皱，连接须牢固且不漏风，在洞内拐角部位应避免死弯，防止阻力过大导致通风效果变差。

3 隧道通风布置

目前，隧道通风主要有独头通风和巷道式通风两种方式。一般在掘进距离短时通过在洞口设置轴流式风机进行独头通风，超过一定距离后由于沿途风阻、通风设备等因素导致独头通风效果变差或不经济，此时可以采用巷道式通风，利用隧道内各通道组成通风回路，保证通风效果。本隧道出口工区通风设置分三个阶段，具体如下。

3.1 第一阶段

在正洞与平导13号横洞贯通之前，正洞与平导洞口20 m位置分别设1台SDF（B）-№13型轴流风机（2×132 kW轴流风机）进行压入式通風。

3.2 第二阶段

正洞与平导12号横洞贯通后，平导洞口风机移入正洞，并增加1台SDF（B）-№13型轴流风机（2×132 kW轴流风机），对正洞两个工作面、平导一个工作面，采用巷道式通风，如图2所示。具体通风布置如下。①在进口主洞DK264+540里程（距13#横通道30 mm）处布置3台轴流风机（功率132 kW×2）作压入式通风，用软管通过横通道分别接至主洞出口、12#横通道小里程掌子面及平导掌子面15 m处，向掌子面压入新鲜空气。②为保证效果，在主洞轴流风机后20～30 m处增设2台SSF-№10（18.5 kW）射流风机引入新鲜空气；主洞掌子面污浊空气通过12横通道排向平导，为防止泄水洞污风阻碍从横通道排出的主洞掌子面污风，在平导掌子面后方50～70 m以内安装1台射流风机SSF-№10（18.5 kW），另在后方每隔500 m设置1台射流风机SSF-№10（18.5 kW），加快主洞污风循环；在13#、12#横通道位置各设1台SSF-№10（18.5 kW）射流风机，使主洞掌子面污风经横通道引流至平导。③随着掌子面的向前掘进，轴流风机随横通道的开挖完成向前同步移动，并根据排风道长度增设射流风机，横通道除最前面的2个通风外，其余均用风墙封闭。

3.3 第三阶段

平导施工完毕后，正洞2台风机分别对正洞两个工作面进行巷道式通风，如图3所示。具体通风布置如下。①在进口主洞DK260+210里程（距2#横通道100 mm）处布置2台轴流风机（功率132 kW×2）作压入式通风，用软管通过横通道分别接至主洞出口、1#横通道小里程掌子面15 m处，向掌子面压入新鲜空气。②在主洞轴流风机后20～30 m处增设1台SSF-№10（18.5 kW）射流风机，且向洞口位置每间距500 m设置1台№10（18.5 kW）射流风机，引入洞外新鲜空气；主洞掌子面污浊空气通过1#横通道排平导，为防止泄水洞污风阻碍从横通道排出的主洞掌子面污风，在平导掌子面后方50～70 m以内安装1台射流风机SSF-№10（18.5 kW），另在后方每隔500 m设置1台射流风机SSF-№10（18.5 kW），加快主洞污风循环；在13#、12#横通道位置各设1台SSF-№10（18.5 kW）射流风机，使主洞掌子面污风经横通道引流至平导。③随着掌子面的向前掘进，轴流风机随横通道的开挖完成向前同步移动，并根据排风道长度增设射流风机，横通道除最前面的2个通风外，其余均用风墙封闭。

4 防漏降阻技术

对于长距离管道式通风，需要考虑如何降低风阻影响，以提高通风效果。目前除了设备本身配置合理外，还需要考虑风管运维影响。

4.1 防漏问题

风管漏风一般出现在接头部位，通过PVC增强维纶布风管和拉链式接头制作的风管，可以很好地解决风管接头漏风的问题。另外在施工中加强现场巡视，定期对风管进行检查，发现破损及时修补。

4.2 降阻问题

除了风管本身性质，如材料，风管直径、拐弯位置弯曲程度等都是局部风阻增大的原因，有研究表明从1 m增大到1.2 m，同一风量的阻力损失可降低到前者的60%左右，因此本工程除了考虑风管的制作材料和接头方式外，采用了直径[Φ]1.8 m的风管，保证通风效果。

5 结语

隧道施工通风效果好坏直接影响现场作业人员健康及机械设备的使用寿命。本研究以贵南铁路大方山隧道为背景，针对隧道出口特点，对其通风方案进行了较为详细的参数设计，并针对其通风防漏降阻提出针对性解决方案，可为类似工程提供参考。

参考文献：

［1］鲁小龙.高原铁路某隧道短横洞设计与长距离通风方案探讨［J］.中国铁路，2022（6）：64-72.

［2］刘源.玉渡山隧道通风方案及设备选型［J］.黑龙江交通科技，2022，45（4）：140-142.

［3］张春浩.揭惠铁路长斜井施工通风技术研究［J］.铁道建筑技术，2022（3）：143-147.