文档作者:
李集光
文档来源:
中铁隧道集团一处有限公司 |
点 击 数:
|
更新时间: 2021年01月09日 |
|
文件大小: 289.47 KB
共5页
|
文档格式:
PDF
|
下载点数: 1 点(VIP免费) |
公路隧道 2010年第1期(总第69期)
方斗山隧道施工通风技术探讨
李集光
(中铁隧道集团一处有限公司重庆401121)
摘 要介绍了目前隧道施工通风的主要方式、使用条件,以石忠高速公路方斗山隧道为例,通过对通风条件分
析、经济性比较,并对通风机的选择进行了参数计算;论述了巷道式通风在分离式双洞单向行车的长大公路隧道运
用的可行性及优越性,对改善施工环境、缩短施工工期、控制工程成本有着重要的实际意义,为类似工程的施工提
供参考。
关键词 长大公路隧道施工通风设计
I 刖瞢
随着我国经济的发展,对道路交通的要求越来
越高,公路建设不断向高等级、高速化发展。由于高
等级公路对线形、纵坡要求高,修建长大公路隧道的
机会将不断增加。长大隧道往往是控制工期的关键
性工程,但普遍存在通风效果差、工期紧的特点,因
此加强隧道施工通风技术的研究,对改善施工环境、
缩短施工工期、控制工程成本有着重要的实际意义。
2 目前国内外主要的施工通风方式
按供风来源分有自然通风和机械通风两类。
机械通风按风道的类型和风机安装位置有风管
式通风、巷道式通风、风道式通风3种。
2.1 自然通风
利用新鲜风流的扩散作用与工作面的空气掺
混,逐渐使洞内的污浊空气排出,从而达到通风换气
的目的。扩散通风只在极短的隧道掘进中才有效,
且换气时间长,一般不采用。
2.2 风管式通风
风流经由管道输送,分为压人式、抽出式、混合
式3种。
(1)压人式通风
采用通风机把新鲜空气经风管压人工作面,污
浊空气沿隧道流出。新鲜风流从风筒出口流出以
后,由于空气分子的径向运动,在风流边界上与炮烟
等污浊空气相互掺混,发生动量交换,使风速逐渐降
低,而射流断面逐渐扩大,在通风过程中炮烟随风流
排出。
(2)抽出式通风
通风机或局部扇风机经风管把工作面的污浊空
气抽出,新鲜风流沿隧道流入。
· 56 ’
(3)混合式通风
混合式通风方式即有一路为压人式通风,主要
作用是送人新鲜空气;另一路为排风方式,主要作用
是吸出污染空气,从而达到快速降尘的目的。
2.3 巷道式通风
在两条平行隧道之间,每隔一段距离用联络横
洞贯通,然后在两边工作面采用压人式通风。压人
式风机安装在进风隧道内,污浊空气沿另一条平行
隧道流出。
2.4 风道式通风
利用隧道成洞部分隔出一条断面2~4m 的通
风道,以减少风管长度增大通风量。
3 方斗山隧道工程概况
沪蓉国道主干线是交通部规划的“五纵七横”国
道主干线中的“一横”,东起上海,经南京、合肥、武
汉、重庆至成都,是国家重点公路干线的重要组成部
分。石(柱)忠(县)高速公路是沪蓉国道主干线中的
一段,位于重庆东部。B12合同段方斗山隧道位于
石柱县大歇乡,左线全长7562m,右线全长7600m,
为西南地区最长公路隧道。
方斗山隧道为全线最长的隧道,是全线控制性
工程之一,设计为分离式双洞单向行车隧道,左、右
洞间距40m,每隔700~800m设一个车行横通道。
左线进口段长3797m,右线进口段长3795m,隧道建
筑限界宽10.5m,高5m。
隧道左、右线分别从进1:1方向独头掘进,形成两
个工作面,开挖支护一定距离后,根据施工进度和地
质情况合理安排后续工程施工。
隧道施工采用无轨运输,光面爆破开挖,复合式
衬砌。开挖采用钻爆法,装载机配合自卸汽车出碴。
李集光方斗山隧道施工通风技术探讨
4 通风方式选择
4.1 自然通风
自然通风适用于短隧道,独头掘进在300m 以
内时可使用这种通风方式,且通风时间长,因此不适
用于长大隧道通风。
4.2 风管式通风
风流经由管道输送,分为压入式、抽出式、混合
式三种。
(1)压人式通风
单机可用于100~800m 内的独头隧道内,多机
串联可用于800~1800m内的独头隧道内。优点是
通风距离较长,能较快排除工作面污浊空气,易于拆
装。缺点是污浊空气流经全洞,造成全隧道空气污
染。
(2)抽出式通风
适用于长度在400m 以内的隧道或配合压人式
通风使用。优点是新鲜空气流经全洞,不会造成洞
内空气污染。缺点是新鲜空气流经全洞到达]_作面
时已不太新鲜,要求风管未端距工作面不超过10m,
布置上较困难,通风效果差。
(3)混合式通风
混合式通风兼有以上两种方式的优点,但要布
设两路管路,投人大,增加养护工作量,同时占用隧
道空间,干扰运输作业。
4.3 巷道式通风
适用于有平行导坑的长隧道,这种通风方式断
面大,阻力小,可供较大的风量,是目前解决长隧道
通风比较有效的方法。
4.4 风道式通风
适用于隧道比较长,一般风管式通风难于解决,
又无平行导坑可利用的隧道。
4.5 经济性比较
隧道通风方式主要有风管式通风、巷道式通风、
风道式通风。
巷道式通风与风管式通风:风管式通风在隧道
掘进到3800m 时,左、右线使用风管数量不小于
7600m,同时风管式通风的风阻大,通风量较小。而
巷道式通风风量大、通风时间短、风机配置少,经济
优势明显。
巷道式通风与风道式通风:风道式通风须在隧
道内修筑风道,增加工程成本,同时由于修筑风道,
减小了隧道的车行空问,给施工安全增加了不安全
因素。
4.6 通风方式选择
通过以上对通风方式的适用条件、优缺点比较,
巷道式通风方式最适用于长大公路隧道施工通风,
同时具有明显的经济效益。方斗山隧道设计为分离
式双洞单向行车隧道,左、右洞间距40m,每隔700
~ 800m设一车行横通道。因此方斗山隧道可以左
洞为进风道,通过车行横通道,将右洞设为排风道,
通风条件可以满足巷道式通风的要求。因此,方斗
山隧道使用巷道式通风是可行的。
5 所需风量计算
隧道断面积为80m ,按隧道掘进长度达到
3800m时进行风量计算。
5.1 设计计算采用的劳动卫生标准
(1)一氧化碳最高允许浓度30mg/m。;
(2)二氧化碳不得大于0.5 (按体积计);
(3)氮氧化物为5mg/m。以下;
(4)洞内最高平均温度不大于28℃ ;
(5)洞内噪音不得大于90dB(A);
(6)洞内最小排尘风速不得小于0.25m/s;
(7)粉尘浓度小于2mg/m。(含有10 以上游离
Si()2的粉尘),水泥尘小于6mg/m。(含有1O 以下
游离Si 水泥粉尘)。
5.2 方斗山运渣车辆数量计算
根据施工组织进度要求,每天进度达到9m,根
据施工方法每天开挖3个循环,因此出碴时间限制
在180min内。
当隧道开挖到3800m时按装碴连续性要求的
车辆数量
N=(2×L1/ 1+2×L2/ )/s+1
一(2×3.5/10×60+2×0.3/5×60)/4+1
— 13.3-~13辆 (1)
式中:
L 一非施工段长度,3500m;
一非施工段安全行车速度,取10Km/h;
L2~施工段长度,取300m;
V 一施工段安全行车速度,取5Km/h;
S一两个装碴机装碴时间;
根据出碴量验证是否满足时间要求:
T=L×S1× /V× +(2×L1/V1+2×L2/V2)
T一3×8O×1.4/10×4+(3.5/10×604-0.3/5
× 60)
===159rain~ 180rain (2)
式中:
· 57 ·
公路隧道 2010年第1期(总第69期)
卜出碴总时间;
L一循环进度3m;
K一松散系数,取1.4;
一每车运碴方量,取10m。;
£一每车装碴时间,取4rain;
Ll、 、L2、 同式(1)。
经计算满足总出碴时间要求,出碴车辆数取14
辆。
5.3 满足出碴时通风量计算
Q1一n1×ql+n2×q2 (3)
式中:
~ 挖、装机械台数,取2台;
q 一每台挖、装机械每马力排出废气量,取1.26
m。/rain·HP:
n 一同时工作的汽车台数,取14台;
gz一每台汽车每马力排出废气量,取0.84m。/
min ·H P。
代人式(3),Q1===2×1.26×497+14×235×
0.84=4016m3/min
考虑进料车、罐车、内燃机械以及车辆使用年限
等因素,修正系数取1.3。
Q1=4016×1.3===5221(m。/min) (4)
5.4 爆破、排尘的需风量计算
稀释爆破有害气体所需风量,根据施工组织安
排,稀释至允许范围内的通风时间为30min。
Q2一 丽 (5)
式中:
£一稀释通风时间,取30mini
A一每次爆破用药量,取380kg;
L一稀释区长度,取200m。
代入式(5)得:Q2一
J U
一1196 m。/rain
5.5 洞内最多工作人数所需风量
Q3=q· ·k (6)
式中:
q一洞内每分钟人均需新鲜空气,取3m3/minl
一洞内最多同时工作人数,取120人;
一备用系数,取1.25。
代入式(6)得: =3×120×1.25=450m3/min
5.6 最大所需通风量
经比较洞内所需最大风量为出碴时的风量与施
工人员所需风量之和。
Q=Q1+ 一5221+450=5671m3/min (7)
洞内风速:5671÷60-80—1.18m/s (8)
按最大风量考虑,风速满足洞内最小允许风速
0.15m/s,并不大于最大允许风速6m/s的要求。
6 风机选择及配置
6.1 通风机选择
SFD系列通风机的主要参数见表1。
表1 SFD系列通风机主要参数表
根据计算最大风量需求选择通风机械,由表1
风机技术参数,可选用SFDIl NQ12.5型通风机。该
风机技术参数为功率2×ll0KW,出口风速40m/s,
· 58 ·
SFDII No12.5
280O~ 1500
2× 37 2000~ 1500
2×18.5 1500~800
出风口面积1.226m ,风量可达到2800~ 1500
II1。/rain,两个风机并联可满足风量要求。
6.2 通风阻力计算射流风机台数
李集光方斗山隧道施工通风技术探讨
6.2.1 通风阻力计算
== = (Σ ·9.8·C~/(2gS。)+Σ ·9.8·
L . ·Q2/s2)+0.0612Σ .Q2/(s—S ) (9)
式中:
V车一局部阻力系数;
一隧道内沿程磨擦阻力系数;
一正阻力系数;
L 隧道长度;
一隧道周长;
Q 计算风量;
g一重力加速度;
S一隧道面积;
S 一障碍物面积。
左、右洞阻力见下表2。
表2 通风阻力表
代人式(9)得:/kPc=96.4Pa
6.2.2 射流风机升力计算
△ 一l0÷2xvj ×29:X(1一 )
===1.2÷ 2×40。× 2×0.015× (1— 0.029)
一27.96pa (10)
式中:
一射流风机出口风速,取40km/h;
面积比, 一Fj/Fs=1.22/80--0.015;
FJ一射流风机的出风面积,1.226m。;
FS一隧道横断面积,80m ;
一速度比; 一VS/Vj—1.18/4o===0.029;
一隧道内风速,1.18m/s。
6.2.3 射流风机台数
所需射流机台数n一△Pc/zZPj一96.4/27.96
≈3.45(台) (11)
式中: ——射流风机台数;
△Pc— — 通风阻力。
通过以上分析计算,方斗山隧道在开挖到
3800m时,采用巷道式通风是可行的,能满足通风
要求。在靠近掌子面横通道内安装一台30kw射流
风机。射流风机按计算需用3.45台,本通风计算未
考虑洞口地形,洞外风速及风向对隧道通风的影响,
为确保通风效果达到预定的目的,设计安装4台射
流风机。
6.3 通风设备及动力
通风设备及动力见表3,总功率约618kw。
表3 通风设备表
设备名称 射流风机 射流风机 轴流风机 风管
01.5m
型号 SFDⅢNo12.5 SF一100 SDS一1O 螺旋焊接
数量 4 1 2 3O0Om
备用 O O 1 1000m
动力(k 百米漏
w) l1O×4—440 30 74×2—148 风率1
7 方斗山隧道通风设计
方斗山隧道施工通风设计分3个阶段实施。
第1阶段:在开挖到达第一个车行横通道前,左
右线洞口各配一台SDS一10轴流风机,采用风管式
压入式通风,第一阶段通风长度可达到800m。第一
阶段通风方案见图1。
双速风棚 螺旋风管
图1 第一阶段通风方案示意图
第2阶段:隧道掘进超过第1个横通道100m
后,采用巷道式通风方式通风,由左线为进风道,利
用车行横通道将右线设为排风道,在左线洞内200m
处配2台SFD~INo12.5射流风机,将原洞口轴流风
机移至洞内,在横通至掌子面仍采用压人式通方式。
第二阶段通风方案见图2。
第3阶段;由式(9)可知通风阻力将随隧道掘进
长度而增加,其阻力与隧道长度的函数关系如图3。
由于通风阻力的增加,通风机的升力不足将导致通
风效果差,不能满足施工需要和劳动卫生标准要求,
因而进行方案调整,增加2台SFDⅢNo12.5射流风
机。第3阶段通风方案见图4。
· 59 ·
公路隧道 2010年第1期(总第69期)
图2 第2阶段通风方案示意图
△pj.-通风阻力
L L:隧道掘进长度
图3 隧道掘进长度与通风阻力关系图
图4 第3阶段通风方案示意图
8 通风管理及其它辅助措施
(1)成立专业的通风队伍,负责通风机械、通风
管路的安装和维护,通风方式变换。
(2)洞内沿程洒水,可以有效降低洞内扬尘。
(3)爆破后、喷射混凝土时采用洒水降尘,溶解
部分H S、氨等可溶有害气体,降低粉尘的浓度,增
加能见度。
(4)炮眼采用湿炮泥封堵,既可减少残跟,又可
使污染在源头得到治理。
(5)jJu强个人防护,做到个人防护用具的普遍化
和正确使用。
9’ 结束语
· 6O ·
在有平行双洞的长大公路隧道中使用巷道式通
风是可行有效的,且最为经济。方斗山隧道现已顺
利贯通,施工通风效果良好,达到了通风时间短,洞
内空气质量达到规定要求。巷道式通风技术在方斗
山隧道的成功运用,为方斗山隧道的快速施工提供了
有力的保证,同时投入少,取得了较好的经济效益。
参考文献
Eli 王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2000.
E2] 煤矿通风与安全编写组.煤矿通风与安全.
E3] 陆懋成,武雪都.鹧鸪山高原隧道(东口)施工通风设计
与实施Ec].国际隧道协会2001年北京研讨会论文集,
200】.
注:预览效果可能会出现部分文字乱码(如口口口)、内容显示不全等问题,下载是正常的。