公路特长隧道通风施工技术的应用研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD1 工程概况235国道景泰交界至泰顺司前段改建工程中，小燕隧道位于项目起点景泰交界处，为特长隧道，隧道全长 4 345.69 m，其中景宁段 870.1 m，泰顺段 3 472 m，本 项 目 施 工 泰 顺 段（K5+600K9+072；ZK5+600ZK9+055）。小燕隧道为分离式双向 4车道隧道，单洞净宽 10.25 m，净高 5 m，隧道纵坡为-1.56%（本标段为上坡施工）。由于设计与丽水市交界，需要独头掘进3 472 m，施工通风难度大。经分析比较后，认为分阶段采用压入式通风、压入式接力+永临结合射流风机通风方法较为适合小燕隧道特长隧道通风施工，可以较好地提高隧道进洞后的通风效果，避免因通风效率低造成隧道施工功效较慢，实现隧道掌子面开挖循环工序效率提高。2 特长隧道通风优化施工思路根据以往隧道施工经验和小燕隧道特长隧道的实际情况，施工通风采用长管路压入式通风为主，射流风机辅助通风的方案。经比选，小燕隧道出口段选用功率为2132 kW的轴流式通风机（风量达3 0001 300 m3/min，通风阻力达1 2006 500 Pa），用于正洞出口方向通风，风管直径为 1 500 mm。考虑风机启动时产生较大的冲击力，为防止软风管在瞬间冲击力的作用下撕裂，邻近风机50 m范围内风管采用铁圈加强风管；在距离隧道洞口约1 500 m处，接入1台功率为275 kW的轴流式通风机同型号风机形成串联通风系统。采用永临结合设置射流风机，射流风机的型号采用隧道运营通风的射流风机型号，其安装按照运营通风风机布置进行。此外，采用一定措施控制施工过程中的污染源，如使用排气符合环保要求的装载机和自卸车进洞，必要时安装排气净化装置，放炮后采取水幕降尘改善洞内的尘埃污染等。采用压入式通风结合永久射流风机的科学通风技术，严格隧道施工通风管理，确保施工人员安全和健康，为提高隧道掘进施工创造良好条件。3 通风量计算及风机选型根据本工程的实际情况，施工时，小燕隧道出口端左洞独头掘进3 455 m，右洞独头掘进3 472 m。考虑整个施工阶段通风距离最长，因此风机的选型以最长为准。3.1 掌子面需风量计算1）按洞内同时工作的最多人数计算供风量Q=3k m=3 1.5 50=225(m3/min)（1）式（1）中：取每人呼吸所需新鲜空气量为3 m3/min；k为风量备用系数，高原取1.5；m为洞内同时工作的最多人数，50人。2）按同时爆破的最多炸药量计算供风量Q=5Abt=5 192 4030=1280(m3/min)（2）式（2）中：A为同时爆破的炸药消耗量，单位kg，取192 kg；b为公斤炸药爆破时构成的有害气体体积，单位L，取40 L；t为通风时间，单位min，按30 min计。3）按爆破后稀释CO至许可最高浓度计算供风量Q=5b10 A Kt 60=54010 192 1.330 60=624(m3/min)（3）式（3）中：A、t符号意义同前；K为风量备用系数取1.30。4）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Q压=7.8tA (SL)23=7.830192 (76 53.4)23=381.6(m3/min)（4）式（4）中：S为巷道断面积，单位m2，取76 m2；L为通风收稿日期：2022-11-13作者简介：蒋鸿彬，男，工程师，研究方向为公路工程。公路特长隧道通风施工技术的应用研究蒋鸿彬（中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361021）摘要：为解决公路特长隧道施工中，由于隧道顺坡施工导致洞内通风效果差、隧道通风困难影响现场施工效率等问题。在合理优化特长隧道施工通风设计，更加经济和规范地设置隧道风机功率及布置方式来满足特长隧道通风施工要求。通过对公路特长隧道通风设计的优化，在确保经济及效益的前提下采用压入式通风、压入式接力+永临结合射流风机通风方法，以确保特长隧道通风要求。关键词：特长隧道；洞内通风；压入式接力；永临结合中图分类号：U453.5文献标识码：B151总654期2023年第24期（8月 下）区段长度，单位m，L=15+A5=53.4m；A、t符号同前。5）按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算供风量p=103 0.65+1 195 0.65+205 2 0.65=460.2kW（5）Q=k1p=4 406.2=1840.8(m3/min)（6）式（5）（6）中：k1为内燃机单位功率指标柴油机废气排量，单位m3/min.kW，取4 m3/min.kW；p为内燃机功率，按额定功率计算，装载机每台额定总功率195 kW按65%，挖掘机每台额定总功率103 kW按65%，自卸车内燃发动机每台额定总功率205 kW按65%。6）按满足工作面最小风速计算供风量Q=60V S=60 0.15 76=684(m3/min)（7）式（7）中：V 为工作面最小风速，单位 m/s，不小于0.15 m/s。上述计算中结合不同断面和开挖方法计算得出，因此最大值为本工程的设计风量。取上述风量的最大值作为设计风量，因此工作面所需风量应大于1 840.8 m3/min。3.2 风机风压计算考虑为3 452 m：从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。1）动压计算H动=12 v2=12 0.972 5.62=15.24(Pa)（8）式（8）中：为空气密度，单位kg/m3，取0.972 kg/m3；v为末端管口风速，单位m/s，取5.6 m/s（按工作面最小风速折算）2）静压计算隧道摩擦阻力：h摩=LUQ2S3=0.0013 3452 3.14 1.5()2816.4602()3.14 0.7523=8439.25Pa（9）式（9）中：为管道摩阻系数；L为管道直径；U为风道周边长度；Q为风流量；S为风管截面积；局部阻力：h局=v22g=0.853()2816.460 3.14 0.75222 9.81 12=368.48Pa（10）式（10）中：为局部阻力系数；v为风流经过局部断面形状变化后的速度；g为重力加速度；为风管的单位摩擦阻力，单位N/m3，取12 N/m3。3）系统风压h=h动+h静=8454.49Pa3.3 电动机容量计算考虑为3 452m计算：N=Qh1000123B=2816.460 8454.491000 0.95 0.95 0.95 1.2=555.44kW（11）式（11）中：Q为总需风量；h为总压力；1为静压效率；2为机械效率；3为传动效率；B为电机容量储备系数。通过对小燕隧道出口段左右洞的断面积、通风距离的长度、不同的施工通风阶段的划分，最终计算得到风机技术参数。4 总体通风方案本工程通风采用两种通风方案，分两次进行实施，第一阶段通风为隧道掘进1001 500 m，第二阶段通风为隧道掘进1 5003 472 m，4.1 第一阶段通风隧道正洞采用出口单向独头掘进施工。第一阶段通风过程中，出口端独头掘进1 500 m，采用距离隧道洞口外约30 m处布置1台功率为2132 kW的轴流式通风机压入式通风，具体布置详见图1。图1 小于1 500 m隧道通风设计示意图4.2 第二阶段通风第二阶段通风过程中，采用距离隧道洞口外约30m处布置1台功率为2132 kW的轴流式通风机压入式通风。在距离隧道洞口约1 500 m处，接入1台功率为275 kW 的轴流式通风机同型号风机形成串联通风系统。满足隧道风管出口端的风压，具体布置详见图2。5 通风布置经济分析当小燕隧道第二阶段大于2 500 m通风时，由于风机风压需达到8 454 Pa，根据风机选型2250 kw的轴流式通风机最大风压为8 000 Pa，也无法满足通风要求，项目拟采用接入1台功率为275 kw的轴流式通风机形成串联通风系统。152交通世界TRANSPOWORLD2132 kW的轴流式通风机最大风量为3 000 m3/min，可以满足3 452 m的风机最小供风量2 816.4 m3/min，但根据型号及参数表，2132 kW的轴流式通风机可提供的最大风压为6 500 Pa，无法满足3 452 m的分压要求，且高效风量为2 691 m3/min。经风压计算考虑动压+静压+局部阻力，2132 kW的轴流式通风机最大风压为6 500Pa，只能最大满足2 900 m的风机最小总风压要求。经过计算，2132 kW的轴流式通风机考虑风机无法一直保持最大功率，且考虑风机折旧就老化问题，项目计划至2 500 m增加风机形成串联通风系统。经计算满足剩余1 000 m的通风需求，275 kW轴流式通风机最大风量为2 281 m3/min，且高效风量为1 863 m3/min，掌子面所需风量为1 840.8 m3/min，可以满足剩余1 000 m的风机最小供风量要求，且最经济可行。该风机风压最大为 4 628 Pa，也可以满足剩余 1 000 m 的风压要求。为最优方案。当隧道掘进较深时，为更好地提高隧道通风效率，提高施工进度，由于项目部为国道项目合同内包括机电施工，项目可以采用永临结合设置射流风机，射流风机的型号采用隧道运营通风的射流风机型号，其安装按照运营通风风机布置进行。采用永临结合减少了项目的设备投入。项目可以根据施工的实际情况进行射流风机的使用，可以更加高效的通风。小燕隧道选用功率为 2132 kW 的轴流式通风机（风量达30001300m3/min，通风阻力达12006500Pa），经计算可以满足第一阶段2 500 m内的通风要求。如采用2185 kW的轴流式通风机，则功率上增加106 kW。按照平均每天通风时间，由于小燕隧道级围岩占比70%，级围岩占比29%，按照每天1.5个循环（出渣21.5=3 h，支护喷浆41.5=6 h，其余通风时间1 h，每天通风时间约10 h），按照每循环平均施工进尺为3 m，则每天平均进尺为4.5 m，1 500 m需施工333 d。如采用2185 kW的轴流式通风机，小燕隧道总用电量需多消耗106103332=705960 kW，按照项目每度电费为1.2元，考虑前期通风无须满功率按照折合系数0.6，则可以节约7059601.20.6=508291元。6 结束语通过优化特长隧道通风施工技术，提高了特长隧道通风施工的效果和经济性。同时，该施工技术增加了顺坡独头掘进3 500 m的通风施工经验，为满足现场施工通风规范化、标准化起到重要作用，可为今后的公路特长隧道通风施工提供参考。参考文献：1 连佳盛，代家壮.浅谈特长隧道施工技术难点及解决措施J.建筑与预算，2021（10）：65-67.2 黄志伟，彭晓春.高速公路隧道通风设计的分析研究J.西部交通科技，2020（6）：105-107.3 凌虎.安全运营条件下公路隧道照明通风系统节能优化设计J.中小企业管理与科技（中旬刊），2019（7）：156-157.4 万建国，彭劲松.公路隧道营运通风节能优化设计探讨J.现代隧道技术，2019，56（S2）：471-477.5 王知君.中天山隧道施工通风数值模拟J.技术与市场，2010，17（10）：1-2，4.6 刘生，周飞，李鹏举.特长公路隧道独头掘进施工通风设计与数值模拟分析J.探矿工程（岩土钻掘工程），2010，37（3）：74-77.7 杨超，王志伟.公路隧道通风技术现状及发展趋势J.地下空间与工程学报，2011，7（4）：819-824.图2 不小于1500 m隧道通风设计示意图涵涵顶应力影响分析J.粉煤灰综合利用，2021，35（6）：34-40.4 荀绚，刘颖波.深厚软基条件下PHC管桩在盖板涵中的应用及受力特性分析J.福建交通科技，2021（8）：60-63，89.5 陶庆东，何兆益，贾颖.高填方土石混合体填料盖板涵垂直土压力计算新方法J.科学技术与工程，2020，20（25）：10388-10398.6 宋明，曾琛超，舒恒，等.钻爆法公路隧道装配式衬砌力学性能研究J.低温建筑技术，2020，42（5）：83-86，95.7 兰涛，李然，阎田，等.翼缘盖板内置型可恢复功能装配式开洞槽钢梁柱节点力学性能及受力机理研究J.工业建筑，2020，50（3）：36-42.（上接第147页）153