特长隧洞钻爆施工通风技术研究-1.doc

特长隧洞钻爆施工通风技术研究摘 要：以锦屏二级水电站4引水隧洞工程施工为背景，对特长隧洞施工通风技术进行研究。通过对隧洞围岩地质、断面条件、施工方案及其产生的污染物质特点，结合隧洞开挖及施工环境标准，提出了特长隧洞施工通风设计原则，确定了通风方式以及通风系统布置，计算得出了特长隧洞施工通风风量和风压等参数并据此给出了风机选择方法，同时对通风洞进行了初步分析.实践表明,研究出的特长隧洞施工通风技术能够满足目前4#引水隧洞的施工需要，可确保施工人员安全。关键词：隧道工程;通风技术；特长隧洞；施工1 引言锦屏二级水电站隧洞群建设规模庞大,引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km，中心距60m，包括A、B辅助洞共有7条深埋特长隧洞，且由于工程需要，7条隧洞全部同时开工，其中A、B辅助洞在其他4条引水隧洞前贯通。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3。65，由进口底板高程1618。00m降至高程1564.70m与上游调压室相接.2#、4#引水隧洞为钻爆法施工，1#、3#引水隧洞为TBM施工，已施工1支洞长度750。76m，2支洞长1041.47m。实际钻爆法施工独头掘进通风距离达到了12.5km，TBM独头掘进通风距离达到了14.5km。请参见图01目前以及后续的施工通风存在极大的困难，主要体现在以下几个方面：一是实际情况决定了只能采用风管式进风，因隧洞特长致使通风难度非常高；二是因7条隧洞同时开挖使得工程量大大增加，爆破及运输产生的粉尘和废气成倍增加，总风量与风压要求提高。因此，要保证锦屏特长隧洞通风特别是工作面爆破后通风使空气质量较快达到施工要求,同时 图01 锦屏隧洞群平面布置图还须确保整条已开挖完成隧洞段通风质量是一大难题。尽管目前仅处于施工初期,已掘进隧洞长度较小，但已出现通风困难、施工人员因严重缺氧晕倒等事故。本文针对采用钻爆法施工的锦屏电站4#引水隧洞的通风方式、参数及其布置进行研究，以此确保施工过程中各个工点和地下各个区段具有足够的新鲜风量和风压1，从而使锦屏工程建设能够安全、快速和顺利完成。2 施工方案及主要污染源隧洞施工通风目的就是要确保各个施工地点以及整条隧洞在任何时候均能确保通风质量，而在隧洞中空气质量的好坏与施工方案本身和施工设备及其产生的污染物质与程度有密切关系.2.1 施工方案4引水洞东端长度为11918.175m,全部采用上下台阶钻爆法掘进，人工风枪钻孔,石渣通过无轨运输倒运到横通道附近，利用移动破碎站经连接皮带机转至3#引水洞连续皮带机运输至洞外.永久支护以喷混凝土为主，部分洞段采用混凝土衬砌.其它辅助洞室采用钻爆法掘进,小型装载机配自卸车出渣。2。2 主要污染源因隧洞开挖施工中爆破、运输等产生的主要污染源见表1。表1洞内主要污染源序号污染源产生原因备注1炮烟开挖面爆破2粉尘开挖面爆破、混凝土喷射3施工机械尾气洞内出碴、运输、辅助作业挖掘机、装载机、自卸车等4H2S围岩中的大理岩有毒气体5地温洞体埋深较大3 施工环境标准及施工通风设计原则依据相关施工规范，必须把施工中发生的有毒有害物质和新鲜风控制在施工人员可以接受的即国家规定的标准内,以此确保施工人员安全，并据此确定施工通风设计原则2.3.1 施工环境标准（1) 有害气体按相关规范,地下工程施工中有害气体允许浓度规定列于表2。表2空气中有害气体的最高容许浓度气体名称体积浓度重量浓度%Ppm（即106）（mg/m3）二氧化碳(CO2）0。55000一氧化碳(CO)0.00242430氮氧化合物换算成二氧化氮（NO2）0。000252.55二氧化硫（SO2）0.000525.215硫化氢(H2S）0.000666.610甲烷（CH4）1醛类（丙烯醛）0.3CO容许浓度当作业时间在1h以内时,可放宽到50mg/m3,半小时以内可达100mg/m3，1520min可达200mg/m3。在以上条件下反复作业时，两次作业时间应间隔2h以上.（2） 粉尘按相关标准2，地下工程施工有关的粉尘允许浓度列于表3。表3空气中粉尘容许浓度粉尘种类允许浓度（mg/m3）含有10以上游离二氧化碳的粉尘（含石英、石英岩等）2石棉粉尘及含有10以上的石棉粉尘2含有10以下游离二氧化硅的滑石粉尘4含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘6游离二氧化硅含量在10%以下不含有毒物质的矿物性和动植物性等其它粉尘与煤尘10含有80%以上游离二氧化硅的生产粉尘1（3） 风速与风量洞内最低风速应不小于15m/min，最大风速应不超过240360m/min；洞内风量要求：每人每分钟供应新鲜空气不少于3m3;洞内使用柴油机械施工时,每马力每分钟供风4m3，并与同时工作人员所需的通风量相加；洞内空气中的氧气含量不低于20%。3。2 施工通风设计原则借鉴我国已建成和在建隧道施工通风设计经验34，遵循技术上可行、安全上可靠、经济上合理的原则。首先，从经济、维修方便的角度出发,并在满足通风效果的前提下，尽量减少风机的品种、型号；其次,在净空允许的情况下，尽可能采用大直径风管，以减少能耗损失;最后，通过适当增加一次性投入，减少通风系统的长期运行成本.4 通风方式和通风系统布置分析按照隧洞施工通风技术方法57，结合隧洞实际情况，确定通风方式并进行通风系统布置。4。1 通风方式4引水洞施工期间通风分为三个阶段、两种通风方式。第一阶段为TBM掘进之前，3、4#引水洞、通风洞钻爆法施工阶段，采用独立的压入式通风方式；第二阶段为3#引水洞TBM掘进、2#引水洞钻爆法施工阶段;第三阶段为3引水洞已贯通,4引水洞钻爆法施工阶段，两座隧洞采用联合形成巷道式通风.4。2 通风系统布置通风系统还包括4引水洞钻爆段、横通道及通风洞，构成平行巷道的循环通风和掘进工作面的管道通风两部分。在4引水洞引16+129.129处左侧开挖一条断面为6。0m5.8m长为329。409m的C5通风支洞，斜交连接通风主洞（通风主洞断面为7。0m6.5m，长594。619m；C4通风支洞也连接通风主洞，断面为5.0m6.0m，长274。569m）,在洞内布置通风机将污浊空气抽出洞外。第一阶段在东引1#施工支洞与2引水洞交叉口布置通风机。第二、三阶段TBM风机布置在1#施工支洞与3#引水洞交叉口处,钻爆法施工风机布置在横通道附近。为避免污浊空气通过东引2施工支洞向其它洞内扩散，在东引2#施工支洞至C5通风支洞与4#引水洞交界点之间设两道风门，车辆通过时交替开启。请参见图02、03图02 4#洞通风布置示意图（无轨运输） 图03 4洞利用横通道取风示意图5 通风参数计算及通风设备选择5.1 设计参数3# 引水隧洞采用TBM施工,其中TBM施工长度13427m,4#引水隧洞采用钻爆法施工，施工长度11918m，两洞均主要采用皮带输送机出渣。按照施工组织设计安排推算，当3#引水洞贯通时, 4引水洞钻爆工作面将预计施工8800m,预计TBM超前4600m。3、4引水洞之间的横通道间距按1000m考虑。按进度安排和横通道间距计算， 4引水洞钻爆工作面的最大管道长度为2000m.以下主要对4#引水隧洞通风各参数进行计算.(1）开挖面积：S137m2。（2）一次钻爆法开挖长度：L4.0m；（3）单位体积耗药量：1.5kg/m3；（4）一次爆破用药量:G822kg；（5)洞内最多作业人数：120人；（6）爆破后通风排烟时间：T=30min；（7）隧道内平均风速不应低于15m/min。5.2 通风计算(1）风量计算依据隧洞内平均风速应大于0.25m/s的要求,工作面风量为取单位炸药用量1。5kg/m3，单循环进尺4m,一次爆破炸药用量G=822kg，按在30min内排烟计算，工作面风量为其中 -炮烟抛掷长度，（2）供风管道当横通道的间隔为1000m时，钻爆工作面风机的最大通风长度2000m，取管道平均百米漏风率1。2%，2000m管道漏风系数为钻爆工作面风机的供风量应为：则取钻爆工作面风机的设计风量:（3）风压计算拟采用风机管道直径1.8m，2000m管道的风阻系数, 管道通风沿程压力损失 。由此，则取通风机设计全压3000Pa,电动机功率N=2110kw。（4）风机选择依据上述各计算参数选取钻爆工作面风机，采用对旋式轴流通风机，设计风量3000m3/min，全压3000Pa，电动机功率2110kw，双级调速.6 通风洞及其施工方案分析 图04 对旋式轴流通风机为后续隧洞施工能获得较好的新鲜空气即保证能够按照上述计算得到的参数进行施工通风,最好专门设置相应的通风洞，在此仅做简单的分析。在2#引水洞16+141处左侧开挖一条断面为5.0m6。0m（主洞断面为7。0m6.5m）长为869。188m的通风主洞，坡度151%。在4引水洞引16+141处左侧开挖一条断面为6。0m5.8m,长为329。409m的通风支洞，连接通风主洞，坡度24。02%4。17%。开挖时初期支护参数为：全断面喷射C25混凝土厚5cm，局部挂网6。5，150150mm，随机布设L=3m22普通砂浆锚杆;交叉口加强支护为：在洞交叉口处两侧各10m范围设置两排锁口锚杆，L=4.5m，1.01.0m；主洞出口段10米范围加强支护：设置I16钢拱架，间距1m；喷射C25混凝土厚18cm，挂网6。5，150150mm，L=4.5m普通砂浆锚杆,间距 1.01.0m.采取两个工作面进行施工，一个工作面从引(4）16+129.129处进行排风的通风支洞斜坡段开挖，另一个工作面通过引（2)16+141处进行排风的通风支洞施工完成后，从C4通风支洞通0+290。258进行从引(4）16+129。129处进行排风的通风支洞直洞段开挖。通风主洞从调压井交通洞开挖施工支洞，分两头开工作面进行开挖,施工支洞长86.319m，坡度12。771。采用钻爆法施工,全断面开挖,无轨运输出渣。由于通风支洞和施工支洞断面较小，需要每间隔50100m扩挖一个会车道，利于装渣作业。7 结论（1） 从隧洞实际施工看，提出的施工通风技术可以确保锦屏工程特长隧洞开挖中的人员安全，能够满足工程要求。（2) 提出的施工通风技术及其参数仅得到目前隧洞开挖实践验证，随着隧洞向前施工的进行，通风效果还有待于检验,同时因锦屏工程是包括多条特长隧洞的特大规模的隧洞群，隧洞与隧洞之间施工通风会有极大的干扰和影响，在后续实际施工中对通风系统及方案的研究还应加强，以保障施工人员安全和整个工程顺利完工。参考文献1 刘柏林、程久胜 夹活岩特长公路隧道通风方案研究J。 现代隧道技术。 2005， 42（1):4147, 512 中国水利水电十四工程局主编 水工建筑物地下开挖工程施工技术规范（DL/T5099-1999）,19993 工业企业设计卫生标准（TJ3679）4 王兵 马鞍山特长隧道通风设计参数选取的研究J。 隧道机械与施工技术。 2007, 5:44-45, 515 关宝树 隧道工程施工要点集M。 北京:人民交通出版社，20036 刘赤贞 秦岭特长隧道施工通风设计J。 西部探矿工程. 2001， 1:75767 肖杨 长大隧道的施工通风J。 四川水力发电。 2008， 27(5):22244