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新中梁山大跨交叉段隧道通风技术.doc

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梁山 交叉 隧道 通风 技术
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1新中梁山大跨交叉段隧道通风技术成渝客运专线 CYGS-6 标一分部 刘庆金 摘要:高效节能的施工通风方案既能保证低瓦斯隧道的安全施工,又能达到节省投资的目的。通过对新中梁山隧道多条联络线低瓦斯工区施工通风方式比选、通风布置等方面的研究,解决低瓦斯隧道且洞内多弯道的施工通风问题,为类似工程提供借鉴。关键词:隧道;斜井;瓦斯;通风;联络线0前言随着经济的发展,对铁路大动脉的要求也越来越高,铁路设计速度和运营长度大幅度提高,因此,新建铁路项目长大隧道增多。在很多长大隧道施工中,施工通风已成为整个工程的难点。其中新建的很多隧道为瓦斯隧道,且在洞内分支出联络线隧道,这又对施工通风提出了新的要求。如何选择一种既安全又经济的施工通风方案,是急需解决的问题。结合成渝铁路新中梁山隧道具备低瓦斯和联络线的现场条件,选择了一种有效利用自然风流的施工通风方式,高效节能的施工通风方案既保证了低瓦斯隧道的施工安全,又能达到节省投资的目的。1、工程概况新建成渝铁路新中梁山隧道左线全长4124m,右线全长4119m,采用双线双洞分修。洞身处于IV、V级围岩段,围岩为玄武岩、砂岩、泥岩夹页岩、煤层,围岩情况较差,为低瓦斯段隧道。左右线隧道分别上跨既有襄渝铁路隧道;下穿成渝高速公路大学城左、右线隧道;下穿拟建童西线新双碑隧道以及襄渝二线新双碑隧道;右线有两个大跨段,分别接出重庆北右联络线和重庆西右联络线,左线有一个大跨段,接出重庆北左联络线。新中梁山隧道综合二队承担的施工任务有斜井、重庆北左联络线、重庆北右联络线、重庆西右联络线及左右线正洞,共计有五个掌子面,由斜井向正洞进口方向施工为独头施工。斜井斜长277 m,与右线正洞相交于YDK293+770。北左联络线全场1478米,重庆北右联络线2353米,重庆西右联络线1828米。22通风设计的原则2.1 通风设计标准隧道在整个施工过程中,作业环境应符合下列职业健康及安全标准:⑴空气中氧气含量,按体积计不得小于 20%。⑵粉尘容许浓度,每立方米空气中含有 10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于 2mg。每立方米空气中含有 10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于 4mg。⑶瓦斯隧道装药爆破时,爆破地点 20m 内,风流中瓦斯浓度必须小于 1.0%;总回风道风流中瓦斯浓度应小于 0.75%。开挖面瓦斯浓度大于 1.5%时,所有人员必须撤至安全地点并加强通风。⑷有害气体最高容许浓度:一氧化碳最高容许浓度为 30mg/m3;在特殊情况下,施工人员必须进入开挖工作面时,浓度可为100mg/m3,但工作时间不得大于 30min;二氧化碳按体积计不得大于 0.5%;氮氧化物(换算成 NO2)为 5mg/m3以下。⑸隧道内气温不得高于 28℃。⑹隧道内噪声不得大于 90dB。⑺隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量,每人应供应新鲜空气 3m3/min。2.2 通风系统⑴瓦斯隧道需要的风量,须按照爆破排烟、同时工作的最多人数以及瓦斯绝对涌出量分别计算,并按允许风速进行检验,采用其中的最大值。⑵瓦斯隧道施工中,对瓦斯易于集聚的空间和衬砌模板台车附近区域,可采用空气引射器气动风机等设备,实施局部通风的办法,以消除瓦斯聚集。⑶瓦斯隧道在施工期向,应实施连续通风。因检修、停电等原因停机时,必须撤出人员,切断电源。恢复通风前,必须检查瓦斯浓度,压入式局部通风机及其开关地点附近 10m 以内风流中的瓦斯浓度都不超过 0.5%时,方可人工开动局部通风机。⑷瓦斯隧道各工区在贯通前,应做好风流调整的准备工作。贯通后,必须调整通风系统,防止瓦斯超限,待通风系统风流稳定后,方可恢复工作。2.3 通风设备⑴压入式通风机必须装设在洞外或洞内新风流中,避免污风循环。瓦斯工区的通风机应设两路3电源,并装设风电闭锁装置,当一路电源停止供电时,另一路应在 15min 内接通,保证风机正常运转。⑵瓦斯突出隧道掘进工作面附近的局部通风机,均应实行专用变压器、专用开关、专用线路及风电闭锁、瓦电闭锁供电。⑶瓦斯隧道应采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖面的距离应小于 5m,风管百米漏风率应不大于 2%。3 斜井通风方案3.1 通风方案本方案的设计理念为开挖深度在 3500 米以内设置“一洞一机” ;超出 3500 米,增加接力风机。⑴斜井工区施工通风第一阶段斜井施工独头掘进长度超过 150m 时,开始采用压入式机械通风,暂时采用一台轴流式通风机压入式通风,当斜井分别与左右线都接通时,采用两台轴流式通风机压入式通风。如图 1 所示。⑵斜井工区施工通风第二阶段斜井施工隧道左右线正洞小里程方向分别至重庆北左、右联络线时,采用三台轴流式通风机压入式通风,分别供重庆北左、右联络线和右线正洞施工,左线正洞暂停,等出口与斜井贯通。如图 2 所示。图 1: 一 阶 段井井б¾®¹¤×÷Ãæ井井27m¦µ1.8m¦µ.8m图 2: 二 阶 段井井 井 井б¾®¹¤×÷Ãæ井井井井井井27m¦µ1.8m¦µ1.8¦µ1.8m4⑶斜井工区施工通风第三阶段斜井三条联络线隧道和出口横洞同时施工,此时出口左线至斜井位置已经贯通,采用 4 台轴流式通风机,其中 3 台通风进洞放至出口与斜井交叉位置,用来供重庆北左、右联络线和左线正洞施工。一台在原来位置不动,用来提供横洞施工供风。斜井原两台压力式风机供重庆西右联络线和右线正洞施工。同时为了保证空气清新,将增设 8 台射流风机,如图 3 所示。3. 2 风量和风压计算⑴计算参数按照《铁路隧道工程施工技术指南》 (TZ204-2008)的规定,结合施工组织,计算参数如下:①供给每人的新鲜空气量按 m=3m3/min 计;②按照分部开挖的最不利因素,隧道施工通风最小风速按 Vmin=0.15m/s 计;③隧道内气温不超过 28℃;④正洞最大开挖面积按 SZ=82.4m2计(Ⅲ级围岩全断面开挖) ;图 : 三 阶 段DK293+160YDK29+50井井井 DK293+401YDK293+057井井б¾®¹¤×÷Ãæб¾®¹¤×÷ÃæDK293+674井井 井井井08YDK293+701井 井井DK294+10YDK294+15ºá¶´³ö¿Ú¹¤×÷Ãæ井27m¦µ1.8m¦µ1.8¦µ.8mÖØÇìSDZ-125N=3kw×井SDZ-125N=3kw×井5⑤正洞上断面开挖爆破一次最大用药量 A=180kg(Ⅲ级围岩全断面开挖,每循环进尺 2m) ;⑥正洞放炮后通风时间按 t=20min 计;⑦风管百米漏风率 β=1%,风管内摩擦阻力系数为 λ=0.0078。⑵风量计算根据设计图纸要求,本项目隧道施工均采用无轨运输,且每个工作面均采用独立供风,且供风长度为 3323m,即通过斜井右线向进口掘进斜井+正洞的施工长度+重庆北右联络线。①按洞内允许最小风速要求计算风量Q 风速 =Vmin×SZ×60s=0.15×82.4×60s=741.6(m3/min)②按洞内同时工作的最多人数计算风量Q 人员 =3×m×1.2=3×70×1.2=252(m3/min)m-坑道内同时工作的最多人数,正洞按 70 人计。③按洞内同一时间爆破使用的最多炸药用量计算风量Q 炸药 =(5×A×b)/t=(5×180×40)/20=1800(m3/min)b——公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积,取 40L。④按瓦斯绝对涌出量计算Q 瓦 =K2·Q 绝 /(Bg允-Bg送)=1.6×3.03/0.005=970m 3/min式中:K2—风量备用系数,考虑隧道掘进断面不平、风筒漏风、瓦斯泄漏不均衡等因素,取K2=1.6;Q 绝 —瓦斯绝对涌出量,取实测数据,可先取炮台山参考值 3.03m3/min,在施工中按实测值进行调整;Bg允—工作面允许瓦斯浓度,根据煤矿安全规程取 0.5%;Bg送—送入风流中瓦斯浓度,新鲜风流瓦斯浓度为 0。⑤按洞内使用内燃机械计算风量计算公式:Q 内燃 =Q0×ΣP式中:ΣP——进洞内燃机械马力总数。该隧道洞内内燃动力在出渣时期有 ZLC50 侧卸式装载机和 CQ1261T 自卸汽车。其中侧卸式装载机2 台,最大功率 162kw,计算功率 145kw;4 台自卸车(满载车 2 台,空车 2 台) ,满载功率按 110kw,6计算功率 99kw,空车计算功率按满载 80%计,即 79kw。则需要风量为:Q 内燃 =Q0×ΣP=3×(145×2+99×2+79×2)=1938m 3/minQ 需 =max(Q 风速 、Q 人员 、Q 瓦 、Q 炸药 、Q 内燃 )=1938 m 3/min⑶风管漏风损失修正风量洞外风机通过在斜井与正洞交叉处,为工作面供风,通风计算取最大通风长度 L=3323m。风管百米漏风系数 β 为 1%,风机所需风量为 Q 机 为:B=L/100=3323/100=33.23A=(1-β) B=(1-0.01) 33.23=0.72Q 机 = Q 需 /A=1938/0.72=2692m3/min⑷风压计算C=ρ×L=1×3323=3323;W=C/2D=3323/(2×1.8)=923S 风管 =πD 2/4=2.54m2; V= Q 机 /S 风管 =2692/2.54=1060m/minH 摩 =λ×W× 2=0.0078×923×10.62=809Pa式中:ρ——空气密度,按 ρ=1.0kg/m 3计。V——风管内平均风速。系统风压 ,为简化计算,取 H=1.2H 摩其 他正局摩 hhH=1.2 H 摩 =1.2×809=971Pa3.3 风机选型根据上述 Q 机 、H 的计算结果,参考风机性能曲线选择分机,要求风量、风压处于被选择分机的高效区内,即 η=0.8 为佳。SDZ- NO125 型穿山甲轴流流风机功率为 135kW,每台风机风量 2400 m3/min,压力 2500Pa,每个洞内配备两台风机,故压力为 5000Pa>H(971Pa),高效流量 4800m3/min>Q 机 (2692m 3/min) 。因此风机选用 SDZ- NO125 型穿山甲轴流流风机,配以 φ1800mm 穿山甲双抗软质风管。风管采用 φ1800mm 软质双抗(抗燃烧、抗静电)风管,每节 30m, ,具有风阻小、漏风低,强度高等优点。射流风机选用 SDS-No12.5 型,该型风机功率 37kW,出口风速 30.8m/s,风量 37.8m3/s,共计需要 8 台。3.4注意事项⑴风机进风口处应高于地面约一米,范围五米之内不得堆放杂物,以免风机吸入造成损害及危7险;⑵风机控制柜应安放在干燥、无灰尘的地方,并按要求接线;⑶风管应直线安装,避免弯头、折角、漏风现象;⑷在使用多速隧道轴流通风机时,当需由高速档转入中、低速档或由中速档转入低速档时,必须在确认风机完全停止运转后,方可进行档速变换,否 则将导致电机的损坏。4、总结施工通风是降低瓦斯浓度最有效、最重要的手段。对于隧道通风来说,较高的通风效率是良好经济效益的保证,合理的气流组织是隧道施工安全的保证。因此,新中梁山隧道通过采取“合理布局、优化配置、防漏防阻、消烟防尘、严格管理”等一系列措施,选择了一种有效通风方案,较好的解决了小断面、低瓦斯、多联络线、独头掘进等隧道通风难题,获得了满意的通风效果、大大降低了施工成本,达到了预期目的。
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