兩廣隧道榕木斜井及正洞壓入式與射流混合通風技術

王克金

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

1 工程概況

貴廣客運專線兩廣長大隧道，起于廣西壯族自治區賀州市步頭鎮南水村，止于廣東省懷集縣藍鐘鎮下竹水庫區西南，全長8 560m，起訖里程為DK614+480～DK623+040，為山嶺深埋隧道，隧道最大埋深約722.6m。

兩廣隧道為長大隧道，為加快施工進度，實施長隧短打。

設置了斜井輔助坑道。隧道在DK617+300右側設置與線路方向呈90°的榕木斜井，綜合坡度為9.6%;斜井采用無軌運輸雙車道襯砌斷面，井口里程XDK1+080，斜長1080m。為保證隧道順利按質按期貫通，加快施工進度，同時改變工人施工環境，方便施工，保證工人、技術人員的身體健康，解決隧道通風成了關鍵問題。

2 通風設計

2.1 總體設計思想

兩廣隧道榕木斜井長1 080m，進入正洞后，壓入式通風主攻方向(廣州方向2 540m)長度3 620m，按3 600m計算，副攻方向(貴陽方向1 395m)通風長度2 475m，按2 500m計算。斜井為雙車道斷面，按照設計初步計劃安裝兩條φ1.5m風管。斜井采用無軌運輸出碴，在距斜井洞口25m處設置4臺SDF(B)-No18隧道施工專用軸流通風機。主洞兩頭同時施工，每頭最大配用電機功率分別為:低速22×2 kW，中速45×2 kW，高速132×2 kW，擁有6個擋位的通風量(可隨距離的增加逐步增加供風量)。采用帶鋼筋肋加強柔性風管，風管鋼筋肋間距為0.3m，節長20～50m。每個工作面增加1臺射流風機，增加該處風流。

2.2 洞內施工所需風量計算

(1)按洞內同時工作的最多人數計算風量

式中 q——洞內每人每分鐘所需新鮮空氣量，《隧規》規定按每人每分鐘3m3計算;

m——洞內同時工作最多人數，副攻方向按45人考慮，主攻方向按50人考慮;

k——風量調整系數，取1.10～1.15。

計算結果為副攻方向需風量148.5m3/min，主攻方向需風量165m3/min。

(2)按滿足洞內允許最小風速要求計算風量

式中 s——隧洞開挖斷面，116.11m2;

v——允許最小風速，全斷面開挖取0.15m/s。

計算結果為主、副攻方向均需風量1 045m3/min。

(3)按同時爆破的最多炸藥量計算

式中 t——通風時間，30 min;

A——一次爆破炸藥消耗量，418 kg;

b——每公斤炸藥爆破時所構成的一氧化碳體積(L)，一般采用b=40 L。

計算結果為主、副攻方向均需風量2 787m3/min。

(4)按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計算

A、t、b 符號意義同前;

k為風量備用系數，取1.10。

計算結果為主、副攻方向均需風量1 339m3/min。

(5)按壓入式通風30 min內將齊頭工作面爆破產生的有害氣體濃度稀釋到允許濃度計算

式中 s——隧道斷面積，70m2;

L——通風區段長度，取100m，即工作面向洞口方向100m范圍內;

A、t符號同前。

計算結果為主、副攻方向均需風量1 049m3/min。

(6)按稀釋內燃機排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計算

式中 Q——柴油機廢氣排量。假定當一個工作面出碴時，洞內有自卸車8輛(柴油發動機排氣量9.3 L，轉速1 900 rpm)，3 輛重車，3輛空車。ZL50C裝載機1臺(柴油發動機排氣量7.6 L，轉速2 100 rpm)，取重車及裝載機的負荷率0.9，轉速系數1.0，空車負荷率0.3，轉速系數0.8;

δ——稀釋系數，10.6;

η——安全系數，1.5。

計算結果為主、副攻方向均需風量2 310m3/min。

取上述風量的最大值作為設計風量，故工作面所需風量應大于2 787m3/min。

(7)考慮漏風因素

據風管廠提供的技術指標，百米漏風率正常時可控制在1.5%以內。本方案通風距離考慮主攻方向3 600m，副攻方向2 500m，據此計算漏風系數

式中 L——通風距離，主攻方向3 600m，副攻方向2 500m;

P100——百米漏風率，取1.5%。

計算結果為P主攻=2.17，P副攻=1.60。

故計算結果為主、副攻方向需最大風量為6 048m3/min和4 459m3/min。

2.3 系統風壓計算

從理論上講，通風系統克服通風阻力后在風管末端風流具有一定的動壓，克服阻力則取決于系統靜壓，動壓與靜壓之和即為系統需供風壓。

(1)動壓計算

式中 γ—空氣密度，1.2 kg/m3;

v——末端管口風速，5.2m/s。

計算結果H動=16 Pa。

(2)靜壓計算

管道摩擦阻力

式中 λ——管道摩阻系數，0.015;

ν0——管道內平均風速，，主攻方向 20.87m/s，副攻方向17.92m/s;

L，γ，Qmax，Q 符號意義同前;

d——風管直徑。

計算結果 h主靜:8 820 Pa，h副靜:4 516 Pa。

系統風壓

計算結果 H主:8 836 Pa，H副:4 532 Pa。

2.4 風機選擇

選用山西省侯馬市鑫豐康風機有限公司提供的SDF(B)－No18型對旋式軸流風機，設計風量2 973～6 100m3/min，風壓782～5 124 Pa，電動機功率4×185 kW，三級調速，通風軟管直徑1.5m，送風長度主攻方向3 600m，副攻方向2 500m。

2.5 系統布置

榕木斜井施工正洞通風系統布置見圖1。

圖1 榕木斜井正洞通風系統示意

3 結論

按照設計的通風系統，應用于兩廣隧道榕木斜井及正洞，經現場施工實踐檢驗，工作面及二襯施工段均在25℃左右，完全符合施工要求，解決了長大隧道的通風難題。

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