銅鑼山特長公路瓦斯隧道施工通風方案的研究

蔣 剛，陳玉峰，袁明偉，劉 靜

(1.四川南渝高速公路有限公司，四川南充 637000;2.中建三局第三建設工程有限公司，遼寧大連 116041)

1 工程概況

銅鑼山隧道是南充～大竹～梁平(川渝界)高速公路穿越銅鑼山山脈而設的特長隧道，隧道進口～中部～隧道出口的線間距為15.3～38.1～30 m，隧道進、出口分別位于大竹縣余家鎮麂子壩煤礦和石橋鋪二煤廠附近，左、右線最大埋深分別為468 m 和478 m。隧道共設車行橫通道5個，人行橫通道8個，車行橫通道位置的隧道異側設緊急停車帶5處，緊急停車帶長40 m，有效長30 m。

隧道左洞平面線性為半徑3350 m 的曲線，坡度為+1.7%及－0.8%的人字坡，全長5015 m;隧道右洞平面線性為半徑2950 m 的曲線，坡度為+1.7%及－0.8%的人字坡，全長5032 m。

隧道穿越珍珠沖組和須家河組含煤地段。須家河組T3xj7、T3xj5、T3xj3、T3xj1為區域性泥巖含煤段。各含煤段施工絕對瓦斯涌出量均已超過0.5 m3/min，根據《鐵路瓦斯隧道技術規范》，隧道兩端須家河組(T3xj)地層段均屬高瓦斯工區。

2 公路瓦斯隧道通風要求

(1)瓦斯工區施工通風需風量，應按洞內同時工作人員需風量、爆破作業需風量、作業機械需風量、掌子面(或回風巷)最小風速需風量、稀釋瓦斯需風量經計算后取最大值。

(2)瓦斯工區施工區域風速不宜低于0.5 m/s，消除瓦斯積聚的風速不小于1 m/s。

(3)對瓦斯易積聚的空間和襯砌模板臺車附近區域，可采用局扇等設備實施局部通風來消除瓦斯積聚。

(4)瓦斯隧道各開挖工作面必須采用獨立通風，嚴禁任何兩個工作面之間串聯通風。

(5)瓦斯工區在施工期間，應實施連續通風。因檢修停電等原因停風時，必須撤出人員，切斷電源?；謴屯L前，必須檢查瓦斯濃度。當停風區中瓦斯濃度不超過1%，并在壓入式局部通風機及其開關地點附近10 m 以內風流中的瓦斯濃度超過1%時，必須制訂排除瓦斯的安全措施?；仫L系統內還必須停電撤人。只有經檢查證實停風區中瓦斯濃度不超過1%時，方可人工恢復局部通風機供風的巷道中一切電氣設備的供電。

3 公路隧道常見的施工通風方式

3.1 壓入式通風

壓入式通風是將軸流風機安設在距離洞口30 m 以外的新鮮風區(上風向)，通過通風管將新鮮風壓送到開挖工作面，稀釋有害氣體，并將污風沿隧道排出洞外，如圖1 所示。壓入式通風的優點是有效射程大，沖淡和排除炮眼的作用比較好，工作面的污濁空氣沿隧道流出，沿途帶走隧洞內的粉塵及有毒有害氣體，對改善工作面的環境更有利。缺點則是長距離掘進排出炮煙需風量大，通風排煙時間較長，回流風污染整個隧道。

圖1 壓入式通風

3.2 抽(排)出式

此方式細分為抽出式和排出式。抽出式通風是將通風機安設在距離洞口30 m 以外的下風向，通過剛性負壓風管將開挖工作面產生的污風抽出洞外，新鮮風沿隧道進入到開挖工作面，其布置方式如圖2 所示。

圖2 抽出式通風

排出式通風是將通風機安設在開挖工作面污染源附近，通過通風管將污風排出洞外，洞外通風管出風口也需在距離洞口30 m 以外的下風向，新鮮風也是沿隧道進入到開挖工作面，其布置方式如圖3。

圖3 排出式通風

抽(排)出式通風的優點是在有效吸程內排煙效果好，排除炮煙所需風量小，回流風不污染隧道。缺點則是有效吸程很短，只有當風筒口離工作面很近時才能獲得滿意的結果。

3.3 混合式通風

混合式通風是將壓入式與抽(排)出式聯合布置的一種通風方式。壓入式通風機安設在洞口到抽(排)出式通風進風口之間的合適位置，與抽(排)出式通風進風口保持10 m以上的間距，抽(排)出式通風的出風口應設置在距離洞口30 m 以外的下風向，新鮮風由壓入式通風機通過風管壓送到開挖工作面，污風到達抽(排)出式通風進風口處被吸入排出洞外，如圖4 所示。

圖4 混合式通風

混合式通風方式兼有以上兩種方式的優點，能達到快速降塵的目的。缺點則是必須在洞內同時鋪設兩路風管，在洞內狹小的空間內將會干擾施工運輸、砼襯砌等項工作，且風管管路的續接、維護工作量也大大增加，一般只在長隧道、對通風要求高及需要搶抓進度等情況下才考慮使用。

3.4 巷道式通風

巷道式通風一般應用在有聯絡通道的平行雙洞條件下，在輔助坑道(斜井、橫洞、豎井等)貫通的情況下有時也可以局部采用。巷道式通風可細分為主扇巷道式、射流巷道式(包括輔助坑道巷道式)。

主扇巷道式通風是在平行雙洞的其中一個洞口附近單獨設置風道和主扇風機房，該洞口必須利用風門封閉(防止風流短路)，主風機安設在主扇風機房內，通過風道向隧道內壓送新鮮風或者抽出污風，另一個洞口排出污風或者引進新鮮風，開挖工作面利用安設在新鮮風區的局扇(壓入式風機)和通風管來獲取新鮮風。

射流巷道式通風布置方式與主扇巷道式有很多相似之處，此方式取消了主扇、風機房、風道和風門，改用射流風機為動力來引射新鮮風，開挖工作面仍然是利用安設在新鮮風區的局扇(壓入式風機)和通風管來獲取新鮮風。要求局扇后面的橫通道必須及時封閉并封堵嚴密(避免風流短路或污風循環)。

巷道式通風的優點是利于車輛通行，簡化施工管理，減少施工干擾;風機、通風管及其他通風設備少;通過增減射流風機臺數可調節總風量的大小;橫通道的射流風機安裝在頂部，下部允許人員及車輛通過。缺點則是被污染的風流會進入工作面。

4 施工通風方案

4.1 階段性通風方案

銅鑼山隧道進口段高瓦斯段，根據《鐵路瓦斯隧道技術規范》，可供選擇的通風方式有管道獨頭壓入式和巷道式通風。壓入式通風需隨著開挖面的推進而不斷接長風管，通風阻力也隨風管延長而增大，加之沿程漏風，到達工作面的風量和風壓隨著通風距離的延長而不斷減少。為了滿足瓦斯隧道的通風要求，就必然需要增加供風風機的風壓和風量，并接長風管，與此相對應的相關成本也隨之成倍增長，因此在特長隧道施工中自始自終采用獨頭壓入式通風方案顯然經濟上并不合理。巷道式通風適用于線間距較小且平行施工的兩條隧道，其特點是通過兩條隧道間適當位置的橫通道使相鄰的兩條隧道組成一個完整的風流循環系統。由于利用整個隧道作為風道，故這種通風方式斷面大、阻力小，可供應較大的風量。在充分調研我國已建和在建隧道施工通風的經驗，并統籌考慮施工通風方案的可行性和經濟性，確定在銅鑼山隧道施工中分階段采用壓入式通風與巷道式通風。

由于銅鑼山隧道進口左右線煤系地層的長度分別為726 m 和741 m，進口至1#車行橫通道間距離為775 m，即進口高瓦斯地段在1#車行橫通道前，在該地段采用有管道的獨頭壓入式通風，并向1#橫通道后無瓦斯地段再延伸50 m。自1#橫通道50 m 以后，則采用巷道式通風。

銅鑼山隧道兩個施工標段劃分在3#車行橫通道，因此將隧道進口工區分別按三個施工段進行施工通風設計。

第一區段:

入口～1#車行橫通道后50 m 區段(高瓦斯區段)。

第二區段:

1#車行橫通道后50 m 區段～2#車行橫通道區段。

第三區段:

2#車行橫通道區段～3#車行橫通道區段。

各區段的風機布置如圖5～圖7 所示。

圖5 第一區段進口工區壓入式通風平面布置

圖6 第二區段進口工區巷道式通風平面布置

圖7 第三區段進口工區巷道式通風平面布置

4.2 隧道進口需風量計算

開挖面需風量計算按照洞內工作面同時工作的最多人數、隧道內最小瓦斯積聚風速、隧道內最小風速、隧道內最佳排塵風速、一次性爆破所需要排除的炮煙量、絕對瓦斯涌出量和無軌運輸洞內需風量分別計算，取最大值作為配風標準的控制風量。

根據各區段劃分及地質情況，分別計算了各工區各區段的需風量見表1(由于篇幅所限，且計算公式在大多數參考文獻里都有詳細描述，不再贅述)。

表1 進口工區各區段需風量表

4.3 風機供風量的確定

壓入式風機的供風量由式(1)計算，式中k1為有效風量率。

式中:η100為百米漏風率;L為壓入通風的長度。

4.4 風筒阻力計算

風筒的風阻由風筒的摩擦風阻和局部風阻，以及接頭的局部風阻構成(計算公式略)。

表2 風管阻力計算結果

4.5 隧道阻力及射流風機計算

隧道阻力的計算與風管阻力計算相同，僅需將公式中相關參數代為隧道參數(計算公式略)。

表3 各通風區段射流風機計算結果表

4.6 通風設備配置

表4 隧道進口通風設備配置表

5 結束語

目前，銅鑼山隧道進口左、右線已分別掘進了950 m 和940 m，施工通風已完成從第一區段壓入式通風向第二區段巷道式通風的成功轉換。在上述兩個區段的施工過程中，通過對隧道內的風速、含氧量、有害氣體及粉塵濃度等參數進行了實時的量測、記錄，除放炮和出碴工序中空氣能見度較低外，其他工序均能滿足勞動衛生標準和公路隧道施工規范的要求。

銅鑼山隧道進口將壓入式通風與巷道式通風結合起來使用，并且在巷道式通風過程中采用了射流通風技術，很好地保障了瓦斯隧道的施工通風效果，有效地改善了洞內一線工作人員的生產環境，同時還降低了通風成本，實現了銅鑼山隧道施工安全、質量、進度和經濟目標的協調和統一。

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