西秦嶺隧道店子坪斜井段施工通風技術應用

王平超

（中鐵十八局集團三公司 河北涿州）

一、引言

近年來隧道設計越來越長，施工通風難度日益增大。由于科技不斷進步，出現了特長隧道專用通風機且功率不斷增大，在解決特長隧道施工通風問題上，除了傳統的接力式通風系統外又有了新的手段。

二、工程概況

蘭渝鐵路是國家《中長期鐵路網規劃》中西北至西南的區際新通道，其中咽喉性控制工程西秦嶺特長隧道采用兩座單線隧道設計方案，兩座隧道中心線間距40 m，線路整體呈西北-東南走向，全長28.234 km。

隧道共設3座輔助坑道，其中店子坪一號斜井自身長1816 m，綜合坡率11.29%，穿過左線經施工橫通道（橫通道長32 m）進入右線正洞后主攻方向（重慶方向）施工長度1500 m，副攻方向（蘭州方向）施工長度1020 m。斜井為單車道斷面（高×寬：6×5 m），按照設計初步計劃斜井井身范圍內安裝兩條Φ1.5 m風管，正洞內安裝Φ1.8 m風管或Φ1.5 m風管。

三、斜井進入右線正洞內所需風量計算

1.按洞內同時工作的最多人數計算風量式（1）

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3 m3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60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148.5 m3/min，主攻方向需風量198 m3/min。

2.按滿足洞內允許最小風速要求計算風量式（2）

s——隧洞開挖斷面，70 m2；

v——允許最小風速，全斷面開挖取0.15 m/s。

計算結果為主、副攻方向均需風量630 m3/min。

3.按同時爆破的最多炸藥量計算式（3）

t——通風時間，30 min

A——一次爆破炸藥消耗量，192kg

b——一公斤炸藥爆破時所構成的一氧化碳體積（L），一般采用b=40L。

計算結果為主、副攻方向均需風量1280 m3/min。

4.按爆破后稀釋CO至許可最高濃度計算式（4）

A、t、b——符號意義同前

K——風量備用系數，取1.1

計算結果為主、副攻方向均需風量528 m3/min。

5.允許濃度計算

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，見式（5）。

S——隧道斷面積，70 m2

L——通風區段長度，取100 m，即掌子面向洞口方向100 m范圍內

A、t——符號同前

計算結果為主、副攻方向均需風量549 m3/min。

6.許可濃度計算

按稀釋內燃機排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計算，見式（6）。

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6輛，（柴油發動機排氣量9.3 L，轉速1900 r/min），3量重車，3量空車。ZL50C裝載機1臺（柴油發動機排氣量7.6 L，轉速2100 r/min），取重車及裝載機的負荷率0.9，轉速系數1，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1771 m3/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＞1771 m3/min。

四、斜井施工段所需風壓計算

1.采用普通功率風機接力式通風時風壓計算

（1）考慮漏風因素后所需風量。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。交叉口處通風距離考慮主攻方向1500 m，副攻方向1020 m，據此計算漏風系數，見式（7）。

L——通風距離，主攻方向1500 m，副攻方向1020 m

P100——百米漏風率，取1.5%

計算結果為P主攻=1.29，P副攻=1.18

故計算結果為主、副攻方向需最大風量Qmax主=2284 m3/min和Qmax副=2089 m3/min。

（2）交叉口處系統風壓計算。

管道摩擦阻力，見式（8）

λ——管道摩阻系數，0.015

表1 接力通風方案系統設備配置表

L，γ，Qmax，Q——符號意義同前

d——風管直徑

H≈h摩

計算結果h主=1303 Pa，h副=810 Pa。

（3）斜井井口處系統風壓計算。斜井自身長1805 m，通過計算漏風系數為P=1.37，故知斜井井口處所安置的風機需提供風量為Qmax主=3129 m3/min，Qmax副=2862 m3/min。

因井身受斷面限制，設置2條Φ1.5 m風管。故斜井井口處需風壓為H主=9415 Pa，H副=4352 Pa。

表2 接力通風方案系統設備配置表

2.采用超大功率風機獨頭壓風式通風時風壓計算

（1）考慮漏風因素后所需風量。采用超大功率通風機獨頭壓風時，通風距離考慮主攻方向3320 m，副攻方向2840 m，據此計算漏風系數。計算結果為P主=2.04，P副=1.77。故計算結果為主、副攻方向需最大風量Qmax主=3612 m3/min和Qmax副=3134 m3/min。

（2）斜井井口處系統風壓計算。計算結果H主=10611 Pa，H副=9209 Pa。

3.系統布置及風機選型

接力通風方案系統布置見圖1，風機選型見配套見表1，超大功率風機獨頭式壓風方案系統布置見圖2，風機選型及配套見表2。

圖1 接力通風方案系統布置圖

圖2 超大功率風機壓風方案系統布置圖

4.方案對比

2種方案優缺點對比見表3。

表3 方案對比表

五、最終方案及實際通風效果

根據施工實際情況，最終選定普通風機接力通風方案，同時，為了便于日常維護，將F1，F2風機定型為SDF（B）-No15型風機。風箱采用L50×5角鋼做骨架，Φ6 mm鋼筋網片左箱板，外披防水板進行加工，具體加工圖見圖2。

西秦嶺隧道店子坪斜井施工段目前重慶（主攻）方向已完成掘進1000 m，蘭州（副攻）方向完成掘進590 m，采用接力式通風系統，同時施工中采取噴霧降塵，濕噴混凝土及減少漏風等加強措施，根據在距兩個掌子面50 m，100 m的作業人員較集中地段爆破后通風30 min時段空氣質量檢測，游離態二氧化硅濃度平均分別為1.9 mg/m3（50 m地段），2 mg/m3（100 m地段），風速分別為 0.20 m/s（重慶方向），0.17 m/s（蘭州方向），CO，NO濃度均符合國家標準，實際運行效果良好。

六、結論

通過西秦嶺隧道店子坪斜井施工段通風系統實施實踐，證明在特長隧道專用超大功率通風機出現后，傳統的接力式通風系統依舊是解決目前特長隧道施工通風的優選方案。但隨著社會生產力不斷發展，特長隧道必將發展成為超長隧道，超大功率通風機也勢將成為解決施工通風難題的科技發展方向。今后的施工中，在條件允許的情況下，將采用超大功率通風機通風方案，以便通過實踐來檢驗該方案的實際效果。

圖3 風箱（長×寬×高2.5×3×2 m）加工示意圖