增建二線特長鐵路隧道施工通風技術

劉軍權（中鐵二十局集團有限公司，陜西 西安　710016）

增建二線特長鐵路隧道施工通風技術

劉軍權
（中鐵二十局集團有限公司，陜西 西安710016）

針對正在修建的渝懷鐵路二線特長隧道施工通風技術難題，運用現場調查、理論分析、最優化等方法，對新郁山隧道空間展布、施工通風系統布置原則以及通風系統總體布局進行了分析，進而對通風所需風量、漏風、通風壓力及其阻力進行了計算，提出了較為合理的通風方案及參數，并據此選擇了可靠的風機和風管設備。工程實踐表明，按確定的通風方案及風機配置能夠滿足空間布置復雜特長鐵路隧道施工通風要求，可以保證施工人員安全和設備功效，也可為今后類似工程提供參考。

隧道工程；施工通風；增建鐵路；參數計算；風機配置

1　工程概況

渝懷鐵路涪陵至梅江段是渝懷鐵路的東南段，線路（成都鐵路局管內）位于重慶市境內，起于重慶市涪陵站懷化端，沿線經過重慶市的涪陵區、武隆縣、彭水縣、黔江區、酉陽縣、秀山縣2區4縣，止于重慶市秀山縣蘭橋鎮福興寨村。增建第二線涪陵至梅江段左線貫通長度306.026 km，右線貫通長度306.222 km，正線建筑長度309.089 km。線路工程位于重慶市彭水縣及黔江區，沿線地形陡峻、峽谷連綿，局部為峭壁，河谷深切，河床縱坡急陡。沿線不良地質分布廣泛，主要有滑坡、巖堆、錯落、洪積扇、危巖落石、泥石流、巖溶、順層、順層偏壓、瓦斯等，施工難度大，對施工安全、進度造成極大影響。

在建新郁山隧道中心里程ZDK261+949，進口里程 ZDK258+325，出口里程 YDK265+573，全長7 248 m。洞身斷面為單線隧道，隧道最大埋深約370 m。由于隧道斷面較小，洞內車輛通行、臺車行走、管線鋪設、通風排煙等交叉干擾較大。因此，如何正確選擇風量、風阻、風壓等通風參數，進而合理配置風機和風管必須進行較為深入的研究，以保證工程順利施工。

2　隧道施工通風要求與總體布置

2.1隧道空間展布分析

待增建隧道鄰近既有郁山隧道，2條隧道中間留有已開挖完成的既有平導，既有平導與既有線之間相距12～20 m，平導全長1 860 m。由于計劃既有平導全部作為新建隧道輔助坑道，其斷面寬高僅為6 m× 5 m，必須擴挖至9 m×7 m才能保證運輸暢通。另外，為增加開挖工作面，必須增設平長 452 m、斜長453.76 m且坡度10%的交通斜井，其與XDK0+373—XDK0+433段下穿道路、上跨既有線，隧道拱頂至坑底高差32 m。

由此可以看出，施工條件較為復雜，施工過程控制極為困難，需要通風的區段較多，且干擾較為嚴重，對通風控制要求非常苛刻。

2.2隧道施工通風系統布置原則

參考隧道通風理論［1-2］，隧道施工通風風速應不小于0.25 m/s。為能更好地確保通風質量，擬結合施工進程采用不同的通風方式。一是進口（含既有平導）采用壓入式通風（前期）和巷道式通風（后期）；二是出口斜井工區在出口端貫通前采用壓入式通風，出口端貫通后采用巷道式通風。

2.3通風系統總體布局

按隧道通風技術［3-4］，結合待建隧道的空間布置及其施工條件，確定總體布局如下述。

1）進口工區：從進洞口往洞內施工時，洞口至ZDK258+745洞段及從平導進入正洞施工時，正洞ZDK260+210—ZDK262+425段均采用壓入式通風。為增加正洞工作面，由平導增設橫通道至施工正洞，此時的ZDK258+745—ZDK260+210段采用巷道式通風。進口工區壓入式通風平面布置見圖1。

2）出口工區：施工正洞從ZDK265+100到出口貫通之前采用壓入式通風，從ZDK265+100到出口貫通之后采用巷道式通風，其通風平面布置分別見圖2和圖3。

圖1　新郁山進口工區壓入式通風平面布置

圖2　新郁山隧道出口斜井工區壓入式通風平面布置

圖3　新郁山隧道出口斜井工區巷道式通風平面布置

3　隧道施工通風參數計算

3.1隧道施工通風計算控制標準

依據隧道工程施工技術規定［5-6］，結合施工組織，計算參數要求必須滿足如下規定：①給每人的新鮮空氣量按m=3 m3/min計；②內燃機械作業時所需供風量按Q0=3 m3/min·kW計；③按照全斷面開挖的最不利因素，掌子面施工通風最小風速 Vmin=0.25 m/s；④隧道內氣溫不超過28℃；⑤正洞放炮后通風時間按30 min計；⑥風管百米漏風率β=1%，風管內摩擦阻力系數為λ=0.007 8。

3.2通風參數計算與分析

1）風量計算

隧道施工通風一般需要確保掌子面和洞身段風量能夠滿足施工需要，其需風量按滿足洞內（巷道內）最小風速、滿足洞內工作人員呼吸、稀釋炮煙、內燃機械廢氣等所需風量計算，最后取最大者即為壓入式通風系統出風口的風量。

①按洞內允許最低風速計算風量Qv

由（1）式，Qv=60×0.25×61=915 m3/min。

②按洞內最多人數計算風量Qr

式中：q為每人應供的新鮮空氣標準，取3 m3/min；k為風量備用系數，一般1.1～1.25，取1.2；m為同一時間洞內工作最多人數，按100人計。

由（2）式，Qr=3×100×1.2=360 m3/min。

③按爆破時最多用藥量計算風量Qe

式中：A為同時爆破的炸藥用量，取120 kg；b為爆炸時有害氣體生成量，巖層中爆破取40 L；t為通風時間，取30 min。

由（3）式，Qe=（5×120×40）/30=800 m3/min。

④按洞內內燃機功率計算風量

由式(34)可知，連通系數集成了連通分支最短距離加權平均數與連通分支數兩個因素，從而能夠更好地反映現實網絡的連通性。同時，由式(32)可知，連通子圖數量越少、各個連通子圖的平均最短路徑越小，則網絡的連通性越好。特別地，當網絡為全連通無權網絡時，即=1且dw(i,j)=1時，網絡連通性NC取最大值1。

結合工程實際，洞內施工機械需要設備見表1。

表1　洞內施工機械需要設備

內燃機使用功率為額定功率的80%，需要風量Qm為

式中：Q0為每單位所需新鮮空氣3 m3/kw；Σ P為洞內內燃機總功率，kW。

由（4）式，Qm=3×（150+132+160+80+160+ 80）=2 286 m3/min。

由上述4個方面計算結果，取最大值作為隧道施工通風需風量，即

則有Q=2 286 m3/min。

2）漏風計算

按前述風量計算結果取最大值，但通風機的供風量Q除滿足上述計算的所需風量外，還應考慮漏失的風量（送風最遠距離按1 800 m計算），即

式中：Q為計算風量，為上述計算所需風量最大值，2 286 m3/min；β為百米漏風率，取1.0%；L為通風最大長度，最長取1 800 m。

根據式（6），計算得到Q需=2 697.48 m3/min，取整后Q需=2 700 m3/min。

3）風機風壓計算

為保證把足夠的風量送到工作面并在出風口保持

式中：n為風筒通風摩擦阻力系數，取0.004；d為風筒直徑，取1.5 m；

Q供為每秒風筒供風量，Q供=Q需/60=45 m3/s。

由（7）式可得，h摩=12 480 Pa。

②總阻力H總計算

為簡化計算，取 H總=1.2h摩，則有 H總=1.2× 12 480 Pa。

按上述方法同樣可以計算得到新郁山隧道其他各工區所需風量及最小風壓等通風參數，見表2。一定的風速，要求通風機必須具備足夠風壓，用以克服在隧道沿途所遇阻力。

①風筒摩擦阻力h摩

表2　新郁山隧道各工區工作面通風參數

4　風機與風管配置

參考當前的風機選擇方法，結合前述計算得到的通風參數，各工區選用風機及風管配置見表3。

表3　各工區選用風機及風管配置

就目前正在施工的通風結果看，結合實際計算得到的各個工區所需要的風量、風壓等通風參數較為合理，選定的風機及相應風管可以滿足特長隧道施工需要，能夠保證施工人員安全和設備功效，可以保證工程順利施工。

5　結論

1）正在增建的渝懷二線新郁山隧道全長7 248 m，因隧道斷面較小，洞內車輛通行、臺車行走、管線鋪設、通風排煙等交叉干擾較大，通風極為困難，必須對各個區段及施工階段的施工通風風量、風阻、風壓等通風參數進行詳細分析計算，在開始施工時就應合理配置風機和風管，才能保證工程順利完工。

2）結合隧道實際施工條件計算得到通風參數，并據此選定了風機和相應風管，可以滿足新郁山隧道施工需要，確保施工順利和人員安全。

3）鑒于整個隧道工程施工時間并不長，且在建隧道與近鄰既有隧道的空間環境較為復雜，通風參數及方案還須在今后進一步驗證并優化。

［1］陳琳.公路隧道無軌運輸條件下長距離施工通風技術［J］.鐵道建筑，2011（8）：33-35.

［2］鐘友江.西安—南京鐵路劉家山隧道施工通風技術［J］.西部探礦工程，2004（8）：99-101，103.

［3］楊家松.隧道無軌運輸獨頭掘進超9 600 m施工通風技術［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008（10）：66-70.

［4］賴滌泉，朱京國，郭京波.長梁山雙線鐵路隧道施工通風系統研究與試驗［J］.石家莊鐵道學院學報（自然科學版），2003，16（2）：28-30，80.

［5］王開川，毛望榮.長隧道無軌運輸施工通風參數與環境狀況實驗探討［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，1993（3）：200-204.

［6］蔣中庸.試論鐵路雙線長隧道無軌運輸施工通風計算［J］.隧道建設，1993（4）：33-48.

（責任審編趙其文）

Ventilation Technology in Construction of Super-long Tunnel on Additional Second Railway

LIU Junquan
（China Railway 20th Bureau Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710016，China）

For solving the ventilation technology problem of the super-long tunnel being constructed in Yuhuai railway，the tunnel space distribution，layout principle of construction ventilation system and ventilation system overall layout of Xinyushan tunnel were analyzed by using site investigation，theoretical analysis and optimization method，the required air volume，air leakage，ventilation pressure and resistance for ventilation were calculated，and more reasonable ventilation scheme and parameters were put forward，by which the reliable ventilator and wind pipe equipment were selected.Engineering practice showed that the determined ventilation scheme and ventilator configuration could meet ventilation requirements of super-long railway tunnel construction with complex space layout and could ensure the construction personnel safety and equipment effectiveness，which could provide a reference for similar projects in the future.

T unnel engineering；Construction ventilation；Additional railway；Parameter calculation；Ventilator configuration

U453.5

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.24

1003-1995（2016）08-0096-04

2016-01-16；

2016-05-27

劉軍權（1974— ），男，高級工程師。