紅石巖隧道施工通風技術研究

陳 前

1 概述

新建合肥至武漢鐵路站前工程第三標段位于安徽金寨縣及湖北麻城境內，其中紅石巖隧道位于古碑鎮汪棚村與果子園鄉栗灣村之間，是合武鐵路控制性工程之一，起訖里程為DK181+373～DK189+230，全長7857 m，紅石巖隧道屬于大別山中段北坡，為江淮分水嶺主脈，群山連綿，溝谷深切，自南向北地勢由高趨低，為低山區，相對高差最高達500m。

紅石巖隧道位于大別山中部地帶，不同時期巖漿活動頻繁，歷經多次構造運動影響，變形變質作用強烈，構造發育。隧道設計文件均未提及隧道內含有瓦斯氣體，紅石巖隧道出口開始進洞施工，施工距離洞口長度11.4 m發現爆破后的碴堆上有燃燒現象，在隨后的施工中又發生多次燃燒現象，為保證施工安全，施工通風工作變得異常重要。

2 施工通風方式選擇

由于紅石巖隧道長獨頭掘進在地，開挖斷面積大，內燃設備進洞作業，無軌運輸，除爆破產生的污染之外，出碴時柴油車尾氣污染整個隧道，所需風量大，隧道施工中出現可燃氣體燃燒現象，所以應采用大功率風機配大直徑軟風管通風。

紅石巖隧道按進、出口兩個工區，出口工區按瓦斯工區、進口工區按非瓦斯工區考慮。

根據瓦斯燃燒后的施工安排，出口工區施工長度約2700m、進口工區施工長度約5100m。依據《鐵路瓦斯隧道技術規范》和設計院“合武鐵路片麻巖隧道可燃氣評價及處理措施”的要求，施工通風方式采取壓入式通風。進出口貫通前各自采用獨立的通風系統，進出口貫通后采用巷道式通風方式，利用射流風機進行通風。

3 風量、風壓計算和通風設備的選擇

3.1 風量計算

1)按洞內作業人數計算需風量:

其中，Q為同時作業人員所需風量，m3/min;N為同時作業人數，50人;q為每人供應新風量，4 m3/min。

經計算需風量為200m3/min。

2)按開挖面爆破排煙計算需風量:

其中，Q為爆破排煙所需風量，m3/min;t為通風時間，15min;A為一次爆破炸藥消耗量，250 kg;F為開挖斷面積，120m2;L為通風換氣長度，100m。經計算需風量為1580m3/min。3)按內燃機械作業計算需風量:

其中，Q為內燃機械作業所需風量，m3/min;H為內燃機械總功率，1000 kW;q為單位內燃機械作業供風量，m3/(min·kW);α為內燃機械的工作效率，0.85。

經計算需風量為2550m3/min。

4)出口工區按瓦斯涌出量計算需風量:

其中，Q為稀釋瓦斯所需風量，m3/min;V為爆破后瓦斯拋出體積，12000m3;n為所測最大瓦斯濃度，1.3%;k為瓦斯涌出不均衡系數，1.8;n0為瓦斯允許濃度，0.5%;t為稀釋時間，20min。

經計算需風量為2800m3/min。

5)允許風速檢驗通風量:

其中，Q為風速檢驗需風量，m3/min;V為最小允許風速，進口取 0.25m/s，出口取 1 m/s;S 為隧道斷面積，120m2。

經計算需風量為1800m3/min。

3.2 風壓計算

通風阻力計算取決于通風管的管徑和送風距離的長短，選擇直徑1700mm的通風管，進口工區通風距離5100m，出口工區通風距離2700m。可以選擇合適的通風機、確定通風機的工況點，得到通風機的供風量和風壓。

根據計算結果選用SDF(C)-No12.5型通風機，出口通風機的工況點:供風量2500m3/min、風壓3700 Pa，開挖到2700m時風管出風口風量1450m3/min;進口通風機的工況點:供風量2300m3/min、風壓4300 Pa，開挖到5100m時風管出風口風量850m3/min。

進口工區選用3臺SDF(C)-No12.5型通風機配φ1700mm PVC拉鏈式軟風管基本可以滿足通風量要求，到后期通風量稍有不足。出口工區選用2臺SDF(C)-No12.5型通風機配φ1700mm PVC拉鏈式軟風管可以滿足防瓦斯積聚要求。

表1 主要通風設備參數表

3.3 通風設備選擇

根據計算，紅石巖隧道主要通風設備見表1。

4 施工通風布置

紅石巖隧道施工通風布置為進、出口工區各自獨立的壓入式通風系統，各自向洞內供風。新風由洞外經通風管壓入，污風由洞內排出，施工通風布置見圖1。

5 結語

紅石巖隧道開始施工按非瓦斯隧道組織，在施工過程中出現瓦斯燃燒現象，由于采取措施得力，施工通風方案可靠，沒有發生瓦斯事故，這說明瓦斯在隧道施工中是通風工作的重要性。紅石巖隧道的施工通風工作有以下認識:

1)關于無軌運輸的認識。

對于無軌運輸的隧道，內燃設備往返運行，排出大量有害氣體，全隧都要受到污染，每輛車產生的污染會疊加，污染程度愈下風側愈嚴重，施工通風的難度大大增加。紅石巖隧道施工過程中由于出口工區出現瓦斯燃燒，造成進出口施工不平衡，進口工區要承擔5100m的施工長度，對于如此長的獨頭無軌運輸施工的施工通風，施工通風難度將非常巨大，后期的施工通風效果難以達到最佳。

2)通風設備的布置。

紅石巖隧道長獨頭施工，內燃設備多，洞內需風量大，必須采用大功率通風機配大直徑通風管送風，如此也需要2路～3路φ1700mm通風管。通風管路的布置對通風效果影響極大，通風管如何通過各種臺架送風到開挖面是需要重點解決的問題。

3)瓦斯涌出量的計算。

根據《鐵路瓦斯隧道技術規范》的要求，施工通風的好壞，直接關系到作業人員的人身安全，因此必須根據瓦斯絕對涌出量編制通風設計。本設計中采用實測爆破后瓦斯濃度反算瓦斯涌出量，乘涌出不均衡系數，是否安全可靠，還需要進一步研究。

［1］王夢恕.大瑤山隧道——20世紀隧道修建新技術［M］.廣州:廣東科技出版社，1995.

［2］羅占夫.客運專線隧道有關施工通風問題的探討［A］.中鐵隧道集團2006年技術交流會論文集［C］.2006.

［3］鐵路隧道工程施工技術指南［M］.北京:鐵道出版社，2008.

［4］羅占夫.特長隧道射流通風與多作業面條件下通風技術［D］.上海:同濟大學碩士論文，2007.

［5］趙全福.礦井通風與空調［M］.北京:煤炭工業出版社，1990.

［6］佐藤久，原田富.地下工事の作業環境對策［J］.王慕云，譯.隧道譯叢，1991(6):25-27.