隔斷壓入式通風系統在瓦斯隧道中的應用

孫晉鋒 唐進才 廖煙開

(敘鎮鐵路有限責任公司，云南 威信 657999)

0 引言

從近年來瓦斯隧道施工可以看出如何將瓦斯濃度控制在安全允許的范圍內，已經成為瓦斯隧道施工過程中急需面對并解決的問題。而良好的通風設計、通風管理則是降低瓦斯濃度、減少瓦斯聚集、保障施工安全的關鍵手段[1]。根據JTG/T 3374—2020公路瓦斯隧道設計與施工技術規范對通風距離超過1.5 km的隧道，在條件具備的情況下，應盡可能采用巷道式通風，以保證通風效果[2]，如采用主扇抽出、射流引導形成巷道式通風系統，但存在通風電費高問題。本文采用的隔斷壓入式通風充分考慮風機的壓力特性和隧道斷面大阻力小的特點，通風效果好、節約成本，在渝黔鐵路新涼風埡隧道、成貴鐵路老房子、高坡隧道均得到成功應用，此次在斑竹林瓦斯隧道再次應用，與以往相比，考慮了運輸問題，進一步提高了隔斷壓入式通風的適用范圍。

1 隔斷壓入式通風系統

早在19世紀40年代，日本學者村山朔朗對單線鐵路隧道的氣體流動規律以及隧道的通風問題進行了研究，對鐵路隧道的自然通風、機械通風、通風排煙等問題作了比較系統詳細的研究[3]。而我國在20世紀90年代西南交通大學的雷升祥和高波對瓦斯隧道進行比較系統研究，詳細總結了瓦斯隧道施工通風風量計算、有效通風長度、防止瓦斯超限與積聚原因及措施、通風管理等瓦斯隧道通風技術[4]。

1.1 通風系統構成

在平導(或正洞)某橫通道處設置兩道密閉墻，在密閉墻新鮮風流側設壓入式風機分別向正洞掌子面及平導掌子面送風，形成由平導進風段、橫通道、正洞回風段構成的主通風系統，以風機、風管向牚子面供風的壓入通風系統，如圖1所示。

1.2 隔斷壓入式通風系統要點

隔斷壓入式通風系統的特點是充分利用平導、正洞、橫通道，縮短壓入式通風風管長度，保證掌子面通風效果，但平導口至密閉墻段運輸系統中斷，可設門供行人通過。

保證隔斷密閉墻的隔斷效果，確保新鮮風與污風流隔斷，是實現隔斷壓入式通風的關鍵；同時，隔斷密閉墻要有足夠的強度，避免因洞內爆破沖擊波、隔斷密閉墻兩端風壓差等因素造成損壞。

1.3 隧道通風阻力與通風斷面積的關系

隧道通風摩擦阻力計算公式[5]：

(1)

其中，hf為隧道通風摩擦阻力，Pa；Rf為摩擦風阻，N·s2/m8；α為摩擦阻力系數，N·s2/m4；L，P分別為隧道(風管)長度、周長，m；S為隧道(風管)斷面積，m2；Q為風量，m/s。

通過因次分析，隧道通風摩擦阻力與通風斷面積呈-4.5次方關系。根據風機性能曲線、隧道通風阻力曲線及風機運行工況點的特點，隧道通風阻力越小，風機風量越大，因此，擴大通風斷面積，是降低通風阻力、提高風量的有效方法。

在條件許可情況下，利用隧道代替風管，通風斷面積增大20倍以上，掌子面有效風量明顯增大。

1.4 隔斷壓入式通風系統適用條件

隧道布置必須具備平行雙洞+聯絡橫通道系統；若無平行雙洞系統，對單洞系統也可根據隧道埋深情況，在適當位置增設豎井，采用豎井壓入(或抽出)，形成類似于隔斷壓入式的通風系統。

2 應用實例

2.1 工程概況

斑竹林隧道全長12 758 m，最大埋深約570 m，隧區位于云貴高原北部揚子準地臺滇東臺褶帶，褶曲、斷裂均比較發育，地質構造復雜。主要不良地質有瓦斯及天然氣、巖溶、斷層破碎帶、地應力等，特殊巖土有石膏及鹽巖、斷層泥、人工填土和軟塑狀粉質黏土。共分進口、橫洞、斜井、出口四個工區施工。受隧道深部威信儲氣構造影響，斑竹林隧道橫洞工區為天然氣涌出高瓦斯隧道，進口工區與橫洞貫通后納入橫洞工區統一管理，由于天然氣涌出無規律性設計平導至6號橫通道，隧道布局如圖2所示。正洞斷面47.7 m2(開挖)、43.6 m2(初支后)、32.5 m2(二襯后)，平導初支后斷面35.9 m2，橫洞初支后斷面44.4 m2，橫通道初支后斷面43.5 m2。

2.2 斑竹林隧道橫洞工區通風系統

采用橫洞進風、進口回風的隔斷壓入式通風系統，在平導內(3號橫通道往小里程方向)設置及橫洞內(平導口至橫洞與正洞交叉口段)分別設置兩道電動卷閘門以實現不影響運輸的前提下進風流與回風流的隔斷，兩道電動卷閘門處于長閉狀態，卷閘門尺寸及兩道門之間的距離以滿足最大尺寸運輸車輛通行為原則，風機安裝在平導內電動卷閘門新鮮風流側通過風管分別向3號橫通道正洞大里程作業面、6號橫通道大、小里程作業面供風，如圖3所示。

經過計算，確定三臺風機均采用SDZ-No10型對旋軸流式通風機，電機功率2×47 kW，風壓600 Pa～3 650 Pa，風量900 m3/min～1 450 m3/min，配φ1.4 m阻燃抗靜電風管。

2.3 通風系統的日常管理

為保證通風系統穩定、可靠，在施工期間加強通風設施日常管理，設專人分別負責洞內兩組電動卷閘門的啟閉工作；同時在洞內張貼醒目標志，提醒司機通過卷閘門時減速謹慎駕駛，避免損壞卷閘門。

2.4 通風系統及通風效果評價

經過幾個月的現場考察，只要管理好洞內所有電動卷閘門，保證新、污風流不短路，通風系統是穩定、可靠的，達到了設計的預期目標。

分別在各掌子面風管出口往回風方向15 m～20 m測定掌子面風速，在各作業面回風口測各作業面回風風速，風速均在0.25 m/s以上，符合相關規范及通風方案要求。

3 結語

在隧道布置允許的情況下，采用隔斷壓入式通風系統，充分利用風機的風壓和隧道斷面大、阻力小的特點，在加強現場管理的前提下，不僅通風系統可靠，通風效果也得到明顯改善。