公路特長高瓦斯隧道巷道式通風(fēng)施工技術(shù)

尹德仁

摘要：通風(fēng)是高瓦斯隧道施工的核心，是整個(gè)建設(shè)周期內(nèi)的重要環(huán)節(jié)。特長高瓦斯隧道采用巷道式通風(fēng)既能保證通風(fēng)效果又可以節(jié)約能源，結(jié)合渝昆新復(fù)線昭通至瀘州高速公路坪上高瓦斯隧道闡述了公路特長高瓦斯隧道巷道式通風(fēng)設(shè)計(jì)與計(jì)算、風(fēng)機(jī)的選取、連續(xù)不間斷通風(fēng)措施等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)特長瓦斯隧道施工通風(fēng)有指導(dǎo)性作用。

關(guān)鍵詞：公路特長高瓦斯隧道;巷道式通風(fēng);設(shè)計(jì);連續(xù)不間斷;

引言

隨著云、貴、川等地交通建設(shè)大力發(fā)展，山嶺公路隧道逐年增多，隧道長度也在不斷刷新，同時(shí)因西南地區(qū)賦存大量煤層和天然氣，涌現(xiàn)出一批公路特長高瓦斯隧道，通風(fēng)成為了關(guān)鍵性的施工技術(shù)。目前公路高瓦斯隧道通風(fēng)是參照煤礦巷道和鐵路瓦斯隧道通風(fēng)的要求進(jìn)行設(shè)與施工，針對(duì)特長高瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)仍然缺少研究結(jié)果，技術(shù)上受到限制，而且有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和較好技術(shù)的單位少之又少，出現(xiàn)了通風(fēng)效果差、耗電大等問題。所以，有必要對(duì)公路特長高瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行研究，通過實(shí)踐工程案例總結(jié)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)公路雙線隧道的特點(diǎn)，特長隧道可充分利用橫通道和斜井，采用巷道式通風(fēng)縮短通風(fēng)距離，既能保證通風(fēng)效果，又可以達(dá)到節(jié)能降造的效果。

1 工程簡(jiǎn)介

坪上隧道為高速公路雙線隧道，左線全長5973m，右線全長5997m，左、右線間距30米，最大縱坡1.8%，最小曲線半徑1200m，全隧圍巖破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育，穿二疊系上統(tǒng)宣威組含煤地層，被F2斷層分隔左右兩側(cè)，煤層段全長3300米，通過對(duì)附近興隆煤礦相關(guān)資料的查閱確定了該地層含7層煤，其中主采煤層為二疊系上統(tǒng)宣威組（P2x）C1、C5煤層，噸煤瓦斯含量8.05m3。設(shè)計(jì)從進(jìn)、出口雙向掘進(jìn)，為了加強(qiáng)通風(fēng)排煙效果，項(xiàng)目建設(shè)初期通過變更優(yōu)化在線路左側(cè)增設(shè)2個(gè)斜井（1#斜井長540米，縱坡11%;2#斜井長740m，縱坡5.7%;）。

2 通風(fēng)設(shè)計(jì)

該隧道原施工通風(fēng)方案是各作業(yè)面都采用了洞口獨(dú)頭壓入式通風(fēng)施工技術(shù)，最大供風(fēng)長度2800m，施工過程中由于特殊地質(zhì)原因?qū)е赂髯鳂I(yè)面施工進(jìn)度不同，出現(xiàn)了誤差的問題，導(dǎo)致最大供風(fēng)增加到長度3500m，如果不調(diào)整施工技術(shù)繼續(xù)采用壓入式通風(fēng)串聯(lián)風(fēng)機(jī)會(huì)加大耗電量，通風(fēng)效果差。通過方案比選優(yōu)化后，決定當(dāng)斜井工區(qū)與進(jìn)、出口工區(qū)貫通后全隧采用巷道式通風(fēng)，利用斜井排放污風(fēng)。

斜井工區(qū)與進(jìn)、出口工區(qū)聯(lián)通以后，根據(jù)調(diào)整后的施工方案，采用了巷道式通風(fēng)，左、右洞洞口四臺(tái)風(fēng)機(jī)移至左洞小里程方向距斜井口不小于50米處，穿過車行橫通道分別向左、右洞作業(yè)面供風(fēng)，供風(fēng)最大長度2000米，污風(fēng)通過斜井和右洞排出洞外。左洞作為主供風(fēng)通道，為加大新鮮風(fēng)攝入量，同時(shí)避免污風(fēng)回流，從左洞洞口向風(fēng)機(jī)方向每500米安裝一臺(tái)（B）SSF-No11.2/37防爆射流風(fēng)機(jī)，斜井內(nèi)安裝一臺(tái)（B）SSF-No11.2/37防爆射流風(fēng)機(jī)增加排放污風(fēng)速度（圖1），除風(fēng)筒穿行通道外，其余所有橫通道采用風(fēng)門封閉。根據(jù)瓦斯隧道要求洞內(nèi)風(fēng)機(jī)位置需安裝防爆移動(dòng)變壓器做供風(fēng)獨(dú)立電源，洞內(nèi)四臺(tái)SDFNO12.5（2x132Kw）風(fēng)機(jī)進(jìn)行防爆改裝，風(fēng)筒采用?1.6m阻燃、抗靜電纖維螺旋風(fēng)筒。在二襯臺(tái)車頂部、預(yù)留洞室、緊急停車帶等容易聚集瓦斯處采用（B）SDS-N010防爆局扇輔助通風(fēng)。

3 通風(fēng)計(jì)算

3.1 技術(shù)參數(shù)

坪上隧道高瓦斯段是Ⅳ級(jí)圍巖設(shè)計(jì)采用上下臺(tái)階開挖的設(shè)計(jì)方法，上臺(tái)階開挖后的最大斷面為65m2，仰拱施作后最大有效通風(fēng)斷面為87m2，周長為36m;

1）一次爆破最大耗藥量。正洞采用上下臺(tái)階開挖施工技術(shù)，計(jì)算掌子面爆破時(shí)最大同時(shí)起爆炸藥量A=q×S×L×K修正=218kg。（q取1.4，K取1，每循環(huán)進(jìn)尺按2.4m計(jì)。）

2）洞內(nèi)施工作業(yè)人員為80人，要求供給每人的新鮮空氣為4m3/min。

3）爆破后通風(fēng)排煙時(shí)間t<30min。

4）管道百米漏風(fēng)β=1.5%。

5）風(fēng)管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)λ=0.00225。

6）該隧道瓦斯絕對(duì)涌出量最大為0.61m3/min

3.2 需風(fēng)量計(jì)算

正洞所需風(fēng)量計(jì)算見下表1。

3.3 通風(fēng)設(shè)備選型計(jì)算

正洞通風(fēng)設(shè)備選型計(jì)算見下表2。

風(fēng)機(jī)選用SDF-13.0/2×132型隧道軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量1695-3300m3/min，高效風(fēng)量2691m3/min>2496m3/min，風(fēng)壓930-5920Pa>5158Pa，確保滿足正洞施工過程對(duì)于良好通風(fēng)條件的要求。各作業(yè)面安裝兩臺(tái)相同風(fēng)機(jī)（一臺(tái)為備用風(fēng)機(jī)），當(dāng)瓦斯壓力位于0.15Mpa～0.74 Mpa時(shí)或瓦斯涌出量>0.3m3/min時(shí)，將啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)，同時(shí)增設(shè)瓦斯排放孔25～30個(gè)，當(dāng)瓦斯壓力>0.74Mpa或單孔瓦斯涌出量>0.5 m3/min時(shí)，安全隱患較大，必須立即停工，封閉掌子面另做專門處理。正洞施工過程的通風(fēng)原則應(yīng)該嚴(yán)格遵循“合理布局，優(yōu)化匹配，防漏降阻，嚴(yán)格管理、確保效果”。

4 24小時(shí)連續(xù)不間斷施工通風(fēng)措施

高瓦斯隧道要求洞內(nèi)必須24小時(shí)連續(xù)不間斷通風(fēng)，因此隧道內(nèi)必須配備與主風(fēng)機(jī)同等型號(hào)的備用風(fēng)機(jī)，且必須配有備用電源（自發(fā)電機(jī)組）。在以往的施工過程中很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷通風(fēng)，例如在接長或更換風(fēng)筒時(shí)、二襯臺(tái)車行走時(shí)、仰拱和掌子面爆破時(shí)都要停風(fēng)，針對(duì)這些情況，坪上隧道施工中采取了以下措施，達(dá)到了連續(xù)不階段通風(fēng)要求。

（1）洞內(nèi)采用雙風(fēng)筒供風(fēng)，主風(fēng)機(jī)更換風(fēng)筒時(shí)立即啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，風(fēng)筒間使用拉鏈?zhǔn)竭B接便于拆換，保證掌子面連續(xù)通風(fēng)。

（2）由于公路單線隧道成洞斷面較小，采用直徑為1.6m的軟質(zhì)風(fēng)筒無法順直穿過二襯臺(tái)車，臺(tái)車行走時(shí)受其影響需停風(fēng)30min左右，為了解決該問題，坪上隧道二襯臺(tái)車在橫梁與立柱連接處安裝了?140mm喇叭口型鋼風(fēng)筒（圖2），采用變截面風(fēng)筒，將風(fēng)筒從?160mm變至?140mm后穿過鋼風(fēng)筒接至距掌子面5m處（圖3），有效解決了臺(tái)車行走停風(fēng)的問題。

（3）掌子面、下導(dǎo)坑、仰拱爆破時(shí)對(duì)風(fēng)筒損壞很大，因此爆破過程中風(fēng)筒需收至二襯臺(tái)車位置，此項(xiàng)工作是在風(fēng)機(jī)停風(fēng)狀態(tài)下操作。將備用風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒與主風(fēng)機(jī)風(fēng)筒分別設(shè)在拱腰對(duì)稱位置的兩側(cè)，同時(shí)順接至已澆仰拱端頭，當(dāng)作業(yè)面爆破作業(yè)收風(fēng)筒時(shí)，開啟備用風(fēng)機(jī)，達(dá)到連續(xù)不間斷通風(fēng)要求。

5 結(jié)束語

公路特長高瓦斯隧道巷道式通風(fēng)施工要注意下幾點(diǎn)：

（1）公路特長高瓦斯隧道設(shè)計(jì)時(shí)要高度重視施工通風(fēng)環(huán)節(jié)，合理設(shè)置斜井或豎井等排煙通道。

（2）施工通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)要利用斜井和橫通道，合理選擇風(fēng)機(jī)位置，確定最有利的排污風(fēng)通道，風(fēng)機(jī)距離洞口較遠(yuǎn)時(shí)需設(shè)射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)新鮮風(fēng)，避免污風(fēng)回流，風(fēng)筒布置時(shí)要盡量順直，減少風(fēng)阻，封閉橫通道，局部瓦斯易聚積部位應(yīng)設(shè)防爆局扇。

（3）通風(fēng)計(jì)算過程中要充分考慮需風(fēng)量和風(fēng)阻損失，合理選配風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒，節(jié)約電能。

（4）通風(fēng)是高瓦斯隧道防止瓦斯聚積最關(guān)鍵的程序，施工過程中要嚴(yán)格按24小時(shí)連續(xù)不間斷通風(fēng)要求執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵道部管理中心.鐵路隧道施工通風(fēng)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化管理手冊(cè)[M].北京：中國鐵道出版社，2009

[2]李波.公路瓦斯隧道施工通風(fēng)模擬及優(yōu)化研究[J]. 湖南：中南大學(xué)，2014

[3]謝光明，高瓦斯隧道通風(fēng)技術(shù)研究[M].北京：公路工程，2018年第03期

[4]趙鈺.特大斷面長大高瓦斯隧道通風(fēng)技術(shù)研究[J].北京：鐵道建筑，2007年第12期

[5]袁帥，特長鐵路瓦斯隧道施工通風(fēng)優(yōu)化及安全控制技術(shù)研究[J].成都：西南交通大學(xué)， 2017