高原鐵路特長隧道蓄風房通風技術研究

梁永忠 LIANG Yong-zhong

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

目前，特長隧道多根據平行隧道設置情況，采用巷道式通風，取得了良好的效果。而鐵路特長隧道因其特殊性，一般設置平導，給隧道實施巷道式通風提供了條件。[1]

鐵路隧道前期采用壓入式通風，隨著隧道掘進距離的增加，采用巷道式通風，一般地，將新鮮風進風通道設置在主洞，通過平導行車及作為污風排出通道，并設置射流風機進行局部加壓，以加速風流速度。

隧道通風成本由風機、風管購置及更換費用、通風電費及通風管理費等，其中，通風電費占比達80%以上，故降低隧道通風成本的關鍵在于降低通風電費，而降低通風電費的關鍵在于降低通風機功率。因此如何降低通風機功率是問題關鍵所在。

本文依托高原地區鐵路特長隧道，對隧道通風成本影響因素進行研究，并重點分析了通風機功率影響因素，提供了一種蓄風房通風技術，可為今后類似工程的施工通風問題提供一定的參考和經驗。

1 工程概況

某高原鐵路隧道位于四川省甘孜州境內，海拔約3100m，該隧道設置平導作為輔助坑道，同時平導設置避車洞，平導與主洞之間設置人行通道，隧道獨頭最長供風長度達7625m，單口掘進距離長，通風難度大，且高海拔地區氣壓低、含氧量低，對隧道通風效果有較大折損，故若只是利用傳統壓入式通風不但難以滿足施工要求，且通風成本也會大大增加。[2]-[3]

2 技術分析[4]-[6]

通風機功率的大小主要決定于風機供風量、風機工作風壓、風機工作效率、風機功率儲備系數，其中風機工作效率、風機功率儲備系數為常數，風機供風量取掌子面最大作業人數需風量、洞內最小回風速度需風量、循環爆破排煙需風量、內燃機機械功率需風量、有害氣體排除需風量中的最大值，該值也是定值，故降低通風機功率的核心手段為降低風機工作風壓。

風機工作風壓與風管摩擦系數、空氣密度、風管百米漏風率、通風管長度、通風管直徑、掌子面需風量有關，其中空氣密度取常值；風管摩擦系數、風管百米漏風率可通過選取優質風管、通風過程管理中進行常態化維護或及時更換風管來確保風管摩擦系數、百米漏風率為穩定值，可認定為常值；掌子面需風量為計算值，根據上述描述，亦為定值；通風管最小直徑與掌子面需風量、風機供風量及經濟風速有關，掌子面需風量、經濟風速為定值，風機供風量與通風長度有關，在保證隧道車輛和機械通行要求及臺車走行的情況下，通風管直徑取最大值，故通風管直徑亦可認定為常值。故在其他參數值確定的情況下，降低一次性通風長度可有效降低風機工作風壓，同時該高海拔高原項目隧道內輔助坑道、橫通道、避車洞較多，可充分利用該有利條件保證風流回流而形成壓入式通風和巷道式組合通風，進一步降低風機工作風壓，進而有效降低通風機功率。

3 通風技術

3.1 工藝流程

以隧道主洞口不具備進洞條件，從平導第一處人行通道向主洞洞口及掌子面兩個方向施工為例，來說明該通風技術。高原鐵路特長隧道蓄風房通風工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

3.2 關鍵通風技術[7]-[10]

3.2.1 避車洞施工

輔助坑道開挖至避車洞處及時進行避車洞設置，避車洞施工應與主洞工藝一致，噴射砼平整度需嚴格控制，確保砼面輪廓、平面圓順，確保對風阻的影響降到最低；噴射砼施工完畢后對洞內進行充分打掃、高壓水槍沖洗，確保風流中無粉塵、雜質。

3.2.2 避車洞蓄風房施工及風壓傳感器安裝

獨頭長距離壓入式通風蓄風房應充分利用隧道避車洞，故蓄風房設置側別應與隧道避車洞側別一致，通過設置蓄風房將長距離壓入式通風距離切割成短距離蓄力通風，大大降低一次性通風距離。蓄風房設置在有避車洞的一側，蓄風房采用彩鋼瓦或其他具備一定剛度的薄壁材料將避車洞圍閉成一個封閉空間，風管出入口直徑要與風管直徑相匹配，風口設置帶傳感器裝置的風壓測定儀，傳感器與出風口軸流風機聯動，當低于設定風壓，出風口軸流風機葉片加速旋轉，當高于設定風壓，出風口軸流風機葉片減速旋轉，降低通風距離的同時動態調整風壓，確保有效降低接續風機的風壓。避車洞蓄風房結構示意圖見圖2。

圖2 避車洞蓄風房結構示意圖

3.2.3 風管安裝

蓄風房設置到位后，從輔助坑道洞口引入主軸流風機風管，風管與每個蓄風房進風口接縫處務必用防水防蝕密封膠做好密封處理。

3.2.4 人行通道施工

輔助坑道開挖至人行通道處，進行人行通道設置，之后挑頂進正洞。

3.2.5 人行通道蓄風房施工及風壓傳感器安裝

人行通道兩側分別設置蓄風房，做好風流1和風流2、風流3和風流4的接引工作，風管敷設至輔助坑道人行通道處，通過在人行通道處利用蓄風房將風管接續至正洞內。人行通道蓄風房結構示意圖見圖3。

圖3 人行通道蓄風房結構示意圖

3.2.6 形成巷道式風流循環

當主洞進口貫通后，封堵風流5在蓄風房處的出風口，取消風流5，風流1通過人行通道形成風流3，風流3進入主洞并接續為風流4，風流4遇掌子面2后受阻返回直至主洞洞口，至此風流1、風流3、風流4及主洞受阻返回風流形成風流循環，達到巷道式通風的效果，實現風機風壓的進一步降低。

蓄風房通風技術結構示意圖見圖4。

圖4 蓄風房通風技術結構示意圖

4 施工控制要點

①蓄風房用彩鋼瓦或其他具備一定剛度的薄壁材料將避車洞圍閉成一個封閉空間，風管出入口直徑一定要與風管直徑相匹配，圍閉避車洞前避車洞要用噴射砼封閉表面并達到設計強度，之后用高壓水槍充分沖洗，將灰塵沖洗干凈，避免接力通風過程中將避車洞灰塵帶入通風道。

②蓄風房設置到位后從洞口引入主軸流風機風管，風管與每個蓄風房進風口接縫處務必用防水防蝕密封膠做好密封處理，出風口與接續軸流風機風管做好密封處理。

③蓄風房出風口處設置帶傳感器裝置的風壓測定儀，傳感器與出風口軸流風機聯動，當低于設定風壓，出風口軸流風機葉片加速旋轉，當高于設定風壓，出風口軸流風機葉片減速旋轉，降低通風距離的同時動態調整風壓，確保有效降低接續風機的風壓。

④敷設至輔助坑道人行通道處，通過在人行通道處利用蓄風房將風管接續至正洞內，風流再通過人行通道進入主洞排出去，形成風流循環，達到巷道式通風的效果，實現風機風壓的進一步降低。

5 總結

對于獨頭長距離掘進的隧道掌子面，因通風距離過長，通過通風計算后風機配置的功率極大，功率越大的風機耗費電費越大，且全過程風機維護費用極高，本技術通過利用避車洞形成密封蓄風房，有效降低一次性通風距離，從而有效降低洞口主軸流風機和各節點接續軸流風機的通風功率。傳統壓入式通風在全通風段落內難以做到全段智能化，一般在洞口設置智能化風機，其余段落智能化較難實現，本技術以蓄風房作為智能化載體，每個蓄風房設置帶有傳感器的風速測定儀，可實現全通風段落內所有風機智能化動態調整風壓。

依托某高原鐵路隧道，對蓄風房通風技術進行了研究并應用，總結如下：

①隧道通風成本中，通風電費占比達80%以上，降低隧道通風成本的關鍵在于降低通風電費，而降低通風電費的關鍵在于降低通風機功率。

②影響通風機功率大小的諸多因素中，除風機工作風壓外，皆為常數或定值，故降低通風機功率的核心手段為降低風機工作風壓。

③風機工作風壓的諸多因素中，在其他參數值確定的情況下，降低一次性通風長度可有效降低風機工作風壓。本技術通過蓄風房，有效降低一次性通風距離，從而有效降低洞口主軸流風機和各節點接續軸流風機的通風功率。

④以蓄風房作為智能化載體，每個蓄風房設置帶有傳感器的風速測定儀，可實現全通風段落內所有風機智能化動態調整風壓。

⑤通過蓄風房可實現輔助坑道通風進入主洞時，大角度順暢接力風管至主洞，大大降低了沿程風阻和局部風阻，避免了傳統傳統風管彎折風損嚴重問題。