干海子螺旋隧道施工通风技术

　　摘要：本文介绍了四川省雅泸高速公路C20标段干海子小半径螺旋曲线隧道钻爆法施工中通风的设计、计算与实施。其主要内容为本工程隧洞施工中通风的标准，风量的计算，通风设备的选择，通风系统的布置以及提高通风效率措施等。
　　关键词：小半径螺旋隧道，施工，轴流风机，压入式通风。
　　一、工程概况
　　干海子隧道是雅安经石棉至泸沽高速公路的重点项目之一，位于石棉县栗子坪村孟获河右岸，设计为双联拱单向行车，左右洞间距为12～44米，左线全长1715m，右线全长1803m。断面直径11.54m，拱高7.19m，开挖断面积81.27m2。隧道位于曲线上，左线曲线半径R=600m，左线纵坡i=2.8%，右线曲线半径R=618m，右线纵坡i=2.6%，路面最大超高为±5%，隧道洞身结构按照新奥法施工原理进行设计，以系统锚杆、喷混凝土、钢筋网、钢架等组成的初期支护与二次模注混凝土相结合的复合衬砌型式。主要采用新奥法施工，实行光面爆破，洞内路面为水泥混凝土与沥青面层复合式路面。
　　施工单位在施工时，根据工程所处地的具体施工环境，确定施工进度。由于进口施工便道修建容易，决定以进口施工作为主要工作面，先期开工。而出口工作面由于便道修建困难，开工较晚。结合进出口进洞施工工的实际时间，出口左线施工315m，出口右线施工403m，即进口左右洞均施工1400m，左右洞四个工作面即可达到同时贯通且能将左右洞贯通面错开。
　　本工程采用爆破法开挖，将产生大量炮烟。出碴采用无轨出碴，装载机、自卸汽车等机械设备将产生大量有害气体，隧洞单口掘进较长且为曲线螺旋隧洞，左右洞均为1400m，烟尘只能通过隧洞排出。且自卸汽车废气排放量大，沿隧洞分散分布，稀释较困难，随着隧洞的加深，通风排烟将十分困难。二次衬砌随掘进同时施工，因此必须采取有力的通风防尘措施，以保障洞内空气清新，创造良好的施工环境，保证洞内施工人员的身体健康，提高劳动效率，加快施工速度。
　　二、通风防尘方案
　　根据本工程施工特点和隧洞施工长度，结合目前国内类似工程通风经验，采取如下通风方案：左右洞均采用轴流风机压入式通风，风筒直径1.5m，为减少风筒接头及便于施工，每节风筒长20m。
　　三、通风防尘标准
　　3.1隧洞内氧气含量按体积不小于20％；
　　3.2有害气体浓度容许值：一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3；二氧化碳按体积不得大于0.5％；氮氧化物(NO2)浓度不超过5mg/m3
　　3.3每立方米空气中的粉尘允许含量：含10％以上游离二氧化硅的粉尘不得超过2mg/m3；含10％以下游离二氧化硅的粉尘浓度不超过4mg/m3
　　3.4最低的排尘风速不小于0.15m/s；
　　3.5坑道内气温不高于30℃。
　　四、通风量计算
　　由于左右洞单口掘进均为1400m，所以计算时取任一洞口均可。
　　4.1通风施工计算：
　　采用公式：Q1=qmk（m3/min）
　　式中：q---洞内每人每分钟所需新鲜空气，取3m3/min
　　m---洞内同时工作的最多人数，取80人。
　　k---风量备用系数，取1.15
　　则Q1=3×80×1.15=276m3/min
　　
　　4.2按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算：
　　
　　
　　
　　式中：t---通风时间，取30min；
　　A---同一时间起爆总药量，主洞取100kg，
　　S---隧洞面积，主洞最大开挖面积取81.27m2，
　　L---工作面到压入口长度，取30m。
　　则Q2压=218m3/min
　　4.3洞内内燃机废气排量计算：
　　Q3=Q0Σp
　　式中:ΣP---同时在洞内作业的各种内燃机的功率总和（kw）；按规范及综合考虑各种因素后，功率总和按额定总功率的65%计算；洞内同时作业装载机一台额定总功率135kw,自卸汽车五台，每台额定总功率132kw,总功率Σp=（135+132×5）×65%=517kw；
　　Q0---内燃机单位功率所需风量指标，按《隧道设计手册》，取Q0=3.0m3/min.kw；
　　则Q3=3×517=1551（m3/min）
　　4.4按洞内允许最小风速计算：
　　采用公式：Q4=60VS（m3/min）
　　式中：V---洞内最小允许风速m/s，取0.25m/s。
　　S---隧洞面积，最大取81.27m2
　　则Q4=60×0.25×81.27=1219m3/min
　　取以上四种计算得到的最大通风量作为设计通风量，由计算可知洞内均为内燃机作业稀释废气需要风量为控制风量，故设计通风量为1551m3/min。
　　4.5风量修正计算：
　　百米漏风率P100=0.01，管道长L按1370m考虑，则漏风系数：
　　P=1/(1-L/100×P100)=1.16
　　则Q5=1.16×1551=1799m3/min
　　五、施工过程中的问题
　　施工单位在开挖至950米左右时，发现洞内通风效果与理论计算效果相差很大，主要有以下几个问题：
　　1．风筒出口风量较小；
　　2．洞内排烟困难，能见度低，烟尘很难排出洞外。
　　施工单位组织人员对情况进行分析认为产生此种情况主要原因如下：
　　1．该隧道为小半径螺旋曲线隧道，半径分别为600m和618m，半径小，风筒也随隧洞曲线布置，弯折处较多，导致风力损失加大；
　　2．隧道是上坡施工，且纵坡较大分别为2.8%和2.6%，即相当于在进洞300m后掌子面洞底高程已高于洞口洞顶高程，故烟尘很难排出洞外；
　　3．长时间施工过程中机械、人为因素造成风筒破损较多，导致风力损失增加。
　　针对以上情况，施工单位根据自身已有设备情况作出了以下改进方案：
　　1．派人对风筒破损处进行缝补，风袋接头尽量顺直；
　　2、左洞将原2×75KW风机改换为2×110KW的通风机；
　　3、右洞在进洞800m处增加2×37KW的通风机与原通风机串联。右洞改进后风机布置见图一。
　　六、采取措施后的通风效果
　　经过对通风设备的更换，通风设旋的维护，左、右洞通风效果得到明显改善。原来每茬炮的通风排烟时间由45分钟以上降为20分钟左右。且在隧道出碴过程中，洞内能见度能达到50米以上。

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