孫晉鋒 唐進(jìn)才 廖煙開(kāi)

(敘鎮(zhèn)鐵路有限責(zé)任公司，云南 威信 657999)

0 引言

從近年來(lái)瓦斯隧道施工可以看出如何將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩试S的范圍內(nèi)，已經(jīng)成為瓦斯隧道施工過(guò)程中急需面對(duì)并解決的問(wèn)題。而良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)、通風(fēng)管理則是降低瓦斯?jié)舛?、減少瓦斯聚集、保障施工安全的關(guān)鍵手段[1]。根據(jù)JTG/T 3374—2020公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范對(duì)通風(fēng)距離超過(guò)1.5 km的隧道，在條件具備的情況下，應(yīng)盡可能采用巷道式通風(fēng)，以保證通風(fēng)效果[2]，如采用主扇抽出、射流引導(dǎo)形成巷道式通風(fēng)系統(tǒng)，但存在通風(fēng)電費(fèi)高問(wèn)題。本文采用的隔斷壓入式通風(fēng)充分考慮風(fēng)機(jī)的壓力特性和隧道斷面大阻力小的特點(diǎn)，通風(fēng)效果好、節(jié)約成本，在渝黔鐵路新涼風(fēng)埡隧道、成貴鐵路老房子、高坡隧道均得到成功應(yīng)用，此次在斑竹林瓦斯隧道再次應(yīng)用，與以往相比，考慮了運(yùn)輸問(wèn)題，進(jìn)一步提高了隔斷壓入式通風(fēng)的適用范圍。

1 隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)

早在19世紀(jì)40年代，日本學(xué)者村山朔朗對(duì)單線鐵路隧道的氣體流動(dòng)規(guī)律以及隧道的通風(fēng)問(wèn)題進(jìn)行了研究，對(duì)鐵路隧道的自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)、通風(fēng)排煙等問(wèn)題作了比較系統(tǒng)詳細(xì)的研究[3]。而我國(guó)在20世紀(jì)90年代西南交通大學(xué)的雷升祥和高波對(duì)瓦斯隧道進(jìn)行比較系統(tǒng)研究，詳細(xì)總結(jié)了瓦斯隧道施工通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算、有效通風(fēng)長(zhǎng)度、防止瓦斯超限與積聚原因及措施、通風(fēng)管理等瓦斯隧道通風(fēng)技術(shù)[4]。

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成

在平導(dǎo)(或正洞)某橫通道處設(shè)置兩道密閉墻，在密閉墻新鮮風(fēng)流側(cè)設(shè)壓入式風(fēng)機(jī)分別向正洞掌子面及平導(dǎo)掌子面送風(fēng)，形成由平導(dǎo)進(jìn)風(fēng)段、橫通道、正洞回風(fēng)段構(gòu)成的主通風(fēng)系統(tǒng)，以風(fēng)機(jī)、風(fēng)管向牚子面供風(fēng)的壓入通風(fēng)系統(tǒng)，如圖1所示。

1.2 隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)要點(diǎn)

隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是充分利用平導(dǎo)、正洞、橫通道，縮短壓入式通風(fēng)風(fēng)管長(zhǎng)度，保證掌子面通風(fēng)效果，但平導(dǎo)口至密閉墻段運(yùn)輸系統(tǒng)中斷，可設(shè)門(mén)供行人通過(guò)。

保證隔斷密閉墻的隔斷效果，確保新鮮風(fēng)與污風(fēng)流隔斷，是實(shí)現(xiàn)隔斷壓入式通風(fēng)的關(guān)鍵；同時(shí)，隔斷密閉墻要有足夠的強(qiáng)度，避免因洞內(nèi)爆破沖擊波、隔斷密閉墻兩端風(fēng)壓差等因素造成損壞。

1.3 隧道通風(fēng)阻力與通風(fēng)斷面積的關(guān)系

隧道通風(fēng)摩擦阻力計(jì)算公式[5]：

(1)

其中，hf為隧道通風(fēng)摩擦阻力，Pa；Rf為摩擦風(fēng)阻，N·s2/m8；α為摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；L，P分別為隧道(風(fēng)管)長(zhǎng)度、周長(zhǎng)，m；S為隧道(風(fēng)管)斷面積，m2；Q為風(fēng)量，m/s。

通過(guò)因次分析，隧道通風(fēng)摩擦阻力與通風(fēng)斷面積呈-4.5次方關(guān)系。根據(jù)風(fēng)機(jī)性能曲線、隧道通風(fēng)阻力曲線及風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)的特點(diǎn)，隧道通風(fēng)阻力越小，風(fēng)機(jī)風(fēng)量越大，因此，擴(kuò)大通風(fēng)斷面積，是降低通風(fēng)阻力、提高風(fēng)量的有效方法。

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

1.4 隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)適用條件

隧道布置必須具備平行雙洞+聯(lián)絡(luò)橫通道系統(tǒng)；若無(wú)平行雙洞系統(tǒng)，對(duì)單洞系統(tǒng)也可根據(jù)隧道埋深情況，在適當(dāng)位置增設(shè)豎井，采用豎井壓入(或抽出)，形成類(lèi)似于隔斷壓入式的通風(fēng)系統(tǒng)。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

斑竹林隧道全長(zhǎng)12 758 m，最大埋深約570 m，隧區(qū)位于云貴高原北部揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)滇東臺(tái)褶帶，褶曲、斷裂均比較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。主要不良地質(zhì)有瓦斯及天然氣、巖溶、斷層破碎帶、地應(yīng)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(zhì)黏土。共分進(jìn)口、橫洞、斜井、出口四個(gè)工區(qū)施工。受隧道深部威信儲(chǔ)氣構(gòu)造影響，斑竹林隧道橫洞工區(qū)為天然氣涌出高瓦斯隧道，進(jìn)口工區(qū)與橫洞貫通后納入橫洞工區(qū)統(tǒng)一管理，由于天然氣涌出無(wú)規(guī)律性設(shè)計(jì)平導(dǎo)至6號(hào)橫通道，隧道布局如圖2所示。正洞斷面47.7 m2(開(kāi)挖)、43.6 m2(初支后)、32.5 m2(二襯后)，平導(dǎo)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(qū)通風(fēng)系統(tǒng)

采用橫洞進(jìn)風(fēng)、進(jìn)口回風(fēng)的隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)，在平導(dǎo)內(nèi)(3號(hào)橫通道往小里程方向)設(shè)置及橫洞內(nèi)(平導(dǎo)口至橫洞與正洞交叉口段)分別設(shè)置兩道電動(dòng)卷閘門(mén)以實(shí)現(xiàn)不影響運(yùn)輸?shù)那疤嵯逻M(jìn)風(fēng)流與回風(fēng)流的隔斷，兩道電動(dòng)卷閘門(mén)處于長(zhǎng)閉狀態(tài)，卷閘門(mén)尺寸及兩道門(mén)之間的距離以滿(mǎn)足最大尺寸運(yùn)輸車(chē)輛通行為原則，風(fēng)機(jī)安裝在平導(dǎo)內(nèi)電動(dòng)卷閘門(mén)新鮮風(fēng)流側(cè)通過(guò)風(fēng)管分別向3號(hào)橫通道正洞大里程作業(yè)面、6號(hào)橫通道大、小里程作業(yè)面供風(fēng)，如圖3所示。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定三臺(tái)風(fēng)機(jī)均采用SDZ-No10型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2×47 kW，風(fēng)壓600 Pa～3 650 Pa，風(fēng)量900 m3/min～1 450 m3/min，配φ1.4 m阻燃抗靜電風(fēng)管。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)的日常管理

為保證通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，在施工期間加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施日常管理，設(shè)專(zhuān)人分別負(fù)責(zé)洞內(nèi)兩組電動(dòng)卷閘門(mén)的啟閉工作；同時(shí)在洞內(nèi)張貼醒目標(biāo)志，提醒司機(jī)通過(guò)卷閘門(mén)時(shí)減速謹(jǐn)慎駕駛，避免損壞卷閘門(mén)。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)效果評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)考察，只要管理好洞內(nèi)所有電動(dòng)卷閘門(mén)，保證新、污風(fēng)流不短路，通風(fēng)系統(tǒng)是穩(wěn)定、可靠的，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

分別在各掌子面風(fēng)管出口往回風(fēng)方向15 m～20 m測(cè)定掌子面風(fēng)速，在各作業(yè)面回風(fēng)口測(cè)各作業(yè)面回風(fēng)風(fēng)速，風(fēng)速均在0.25 m/s以上，符合相關(guān)規(guī)范及通風(fēng)方案要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在隧道布置允許的情況下，采用隔斷壓入式通風(fēng)系統(tǒng)，充分利用風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和隧道斷面大、阻力小的特點(diǎn)，在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理的前提下，不僅通風(fēng)系統(tǒng)可靠，通風(fēng)效果也得到明顯改善。