小断面长距离水工隧洞施工通风的设计与布置.docx

文 章 编 号 1009-2846 (2012) 11-0020-04小断面长距离水工隧洞施工通风的设计与布置许韧初（葛洲坝集团五公司永定桥水利工程 C标施工项目部 ，四川汉源 625307）摘 要 针对小断面长距离的马桑林隧洞的通风排烟 问 题 ，通 过 理 论 计 算 ，并在施工前期安排重要条件与之类似的 石岗山支洞作为生产性试验洞段 ，最终得出切合实际的设计方案用于施工 ，效 果 良 好 。关 键 词 马 桑 林 隧 洞 ；通 风 排 烟 ；布 置中 图 分 类 号 TV 672+.1文 献 标 识 码 B概述12通风和风量分析由 葛 洲 坝 集 团五公司承建的四川省雅安市永 定桥水利工程 C标施工项目的三条隧洞 ，分 别 为 石 岗 山 、寨子山和马桑林隧洞 ，其中最长的是马桑 林隧洞 ，其轴线长度达到 5 249m。 马桑林隧洞的断 面型式为上圆下方城门洞型 ，其 开挖断面尺寸为 ：洞宽洞高260cm290cm；马桑林隧洞开工时间为2011 年 4 月 12 日。由 于 地 形 条 件 的 限 制 ， 马桑林隧洞只能设置 一 条 施 工 支 洞 （支 洞 长 度 388m），其支洞将主洞分 割 成 上 、下 游两段的长度分别为 ：上 游 3 039m、下游 2 210m（参见图 2）。 支洞贯通后 ，马桑林主洞共 计 4 个 工 作 面 ， 其单头独进的平均长度达到了 1500m 和 1 100m 以 上 。 属于典型的小断面长距离 水工隧洞 。由于石岗山隧洞的支洞长 度 达 到 了 455m，超 过了马桑林支洞 388m 的 长 度 ，且施工期正好处于 马桑林隧洞主洞的施工前期 ， 为此将石岗山支洞 及其进入主洞后期作为生 产性试验通风的施工区 域 ， 摸索出合理的通风数 据用于马桑林隧洞通风 设备的选择和布置 。众 所 周 知 ， 隧洞通风的目的是保证隧洞在施 工过程中开挖工作面有 足够的新鲜空气 ， 冲 淡 并 排除爆破烟尘和各种有 害 气 体 ， 使其含量降到国 家 标 准 以 下 ，创造良好的施工 条 件 ，从 而 加 快 工 程 进度并确保工程质量 。2.1 通风形式一 般 情 况 下 ，隧 洞开挖掘进通常采用压入式 、吸出式和混合式进行通风 。2.1.1 压入式通风利 用 安 装 在隧洞口之外的风机 ， 将 新 鲜 空 气 源源不断的经过风筒直 接送到开挖工作面 ， 从 而 将爆破之后的污浊空气经过已 成 洞 室 “驱 赶 ”到 洞 外。压 入 式 通 风的优点是作业面得到的新鲜空气 流 较 大 ，能够较快的冲淡炮烟 ，柔性风筒和金属风 筒 均 可 使 用 ； 其 缺 点 是 炮烟排出时需要经过全洞 洞室，对洞壁产生一定的二次污染 。压入式通风一 般情况下适用于单机 400 m 左 右的独头隧洞 ，多机并联或者串联后可用于长度在 400m 以上的隧洞通风 。 其风量计算采用下 式：收 稿 日 期 2012-10-10作 者 简 介 许 韧 初 （1957-），男 ，湖 北 宜 昌 人 ，现从事水利工程施工管理工作 。- 20 -吉林水利小断面长距 离水工隧洞 施工通风的 设计与布置许韧初 2012 年 11 月Q 压21.4（Q 药 SL）0.5 T（1）分考虑石岗山支洞进入 主洞后的成功经验 ： 只 需在已经配置风机 【即 ：按 照 （1）式 配 置 的 风 机 】的 基 础上，配置合适的吸出式风机就可以了 。尽管已经配置的压入风量 较 大 【按 （1）式 Q 压2356（m3 min）】，但还得遵循混 合式通风体系之中 的吸出风量不能小于压入风量的原则 ，故 按 11 的 比例配置主洞上下游各 400m 之后采用混合式通 风体系之中的吸出式风量 ， 并据此去选择吸出式 风机。式中：Q 压 为压入式通风量计算值 （m3 min）； Q药 为本次爆破装药量 （kg）， 取 Q 药 30kg；S 为 隧 洞开 挖 断 面 积 （m2）， 取 S7m2； L 为 隧 洞 掘 进 长 度（m）， 马桑林隧洞初期 388m 支 洞 和 进 入 400m 400m 上下游主洞采用压入式通风 ，故 取 L1388m；L2388m400m400m1188mT 为 通 风 时 间 ，取 T30min.得 出 ：Q 压 1 21.4 （30 7 388）0.5 30 204 （m3 min）Q 压 221.4（3071188）0.5 30356（m3 min）2.1.2吸出式通风根 据 类 似 工 程经验和石岗山支洞单纯采用吸 出式通风效果较差的实际 情 况 ， 项目部决定不单 独采用该通风方案 。2.1.3混合式通风该 通 风 方 法 采用压入式和吸出式混合使用的 形 式 ，比较充分的结合了压入式 和吸出式的优点 ，2.2.3主洞出口0400m 采用压入式通风 ；400m 之 后 采 用 加强压入式并联通风 （目前已经实施的效果良好 ）。3风机选择及布置我国目前生产的隧洞开挖风 机 均 为 配 套 生产 ， 根据上述计算风量 和风机标示的工作风压即 可选定相应功率的风机 。在 生产性试验段石岗山支洞 （ 长 宽 高 455m2.5m2.2m）的 通 风 过 程 中 ，经计算并综合考 避开了二者的缺点 ，工隧洞的通风排烟 。特 别 适用于小断面长距离水 方案设计根 据 上 述 通 风 形 式 的 分 析 ，洞采用以下方案进行通风 ：2.2.1主洞进口虑采用了一台功率为 7.5kW 轴流压入式风机 置 600mm 帆布柔性风筒 ）进行通风排烟 。（配2.2决定对马桑林隧 当支洞开挖进行到 300m 时 通 风 时 间 均 在 30min 之 内 ，然 后 逐 渐 增 加 ，当支洞开挖进行到 455m 进入主洞时通风时间达到了 60min（为 确 保 隧 洞 施 工总进度的最长通风排 烟 时 间 ， 不允许超过该时 间 ）， 为 此 并 联 一 台 7.5kW 轴流压入式风机 ，时 间 马上控制在 30min 之内； 当进入到上下游各 380m 之 后 ，其通风时间又达到了 60min，这 时 在 进 入 主 洞 之 后 按 照 11 的比例各布置一台功率为 7.5kW 轴流吸出式风机 （配置 400mm 帆布柔性风 筒 ）进 行 混合式通风排烟 （参 见 图 1）。 从 主 洞 上 、下 游 各 掘 进 380m 时的通风时间来看效 果 很 好 ，每 次 通 风 时0400m 采用压入式通风 ；400m 之 后 采 用 加强压入式并联通风 （目前已经实施的效果良好 ）。2.2.2支洞及其上下游主洞388m 至支洞采用压入式通风 ；388m 至 主 洞 上 下 游 各 400m 采用加强压入式并 联 通 风 ；主 洞 上 下 游各 400m 之后采用混合式通风 。混合式通风的压入式通风量计算式为 ：Q 混 压 7.8（Q 药 S2L 面 2）0.3333 T（2）式 中 ： Q 混 压 为混合式通风体系之 中 的 压 入 式通 风 量 。 L 面 为压入式出风口至工作面距离 ，取 30 m；其余符号和 （1）式相同 。得 出 ：Q 混 压 7.8 （30 72 302）0.3333 30 29 （m3 min）由 计 算 结 果 可 知 ： 混合式通风的压入风量是 比 较 小 的 ， 这主要是因为 与其匹配的吸出式风量 要比其大 30%左右的缘故 。 而我们现在对 388m 支 洞和主洞上下游各 400m 已 经采用了加强压入式 并 联 通 风 ， 项目部不可能 由此废除已经匹配的压 入式风机再去重新配置新 的 压 入 式 风 机 。 同 时 充图 1 石岗山支洞生产性试验风机布置示意图 - 21 -吉林水利小断面长距 离水工隧洞 施工通风的 设计与布置许韧初 2012 年 11 月间均在 30min 之内。根 据 上 述 计 算 风 量 、 风机标示工作风压和试 验 成 果 ， 对马桑林隧洞各 个位置的风机选择及其 布置为 ：3.1主洞进口对马桑林隧洞的通风布置 ，参见图 2。3.4风筒选择风 筒 分 为 柔性风筒和刚性风筒两大类 ， 项 目 部考虑到柔性风筒重量较轻 ，搬 运 、连 接 和 悬 吊 均 较 为 方 便 ，且价格较为便宜 ，故马桑林隧洞全部选 择柔性风筒 。综 合 考 虑 风机功率的大小 、 风在风筒内的流 速和布置的方便等因素 ， 压 入 式风机全部选用 600mm 直径，吸出式风机全部选用 400mm 直径。0400m：设 置 一 台 7.5kW 轴流压入式风机 ；配置 600mm 帆布柔性风筒 ； 实际施工时检 测 排 烟时间少于 40min。400m 处：拟采用加强压入式并联通风 ，设置并联 一 台 7.5kW 轴流压入式风机 ，确保了随着洞挖 3.5风筒口位置的确定的 延 伸 ，最长排烟时间不超过 60min（为 确 保 隧 洞施工总进度的最长通风排烟时间 ）。3.2支洞及其上下游主洞388m 支 洞 ： 设 置 一 台 7.5kW 轴 流 压 入 式 风 机；配置 600mm 帆布柔性风筒 ；实际施工时 检 测 排 烟时间少于 30min。388m 主 洞 上 下 游 各 400m： 并 联 一 台 7.5kW 轴流压入式风机 ；配置 600mm 帆布柔性风筒 ；实 际 施工时检测排烟时间少于 40min。主 洞 上 下 游 各 400m 处 ： 拟分别设置一台 7.5kW 轴流吸出式风机 ； 各 配 置 一 条 400mm 帆 布 柔 性 风 筒 ；确保了随着洞挖的延伸 ，最 长 排 烟 时 间不 超 过 60min（为确保隧洞施工总进度 的 最 长 通 风 排烟时间 ）。3.3主洞出口0400m ：设 置 一 台 7.5kW 轴 流 压 入 式 风 机 ； 配置 600mm 帆布柔性风筒 ； 实际施工时检 测 排 烟 时间少于 40min。400m 之 后 ： 并 联 一 台 7.5kW 轴 流 压 入 式 风 机；配置 600mm 帆布柔性风筒 ；实际施工时 检 测 排 烟时间少于 50min。3.5.1压入式风筒口位置的确定压 入 式 风 机为了把新鲜空气送到工作面 ， 应 该尽量将风筒口设置在距离工作面较 近 的 位 置 ， 以尽快将污浊 空 气 “驱 赶 ”出 洞 ，或 者 尽 快 “驱 赶 ” 进入吸出式风机口 。 但 为了防止爆破时损坏风筒 口也不能太靠近工作面 ，一般按照经验数据取 30m左右。3.5.2吸出式风筒口位置的确定吸 出 式 风 筒口的位置设置在压入式风筒口的 后 面 ， 即吸出式风筒口 与工作面的距离比压入式 风筒口与工作面的距离大 ，但 是 也 不 能 过 大 ，因 为 距离过大将导致吸出效 果 差 。 按照类似工程和石 岗山支洞的施工经验 ， 一般情况下吸出式风筒口 的位置设置在距离工作面 50m 左 右 的 位 置 ，即 ：吸 出式风筒口距离压入式风筒口 20m 左右的位置 。3.6风机工作时间的确定3.6.1起始时间吸 出 式 风 机 的 起 始 时 间 ： 装药放炮之前最后 出 洞 的 人 （指 定 专 人 ）开启吸出式风机开关 ，以 工 作状态等待爆破 ， 第 一 时间将炮烟和污浊空气吸 进风筒并排出洞外 。压 入 式 风 机 的 起 始 时 间 ： 一般情况下始终处 于 工 作 状 态 ，特殊情况下如果 需 要 停 机 ，也 必 须 在 放炮后随即开启风机开关 ，将新鲜空气送进洞内 。3.6.2结束时间按 照 国 家 规 范 规 定 ： 洞内每个施工作业人员 确保得到 3m3 min 的新鲜空气 ；洞内空气中含氧量 达 到 10%以 上 ； 游 离 状 态 的 SiO2 粉 尘 最 高 浓 度 不 得超过 2mg m3。 为了确保这些规范要求 ，压入式风 机除了停工和检修时间之外始终处于 工 作 状 态 ， 不得随意停机结束供风 。吸 出 式 风 机可以在通风排烟结束之后停工 ，直到下一次放炮再次进入工作状态 。图 2 马桑林隧洞风机布置示意图 - 22 -吉林水利小断面长距 离水工隧洞 施工通风的 设计与布置许韧初 2012 年 11 月如本文提到的石岗山支 洞作为生产性试验通风排 烟的经验 。3)注 重 效 果 ，但不盲目照搬重要条件发生 改 变 的施工经验 。 例如笔者在以往从事的较大断面 （洞 宽洞高600cm800cm）的通风排烟 工 序 中 ，串 联 风机要优于并联风机 ， 但是在马桑林这样的小断 面长距离隧洞的施工中 ， 却是并联风机优于串联 风机。4)留 有 富 裕 ，只为确保工期和人身安全 。 小 断 面隧洞随着长度的增加 ，当 工 作 面 处 于 1 200m 以 上的位置时 ，通风量必须要有富裕 。 结语4小断面长距离水工隧洞的通风 设 计 及 其 布置 ， 是一个针对具体条件 和环境下的理论和实践 相 结 合 的 产 物 ，总 的 来 说 ，有 以 下几点可以和广大 同仁共勉 ：1)相 信 理 论 ，但不唯理论是从 。 例 如 本 文 中 马 桑林支洞的混合吸出式风 机就没有按照理论计算 配 匹 风 机 ， 而是根据项目 部前期已经布置的压入 式风机去配匹合适的吸出式风机 。2)重 视 经 验 ，特别是重要条件类似的经验 。 例The detail design and layout of the ventilation of the hydraulic tunnel withsmall cross section and long distanceXu Ren-chuAbstract：Resolving the issue of the ventilation exhaust of Masanglin tunnel with small cross section and long- distance, theoretical calculations had been carried out and the field test arranged in the sub-tunnel of Shigang which is a familiar project with Masanglin in main conditions before the commence of Masanglin tunnel; it ul- timately got a scheme which met the actual design for Masnglin used for construction; The effect is good. Keywords：Ma Sanglin tunnel；ventilation exhaust；layout（上接第 8 页）近年来由人类开发建设等 原 因 ， 使这颗明珠产生 了 湿 地 萎 缩 、盐 碱 化 严 重 、来 水 水 源 不 足 、围 湖 造 田放牧等等问题 ，致使湿地生物 多 样 性 减 少 、水 质 恶 化 、 水质自净能力下降 。 我们应该采取有效措 施 ，防止湿地受到污染 ，预防发生富营养化 ，还 这 颗明珠一个蓝天碧水的优 美 生 存 环 境 ， 使 人 与 自然和谐永续相处 。 参 考 文 献:1 吉林省水资源 保 护 规 划 报 告 M. 吉 林 省 水 利 厅 ， 2008.3：55-56.2尹 华,昌 镜 伟. 新立城水库水体富营养化成因及治理对策 J.东 北师范大学学报 （自 然 科 学 版 ）,2010,42(1): 152-155.3昌 镜 伟 ,尹 华 .丰满水库氮磷含量变化趋势及其治理措施 J.长 春理工大学学报 （自 然 科 学 版 ）,2010,33(3): 107-110.4马 会 利,尹 华.长东北城市生态湿地公园水质预测及富营养化风 险 分 析 J. 长春理工大学学报 （ 自 然 科 学 版 ）,2011,34(4): 115-117.Discussion on the analysis of Chagan Lake wetland eutrophi