小断面单线铁路特长隧道施工通风技术研究

小断面单线铁路特长隧道施工通风技术研究
摘要：本文以单线铁路准朔铁路六狼山特长隧道施工通风为例，介绍特长隧道施工分阶段通风研究过程、技术成果及取得的经济效果与社会效益，通过研究表明，单线铁路特长隧道施工通风技术采取相应的措施后，能为隧道施工阶段通风提高通风质量，提高工作效率，创造经济效益，为同类工程提供参考。

关键词：隧道；通风；阶段；效果；
中图分类号：u45 文献标识码：a 文章编号：
1 工程概况
准朔铁路线六狼山隧道位于峙峪车站和六狼山西车站之间，隧道通过该区最高山黑驼山边缘，黑驼山最高高程为2147m，隧道最大埋深为443m，设计单线隧道，起讫里程为改dk20+575～改dk35+750，全长15175m。

其中，隧道进口至改dk23+928.18位于半径1200的右曲线上，从改dk23+928.18至改dk35+304.53隧道位于直线上，从改dk35+304.53至改dk35+650.88隧道位于半径1200的左曲线上，从改dk35+650.88至出口位于直线上。

隧道内线路纵向设计坡度从进口至改dk35+450以14‰的坡度上坡，从改dk35+450至出口以9‰的坡度上坡。

六狼山隧道设5座斜井，斜井总长4650.89m。

斜井均设于线路前进方向右侧，其中1#斜井、4#斜井作为运营期间紧急出口，其它斜井按临时工程设计。

六狼山隧道1#斜井为双车道斜井，斜井设计情况见下图。

图1隧道任务划分图
2 通风工艺原理
2.1 通风量的计算
需风量的计算分别按运碴车辆功率需风量、排尘需风量、爆破气体排出需风量、工作人员需风量来计算，取最大值，一般来说的，单线隧道主要是运碴车辆功率需风量，也是其最大值。

另外考虑其断面小，设有斜井，风管弯折及过二衬台车变径影响，将其计算需风量放大为1.5~2倍。

①运渣车辆功率，每kw配3m3/min风量，按实际所需车辆计算：q=p×n×w（m3/min）
②排尘需风量计算:q=v×s×l（m3/min）
③隧道一公斤炸药产生有害气体统计（l）
按一次爆破最大炸药用量验算:
工作面风量计算：
2.2 风管阻力的计算
按摩擦阻力和局部阻力计算。

根据通风阻力（摩擦阻力和局部阻力）引起的压力损失，选择适当功率的风机设备，以保证将所需新鲜空气送到工作面。

压力损失可用下式表示：
风管是圆断面的，故r=
隧道总风压（h总）
h总=h摩总+h局总+h其他（dapa）
（1）管道摩擦阻力（h摩总）
h摩总= （dapa）
（2）局部阻力
局部性的压力损失，是由于影响风流的各种局部原因所引起的，如风道缩小、扩大、转弯等、局部阻力h局可用下式计算：
h局=（dapa）
（3）其他局部阻力（h其他）
隧道使用风管通风，可考虑其他局部阻力增加5%～10%
当坑道内停放斗车时，每辆局部阻力增加0.5%，如数量斗车同时停放在主风道内，每辆车之间距离不超过1m,可按1辆计算，如超过1m则逐辆增加。

3阶段性通风方法
通风阶段为分初期（第1阶段，一般为斜井部分及进出口直接施工正洞1000m范围之内）、中期（第2阶段，一般为斜井进正洞后800m 及进出口直接施工正洞1000~1500m范围之内）和后期（第3阶段，一般为斜井进正洞后800~2000m及进出口直接施工正洞1500~2000m 范围之内）3个阶段。

隧道洞口150m范围采取自然通风。

第1阶段：采取单机单管压入式通风，即能满足作业面供风需求。

第2阶段：直接施工正洞采取在浅埋段开挖通风竖井；通过斜井施工正洞时，长斜井的情况，在斜井底部增加1套风机往外抽风，加
强斜井回风系统、短斜井的情况，在正洞内二衬台车前，增设1套风机、风管，压入式往远离掌子面送风，加强正洞回风系统。

第3阶段：通过斜井施工正洞，已贯通地段将风机移到正洞，设挡风帘，直接送风、采取在洞口增加1套风机、风管压入式通风。

通过各阶段措施调整，改善通风效果，加快施工进度。

4阶段性通风措施调整
4.1通风分阶段进行，阶段的划分根据隧道的设计及实际通风效果来进行判定。

第1阶段一般为斜井部分及进出口直接施工正洞1000m范围之内。

第2阶段一般为斜井进正洞后800m及进出口直接施工正洞
1000~1500m范围之内。

第3阶段一般为斜井进正洞后800~2000m及进出口直接施工正洞1500~2000m范围之内。

4.2第1阶段通风：
直接使用单机单管压入式通风，不需要采取其他任何措施调整。

一般根据通风计算，配置2×37kw或2×55kw风机1台，直径1.2m 或1.4m的塑料风管。

图2直接施工正洞通风平面布置图
图3 斜井通风平面布置图
4.3第2阶段通风：
直接施工正洞的进、出口地段，一般位于浅埋地段或埋深较浅，可以采用设置1~2个临时通风竖井，并安设抽风机往洞外抽风。

通风
竖井直径为1.2m，另外在竖井内增加1×5kw的轴流风机往洞顶抽风，能更好的排风，加强回风系统。

图4竖井通风平面布置图
通过斜井施工正洞的通风措施：
斜井较短的情况下（1000m）：在斜井底部，增设1台风机、风管往洞外抽风，加强斜井内的回风系统。

风机配置为1×55kw风机1台，直径1.2m或1.4m的塑料风管沿斜井全长。

图6 斜井底部增加一套风机抽风平面布置图
4.4第3阶段通风：
通过斜井施工正洞时，隧道内没有工作面贯通，在洞口增加1套风机、风管分别压入式通风，增加通风量，冲销漏风过大的情况。

增加的风机一般配置为2×75kw或2×55kw风机1台，直径1.4m或1.6m的塑料风管。

图7斜井洞口增加风机平面布置图
通过斜井施工正洞，部分工作面如已经贯通的情况下，可将风机从斜井口移到正洞内，增设挡风帘或墙，直线通风，减少斜井处风管弯折造成的风力损耗。

图8风机移到正洞设挡风帘平面布置图
5 气体检测
5.1隧道通风气体浓度的环卫标准：
氧气（o2）不低于20%；
二氧化碳（co2）不得超过0.5%；
一氧化碳（co）不得超过30 mg/m3；
二氧化氮（no2）不得超过5 mg/m3；
瓦斯（ch4）浓度进风流中不得超过1%，总回风道或一翼回风道风流中，不得超过0.75%。

洞内供风量：按每人每分钟供给新鲜空气3m3/min。

风速要求：全断面（包括斜井）开挖时应不小于0.15m/s，坑道内不小于0.25m/s，均不应大于6m/s。

5.2气体检测方法
检测仪器可以采用cd4气体检测仪。

安排专人进行定期检测。

检测高度设在隧道拱部，检测时间分钻眼中、装药时、爆破后30分钟、出碴中，检测位置距离掌子面20m、二衬台车处、正斜相交处、斜井距洞口100m处，通风措施调整后，各洞口要分别在阴雨天与晴天对气体进行检测对比分析，总结经验。

6 取得的效果
六狼山隧道于2008年5月30日开工，前期通风状况一直良好，2010年8月，1#斜井大里程施工到1000m、3#斜井大里程施工800m、4#斜井小里程施工到600m（第2阶段后期）、5#斜井小里程施工到600m 时，均遇到严重通风问题，主要表现如下几个方面：
1、通风时间长达1个小时左右；
2、正洞粉尘大，能见度低至5m不到；
3、斜井洞内粉尘无法排出，特别是遇到阴雨天气，能见度更低。

通过通风措施调整：在进出口增加通风竖井、1#斜井将风机移到正
洞，并设挡风帘、3#斜井在正洞的二衬台车附近增加1台风机，接30m风管往远离掌子面送风，加强回风系统、4#斜井在洞口增加1套风机风管，同时往洞内送风，加大供风量，冲销漏风、5#斜井在斜井底部增加1套风机风管，往洞外抽风，加强回风系统。

隧道洞内通风得到明显改善，工序间通风时间减少，加快了施工进度。

单机单管压入式通风方式是最经济的通风方式，费用分别为双机单管、三机单管得74%、53%。

施工的后期，通过现场通风措施调整，有效的改善了洞内通风质量，减少了工序间通风时间，加快了施工进度，节约了大量的机械设备租赁费、人员工资及管理等费用。

阶段性通风调整较采用同一种通风方式较为经济，节约了成本。

通过比较节约总共成本约264.8万元。

六狼山隧道经济效益分析比较如下表：
表1 通风方法经济效益分析表
7 结论
特长隧道通风技术在国内是普遍存在的一个技术难题，通过六狼山隧道的现场实践与总结，基本解决了小断面特长隧道施工通风技术难题，加快了施工进度，节约了施工成本，提高了经济效益，为以后类似工程施工可以提供一定的参考价值。