1、中铁三局集团渝怀线科研工程研究报告科研工程名称：板桃隧道通风技术研究编号：KY2002-YH01-01-03研究者：板桃隧道课题组研究时间：2002年度目录1课题的建立22课题研究的目的、内容32.1 课题研究的目的32.2 课题研究的内容33课题研究的特征34方案的研究和确定44.1 理论依据44.2 工艺流程44.3 工艺要点4通风系统设计44.3.1.1通风系统的总体布局44风机、风管的选择74.3.2施工要点8安装风机84.3.2.2横通道封闭墙8安装风管8通风系统日常管理和维护9施工通风监测1O4.4 机具设备114.5 劳动组织114.6 质量标准114.7 平安措施125方案的实
2、施136研究成果141课题的建立板桃隧道位于重庆市武隆县境内，起讫里程为DK207+490DK216+105,全长8615m。是全线十大控制工程之一。该隧道最大埋深1045m,是全线埋深最大的隧道。隧道穿过岩层以灰岩、白云质灰岩、页岩为主。隧道预计不良地质现象有：出口古滑坡、煤层瓦斯、岩爆、高地温及岩溶等。隧道进口端设4330米长的平行导坑，平行导坑在进洞1200米和正洞通过横通道相连，之后每400米与正洞有横通道相连。隧道采用双口掘进，施工分两个作业区，预计贯穿里程为DK212+018,进口端作业区负责进口正洞5428米和平行导坑的施工任务，出口作业区负责出口3187米正洞的施工任务。板桃隧
3、道施工工期十分紧张，隧道只能从两端分别独头掘进，隧道独头掘进按施组要求到达5400多米，并且隧道地质十分复杂，预计设计所涉及的不良地质均会出现，特别是天然气和瓦斯出现的可能性很大，这些不利因素都对隧道的施工通风提出了比拟高的要求。集团公司领导和公司渝怀指挥部的领导对板桃隧道十分重视，渝怀线刚开工，就下达了渝怀线的科研工程方案，二Oe）一年又增加了科研工程的投资方案。根据集团公司科技开发部下达的二。一年度科研方案，公司渝怀指挥部编制了板桃隧道机械配套快速施工及不良地质的超前预报预防、处理技术研究的科研工程执行方案，执行方案中将“洞内通风问题研究”作为一个子课题提出，要求通过研究解决如何建立适宜的
4、洞内通风系统，并对通风系统进行有效的管理的问题，以满足施工需要。同时要求通过研究分别提出一套独头掘进和巷道式通风的经济技术方案。科研小组根据研究内容和目的对课题进行细化，制定了课题研究实施细那么，通过现场的一系列研究，成功的解决了板桃隧道进出口的施工通风问题，并对以后长大隧道施工通风总结了一些科学的施工方法。2课题研究的目的、内容2.1 课题研究的目的通过通风课题的研究，确定板桃隧道进口施工巷道式通风方案，保证施工通风满足隧道施工的要求，探索隧道施工通风管理，通过研究活动，降低通风费用，节约通风能量消耗。2.2 课题研究的内容1）选择经济合理的通风方式、通风机械、风机及风管参数。2）研究通风设
5、备的系统布置，满足通风要求。3）研究施工通风的管理制度，保证现场施工通风。4）监测洞内空气指标和通风系统的各项指数，评估通风效果。3课题研究的特征目前，在我国隧道工程建设中，利用平行导坑作为辅助坑道的长大隧道日益增多，平行相邻隧道的修建亦不时出现。针对此类双洞条件，施工通风一般都采用巷道式通风。传统的巷道式通风是在平行导坑口设置风门安装主风机，将污浊空气由平导抽出，新鲜空气由正洞流入，洞内利用风机将正洞的新鲜空气送至不同工作面，形成循环风流。在巷道式通风中引进射流技术，改良了传统的巷道式通风工艺，用小功率射流风机代替大功率主风机，在平行导坑口不设风门，做到了无障碍封堵，提高了隧道通风质量，改善
6、了隧道运输条件，降低了隧道通风本钱。4方案的研究和确定4.3.1.1通风系统的总体布图2工艺流程用射流内空气风流，风量。大风的风1射流风机原理示意流程图1）根据设有平行导坑的隧道施工组织特点，隧道通风大致可分为三个阶段:a、第一阶段：横通道未通前的施工通风正洞与平导连通的第一横通道，一般设在1000m1500m之间，在横通道未通前，施工通风采用压入式通风。在距离正洞口、平导口25m30m处，各设置风机一台，接风管至开挖工作面。如图2图2第一阶段通风系统布置示意图b、第二阶段：施工中期的施工通风平导与正洞通过横通道连通后，在平导、横通道内设置射流风机，正洞和平导工作面采用压入式通风，轴流风机安置
7、在平导内，距最前端横通道80m100m处。横通道除最前面一个通风外，其余都采用密封墙封闭。如图3图3第二阶段通风系统布置示意图c、第三阶段：多个工作面的施工通风当正洞通过横通道再增加工作面时，可根据需要采用可调三通把送往平导作业面的风局部或全部引入正洞新增工作面，解决新增工作面的通风问题（多个工作面不可同时爆破，以免风量缺乏，影响最前方工作面的通风）。如图4图4第三阶段通风系统布置示意图2）通风系统布局应遵循以下几条a、正洞风机、风管应设置在远离平导的一侧，洞内电线路不能与风管设置在同侧，风管高度宜在隧道起拱线高度见图5b、平导内轴流风机、风管安置在拱顶位置。见图5图5正洞与平导内风管布置图c
8、平导内射流风机一般设置在回车道前端，距最前面横通道100m左右。射流风机应布置在为平导供风的轴流风机前后15m范围之内，防止形成巷道内污浊空气的循环。d、当隧道延伸较长时，根据正洞污浊空气排放情况，在横通道封闭墙上设小型风机，使平导内新鲜空气进入正洞，加快洞内的空气循环。e、当后面横通道作为运输通道不能封闭时，在横通道与平导交叉处适当扩挖，安置15kw射流风机向正洞射风，控制风流方向，防止正洞污浊空气进入平导。4风机、风管的选择1）风机的选择：长大隧道巷道式通风，主要需要轴流风机和射流风机两种。a、轴流风机主要用于独头段工作面压入式通风。所以轴流风机的选择是根据工作面需风量进行选择：Q机=P
9、Q需，根据工作面最小风速进行验算。式中Q机风机风量Q需是掌子面需风量P是管路系统的漏风系数，管路的漏风系数与送风距离和风管有关，送风距离取各阶段中最长的送风距离，漏风系数按风管出厂说明取。风机选择后应根据工作面最小风速进行验算。b、射流风机根据平行导坑断面大小取，3mX4m断面选取30kw射流风机即可。射流风机的布置可根据巷道内要求风速增减，当巷道内的风速小于通风要求最小风速时，增加射流风机台数或改变风机位置,增设射流风机选取15kw射流风机。2）风管的选择：在施工条件允许下，用于长大隧道通风的风管过风面积取开挖面积的1/25-1/20,以确定直径。一般巷道式通风由于风管送风距离在150Om左
10、右，正洞风管直径选1.2m为宜，平行导坑内风管直径应根据其断面和洞内机械的尺寸选取，3mX4m断面，S14梭式矿车，平导内风管直径不得大于1.2m。风管宜采用新型拉链软风管，平均百米漏风率不大于0.015,平均百米静压损失为70pa,摩阻系数不大于0.02o考虑长大隧道防火防爆要求，故采用阻燃、抗静电双抗软风管，抗静电阻大于108。，阻燃氧指数大于27。4.3.2施工要点安装风机1）风机支架应稳固结实，防止运行中振动，风机出口处设置加强型柔性管与风管连接，风机与柔性管结合处应多道绑扎，减少漏风。2）洞内风机的移动，采用轨道小平板车移动，移动前，提前做好风机支座或支架。射流风机应逐个移动，以保证
11、洞内不间断的空气循环。4.3.2.2横通道封闭墙除最前端横通道外，其余横通道全部封闭，封闭墙采用空心砖砌筑，砌筑时，预留风机口，以便横通道内设置通风机向正洞送风，预留风机口不通风时,应用挡板封闭，防止污浊空气进入平导。如果由于运输需要，横通道不能及时封闭时，可在横通道口设置小型射流风机，向正洞压风，阻止污浊空气进入平导。安装风管1）风管必须有出厂合格证，使用前进行外观检查，保证无损坏，粘接缝牢固平顺，接头完好严密。2）挂设风管要平、顺、直。在平行导坑作业时，先由测工在拱顶测出中线位置，并每隔5m标出中线位置，然后用电钻钻眼，安置膨胀螺栓；在正洞作业时，衬砌地段根据衬砌模板缝每5m标出螺栓位置，
12、未衬砌地段，先由测工在边墙上标出水平位置，然后用电钻钻眼，安置膨胀螺栓。3）布8号镀锌铁线，用紧线器张紧。风管吊挂在拉线下。为防止铁线受冲击波振动、洞内潮湿空气腐蚀等原因造成断裂，每Iom增设1个d）10尼龙绳挂圈。4）使用PVC拉链风管时，必须使其内反边保持同风向一致。风管悬吊要稳固，悬挂高度一致，要求每IOm挠度不大于150mm,轴向偏差每100m不大于300mm。为克服长期使用风管疲劳造成的长度延伸、挠度增大，每月进行一次系统检查，每30Om为一个检查调整段，风管拉紧后去除多余局部，增设钢圈接头，捆绑牢固。5）风管末端安装长60m旧风管，风管出口距工作面3040m06）平导内由于空间有限
13、当风管不能与拱顶密贴时，应采用旧风管制成的布条自两侧偏拱绑扎风管，以免风管下垂影响行车。如图5所示。通风系统日常管理和维护1）通风机应有专人值守，按规程要求操作风机，如实填写各种记录。2）通风机使用前应卸去废油，换注新黄油，以后每半月加注一次。3）风机应尽量减少停机次数，发挥风机连续运转性能。需停机或开启时,根据洞内调度通知进行。为减少风机启动时的气锤效应对风管的冲击破坏，应采用分级启动，分级间隔时间为3min4）开启轴流风机前，射流风机必须开启运转，以控制风流方向，防止污浊空气形成小循环。5）通风班组中应设专职风管维修工。每班必须对全部风管进行检查，发现破损等情况及时处理。对于轻微破损的管
14、节，采用快干胶水粘补：先将破损部位清洁打毛后，再行粘补；破损口小于15Cm时，直接粘补；破损口大于15Cm时，先将破口缝合后再行粘补，粘补面积应大于破损面积的30%。粘补后IOmin不能送风。对于严重破损的管节，必须及时更换。6）因洞内渗水和温度变化的影响，风管内会积水，故应定期排水，以减少风管承重和阻力。施工通风监测1）管道通风监测用比托管、U型压力计以五环10点法测试风管全压和静压，用1.2m、LOm比托管、DGM-9型补偿式微压计测试管道内风的动压。2）气象条件测试用数字式温度计测试管道内、外气温，用空盒气压表、干湿球温度计测试巷道内各点气压和湿度值。3）巷道通风监测与管道通风测点相同截
15、面上用电子风速仪以9点法测试巷道风速、风量。4）隧道内炮烟及有害气体扩散规律测试用P-5型数字粉尘计自动记录各测点烟尘每分钟浓度动态变化，用远红外线CO测试仪记录每个测点炮烟中一氧化碳浓度动态变化。施工通风监测可根据需要进行，也可安排定期监测，监测根据测试结果进行通风系统改良。4.4 机具设备板桃隧道进口巷道式通风，所需主要机具设备见表1表1渝怀线板桃隧道进口平导通风施工主要机具设备序号名称型号数量厂家备注1通风机552kw轴流风机1台天津2通风机372kw轴流风机1台天津3通风机30kw射流风机1台天津4通风机15kw射流风机2台天津横通道口使用5通风管双抗软风管LOm300Om洛阳隧道局6
16、通风管双抗软风管1.2m2000m洛阳隧道局7比托管1.2m、1.0m2个自制8压力计U型3个9补偿式微压计DGM-92个10风速仪2个日本产品11温度计数字式1个日本产品12气压表空盒式1个13干湿球温度计2个14粉尘计P-5型数字式2套日本产品15CO测试仪远红外线2套日本产品4.5 劳动组织巷道式通风必须成立专业的施工通风班，负责风机风管安装、维修维护,负责通风系统的正常运行。板桃隧道进口，安排劳动力如下：表2劳动组织序号工种人数分工1技术人员1负责通风技术工作，做好各项记录2通风班长1承当通风系统的安排，维护指挥3通风机司机4操作、保养风机，配合移动安装、维修风机4风机维修工8移动、安
17、装、保养、维修风机，安装、接长风管4.6质量标准1）洞内通风应到达铁路隧道设计标准、铁路隧道施工标准和其他标准中制定的有关规定。隧道在整个施工过程中，作业环境应符合以下卫生标准：a、保证洞内作业人员有足够的新鲜空气，洞内空气中氧气含量按照体积计不小于20%ob、粉尘含量容许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mgoc、一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3,二氧化碳按体积计不大于0.5%,氮氧化合物（换算成NO2）为5mg/m以下。d洞内最小风速确实定：正洞内不小于0.15ms,平导内不小于0.25mse、洞内有瓦斯时，瓦斯浓度应在有关规定范围之内。2）风机、风管设置应平顺，
18、无死弯。3）横通道封闭墙应封堵严密，不得漏风。4.7平安措施1）风机必须安装牢固，风机前后5m内不得堆放杂物，防止影响风机风量,防止异物进入风机损坏叶片。风机应有过载限压等保护装置，发生异常时，能自动停机，起到保护作用。2）通风机进气口设置铁葡，防止异物进入风机损坏叶片和风机伤人事故的发生。3）通风机司机要遵守操作规程，防止机械事故的发生；做好防触电工作,供电线路停电时，必须切断电源，风机叶片未停止转动时，不准接触其转动局部或对其进行维修。4）非操作人员，严禁私自开启通风机电源。通风机司机开启电源前，应确认前方是否有人员维修和接长风管，防止送风伤人。5）各种车辆和人员在洞内行进时，应与风机、风
19、管保持一定距离，注意保护通风管路。6）通风工进洞必须戴好平安帽，发现通风系统有漏风或其它故障时，应立即通知有关人员进行处理。7）接长、更换、修补风管时，作业的人员应做好洞内运输车辆防护工作,防止发生坠落事故。8）风机支架、风管承重索要经常检查，防止因锈蚀或其它原因造成断裂而影响通风。5方案的实施中铁三局集团桥隧分公司八队在渝怀线板桃隧道进口施工中，采用了钻爆法施工，有轨运输，根据施工组织要求，进口施工5428m,预计将到达5800米。在施工过程中，课题小组经过研究、分析，借鉴国内隧道通风先进技术，确定采用射流巷道式通风技术。施工整个过程中，通风效果良好，降低了施工本钱，保证了施工进度，并且成功
20、通过了两段煤层瓦斯段，在施工过程中，我们对洞内空气质量进行了监测，监测结果说明，在洞内爆破15min后，空气质量均到达了平安标准。表3是平导施工至PDK211+800（距洞口4310m,距最前面横通道155Om）处，距离开挖工作面40m处的各种空气浓度。表3气体浓度检测表通风时间/m论CO10SO2106VOC/XlO6H2S106LEL/%O2/%CH&/%NO2/XlO68051050102201552157.1210.5O210.042.1101453.2131O20.50.031.215742.07.0OO210.030.420301.04.8OO21.50.020.1在施工初期，现场
21、人员对该通风方法认识不够，对后面横通道的堵塞不够重视，造成了隧道局部污浊空气的小循环；现场通风设备的型号单一，现场通风设备与设计方案不符，造成该技术不能最大限度的表达节能的优势，是这次板桃隧道巷道式通风科研中的一点遗憾。6研究成果通过板桃隧道进口施工实践研究，巷道式通风中成功的应用了射流技术，其根本通风思路是：在平行导坑内布置射流风机，利用射流自身的卷吸升压作用，使新鲜空气由平导进入。在平导、横通道新鲜风流中布置轴流风机，通过风管向平导、正洞前方的工作面压入式通风，污浊空气通过最前面的横通道由正洞排出，形成循环风流。该技术与传统巷道式通风比拟，主要优点有：1）用小功率的射流风机代替了平行导坑口和横通道内的大功率风机，大大减少了风机功率，降低了通风电能消耗；2)显著改善施工环境，通风时间短，空气质量好，缩短了作业循环中的通风时间，提高了工效，加快了施工进度；3)平导口不设风门，最前面横通道内不设风机、风管，没有通行障碍，提高了隧道运输效率；4比传统巷道式通风，风管长度缩短，减低了通风本钱。执笔：孟庆明
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