隧道斜井通風(fēng)方案

山西中南部鐵路通道ZNTJ-6標(biāo)南呂梁山隧道1、2號(hào)斜井通風(fēng)方案中國(guó)中鐵隧道集團(tuán)二○一○年十二月南呂梁山隧道1、2號(hào)斜井通風(fēng)方案一、南呂梁山隧道1、2號(hào)斜井情況簡(jiǎn)介南呂梁山隧道1號(hào)斜井位于隧道左線左側(cè)，采用雙車(chē)道無(wú)軌運(yùn)輸，與正洞交與DK304+300,斜井長(zhǎng)2510m,綜合坡率為-11.1%。1號(hào)斜井承當(dāng)正洞施工任務(wù)：左、右線起訖里程均為DK301+285～DK306+775,長(zhǎng)5490m;其中V級(jí)圍巖97m、IV級(jí)圍巖805m、Ⅲ級(jí)圍巖600m、I級(jí)圍巖3988m,各級(jí)圍巖所占比例分別為：1.77%、14.66%、10.93%、72.64%。南呂梁山隧道2號(hào)斜井位于隧道左線左側(cè)，采用雙車(chē)道無(wú)軌運(yùn)輸，與正洞交與DK309+150,斜井長(zhǎng)2730m,綜合坡率為-11.4%。2號(hào)斜井承當(dāng)正洞施工任務(wù)：左、右線起訖里程均為DK306+775～DK310+800,長(zhǎng)4025m;其中V級(jí)圍巖1080m、IV級(jí)圍巖1345m、Ⅲ級(jí)圍巖1600m,各級(jí)圍巖所占比例分別為：26.83%、33.42%、39.75%。二、通風(fēng)方案選擇及說(shuō)明：蘭渝西秦嶺隧道羅家理斜井通風(fēng)有成功經(jīng)歷可循，原方案1、2號(hào)斜井均采用接力式通風(fēng)，后方案2號(hào)斜井改為隔離巷道式施工通風(fēng)方案。具體修改原因?yàn)椋?、后續(xù)斜井施工過(guò)程中2號(hào)斜井因?yàn)樘幱诤拥里L(fēng)口處，相較于1#通風(fēng)，2#井通風(fēng)相對(duì)困難，通風(fēng)量需求大，主要表現(xiàn)為排煙困難，炮煙、車(chē)輛尾氣、灰塵集中于進(jìn)洞200-500m之間。根據(jù)洞內(nèi)排煙需求，只能加大通風(fēng)量、延長(zhǎng)通風(fēng)時(shí)間，直接導(dǎo)致通風(fēng)本錢(qián)增加。下面是8月通風(fēng)到11月份1#、2#通風(fēng)耗電統(tǒng)計(jì)：月份斜井891號(hào)斜井用電〔度〕2號(hào)斜井用電〔度〕所以2號(hào)斜井存在新鮮空氣易送入，而污風(fēng)不宜排出的情況，采用隔離巷道2、2號(hào)斜井線路設(shè)置有2處較大的曲線拐彎，對(duì)接力式通風(fēng)風(fēng)損比擬大。3、對(duì)于污風(fēng)不宜排出問(wèn)題，擬在2號(hào)斜井井底設(shè)置通風(fēng)豎井，有效解決4、能夠通過(guò)2個(gè)近似斜井，直觀比擬兩種通風(fēng)方案，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，為附件1-1：南呂梁山隧道1#斜井接力式通風(fēng)方案附件1-2：蓋雅獨(dú)頭通風(fēng)方案附件2：南呂梁山隧道2#斜井隔離巷道式通風(fēng)方案附件1-1：南呂梁山隧道1#斜井接力式通風(fēng)方案中隧集團(tuán)晉中南鐵路六分部的能耗指標(biāo)；4、相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、指南、規(guī)那么等；隧道施工通風(fēng)的目的是供應(yīng)洞內(nèi)充足的新鮮空氣，并沖淡、排除有害氣在隧道施工過(guò)程中，因?yàn)殂@爆、裝運(yùn)、噴砼產(chǎn)生有害氣體和粉塵及開(kāi)挖揭露地層釋放的有害氣體使隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境受到污染，必須采用機(jī)械通風(fēng)的方法向洞內(nèi)供應(yīng)新鮮空氣，以稀釋有害氣體降低粉塵濃度，隧道內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境要到達(dá)以下衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：隧道中氧氣含量按體積計(jì)不得小于20%,溫度不宜高于28℃。粉塵允許濃度，含10%以上游離二氧化硅的粉塵，每m3空氣中不得大于2mg;。含游離二氧化硅在10%以下時(shí)，每m3空氣中不得大于4mg。一氧化碳最高容許濃度為30mg/m3,在特殊情況下施工人員必須進(jìn)入工作面時(shí)可為100mg/m3,但工作時(shí)間不得超過(guò)30min。二氧化碳，按體積計(jì)不得大于0.5%。氮氧化物〔換算成NO2〕為5mg/m3以下。隧道內(nèi)噪聲不宜超過(guò)90dB?？茖W(xué)配置通風(fēng)設(shè)施,風(fēng)機(jī)型號(hào)，功率與風(fēng)管直徑必須配套，到達(dá)低風(fēng)阻，理論計(jì)算隧道內(nèi)需風(fēng)量，風(fēng)量以滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為原那么，到達(dá)既滿(mǎn)足現(xiàn)次性爆破所需要排除的炮煙量和內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備總功率分別計(jì)算，取其中最大工程單位數(shù)量說(shuō)明斷面積單個(gè)掌子面一次爆破炸藥量單個(gè)掌子面洞內(nèi)最多作業(yè)人道工序總和考慮裝碴車(chē)功率出碴車(chē)功率0通風(fēng)時(shí)間最低風(fēng)速風(fēng)管直徑m議采用20m/節(jié)風(fēng)管百米漏風(fēng)率%正洞最長(zhǎng)通風(fēng)m式中：q作業(yè)面每一作業(yè)人員的通風(fēng)量，取3m3/min;n——作業(yè)面同時(shí)作業(yè)的最多人數(shù)，取30人。k——風(fēng)量備用系數(shù)，取1.25。風(fēng)算按數(shù)30算按洞內(nèi)同一時(shí)間爆破使用的最大炸藥量所產(chǎn)生的有害氣體稀釋到允許濃式中：A-掘進(jìn)斷面面積，全斷面開(kāi)挖55m2;t通風(fēng)時(shí)間，30min;G——同一時(shí)間起爆總藥量，按鉆眼4m,進(jìn)尺3m計(jì)算，火工品單耗量1.1~1.3,這里暫取1.2;那么G≈200kg;φ——淋水系數(shù)，取0.8;b炸藥爆炸后有害氣體生成量，計(jì)算取40L/kg;P通風(fēng)管漏風(fēng)系數(shù)，取P=1.02;L——通風(fēng)長(zhǎng)度〔22950m〕或臨界長(zhǎng)度〔L'〕,臨界長(zhǎng)度用公式L'=GbKIAP2=815m?！彩街蠯為紊流系數(shù)，取0.65〕。取L=min{L,L'}=75m。那么，按上式計(jì)算可得Q2=246.39m3/min按稀釋內(nèi)燃機(jī)廢氣計(jì)算需風(fēng)量式中：H—內(nèi)燃機(jī)械總功，進(jìn)入正洞單個(gè)作業(yè)面按1臺(tái)裝載機(jī)〔單機(jī)功率162Kw〕,1臺(tái)挖機(jī)〔單機(jī)功率110Kw〕,3臺(tái)大車(chē)〔單機(jī)功率340馬力，乘0.74轉(zhuǎn)換為功率)考慮。n-綜合考慮負(fù)荷率、機(jī)械利用率，取值0.3～0.4。這里取0.35。按最低風(fēng)速計(jì)算需風(fēng)量式中：Q.一最低風(fēng)速需風(fēng)量，m3/min;v—最小允許風(fēng)速，取0.15m/s;S—隧道斷面積,55m2。經(jīng)計(jì)算正洞每個(gè)掌子面需風(fēng)量Q4=107min那么，通風(fēng)機(jī)要求提供風(fēng)量：Q供=nKQmax式中，K高原修正系數(shù)，取K=1; Q供=1.15×1×1185.5=1304.05〔m3/min〕隧道總風(fēng)壓h總=h摩總+h摩局+h其它h摩總=6.5×aLQ面Q供/D5 D——風(fēng)管直徑〔m〕,斜井取2.0m,正洞按1.5m;α——風(fēng)管摩擦阻力系數(shù)〔N-S2/m2〕,α=pX/8,其中p為空氣密度〔p=1.176kg/m3〕,入為達(dá)西系數(shù)〔λ=0.015〕;那么α=0.0022那么，第一階段：斜井口至井底風(fēng)廊段h摩總=804(pa)第二階段：井底風(fēng)廊至開(kāi)挖面h摩總=1175(pa);h摩局局部性的壓力損失〔Pa〕,如風(fēng)道縮小、轉(zhuǎn)彎等。通風(fēng)管采取同直徑連接，沿洞身側(cè)壁布置，此局部壓力損失能夠忽略不計(jì)。h其它——其它因素增加阻力〔Pa〕,根據(jù)施工安排綜合考慮12.5%。經(jīng)計(jì)算得出，隧道總風(fēng)壓為：第一階段：斜井通風(fēng)h總1=904.5〔Pa〕,按獨(dú)頭壓入式通風(fēng)設(shè)計(jì),風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管按井底需求第二階段：正洞開(kāi)挖期間通風(fēng)h總2=1322〔Pa〕按同時(shí)向3個(gè)掌子面通風(fēng)設(shè)計(jì)，單個(gè)掌子面需風(fēng)量為1185.5方，斜井通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為：1185.5x3=3556.5m3通風(fēng)管道及設(shè)備選型通風(fēng)機(jī)型號(hào)的選擇按以下三個(gè)條件：①通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量不能不小于理論計(jì)算風(fēng)量；②通風(fēng)機(jī)直徑與選取通風(fēng)管直徑不能差異差異太大；③風(fēng)機(jī)全在凈空允許的情況下，盡可能采用大直徑風(fēng)管配大風(fēng)量通風(fēng)機(jī)，以減少能耗損失的原那么，按同時(shí)向3個(gè)作業(yè)面送風(fēng)考慮。南呂梁山1#斜井及正洞通風(fēng)將按兩步接力的形式施工采用混合式方式。在斜井段采用2臺(tái)2×182KW軸流風(fēng)機(jī)向井底風(fēng)囊供風(fēng)，正洞4個(gè)工作面進(jìn)口方向2個(gè)面布設(shè)2臺(tái)2×110KW軸流風(fēng)機(jī)、2#井方向布設(shè)2臺(tái)2×75軸流風(fēng)機(jī)，并在三叉口位置設(shè)置2臺(tái)37KW射流風(fēng)機(jī)向斜井方向抽出污風(fēng)，以提高污濁空氣的向外流動(dòng)，斜井井身段風(fēng)管選用直徑2米的通風(fēng)軟管，正洞段選用直徑1.5米的通風(fēng)軟管按最長(zhǎng)通風(fēng)距離進(jìn)口方向3000米計(jì)算。名稱(chēng)型號(hào)功率〔KW〕風(fēng)機(jī)62臺(tái)中速6155軸流風(fēng)機(jī)002臺(tái)中速49低速7軸流風(fēng)機(jī)〔552臺(tái)中速5低速5軸流風(fēng)機(jī)高速551臺(tái)中速5低速5拉鏈風(fēng)管平均百米漏風(fēng)率0.02,摩阻系數(shù)0.02每節(jié)長(zhǎng)度20m/節(jié)或10m/節(jié)。SLF系列2臺(tái)1、計(jì)算方法：通風(fēng)機(jī)按照每500米增加一級(jí)功率計(jì)算，開(kāi)機(jī)時(shí)間均按照每茬炮2小時(shí)〔出渣1.5小時(shí)，噴漿及其他0.5小時(shí)〕通風(fēng)計(jì)算開(kāi)挖每循環(huán)1.5米計(jì)算，共計(jì)1687個(gè)循環(huán)。電費(fèi)0.8元/度。所需設(shè)備及材料：通風(fēng)機(jī)1臺(tái)，型號(hào)：185x2KW風(fēng)管：2m直徑，2530m電費(fèi)消耗：〔30×2+60×2+185+185+60+185x2〕x1687/4x2x0.8=661340元3、正洞通風(fēng)階段：此時(shí)井口通風(fēng)機(jī)16小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，洞內(nèi)根據(jù)條件通風(fēng)，按同時(shí)向3個(gè)掌子面送風(fēng)計(jì)算。所需設(shè)備及材料：通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，型號(hào)：185x2KW通風(fēng)機(jī)4臺(tái)，型號(hào)：110x2KW總功率：1620KW設(shè)備投入：250000×2+115000×4=960000(185x2+185x2+(185+60)x2+185x2x2+185x2x2+45x2x3+110x3+(110+17)x3+110x2x3)x2x1500x0.8=30199200元總計(jì)：31820540元由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)展通風(fēng)技術(shù)及工、機(jī)、料的管理，風(fēng)管吊裝必須做到平直、順，并拉緊吊穩(wěn)，防止褶皺，以減小管路沿程阻力和局部阻力，在與為減少阻力，當(dāng)外徑不同的風(fēng)機(jī)與風(fēng)管連接時(shí)，應(yīng)以大小頭鐵皮管節(jié)過(guò)渡，過(guò)渡節(jié)長(zhǎng)度以3~5m為宜。風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)專(zhuān)人值班，根據(jù)具體情況開(kāi)關(guān)風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，以到達(dá)通風(fēng)的每個(gè)階段均應(yīng)進(jìn)展一次系統(tǒng)的測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括氣象條件、管路風(fēng)量和風(fēng)壓、作業(yè)區(qū)段的有害氣體和粉塵濃度以及風(fēng)機(jī)安設(shè)位置對(duì)各斷面加強(qiáng)日常通風(fēng)檢測(cè)，保證充足的風(fēng)量和風(fēng)壓，并且要保護(hù)通風(fēng)管路，防洞口風(fēng)機(jī)需要安設(shè)在距離洞口30m以外的上風(fēng)向，防止發(fā)生污風(fēng)循環(huán)；風(fēng)管出風(fēng)口距開(kāi)挖工作面的距離不許超過(guò)45m。因?yàn)樗x擇的風(fēng)管直徑較大，必須保證隧道有充足的凈空，防止發(fā)生過(guò)采用無(wú)軌運(yùn)輸時(shí)，運(yùn)輸車(chē)輛的尾氣排放口必須安設(shè)凈化裝置，以降低對(duì)采用水幕降塵器降塵、濕式鑿巖，出碴前用水淋濕全部石碴等措施降低附件1-2：蓋雅壓入式通風(fēng)方案30860540x30%=9258162元附件2南呂梁山隧道2#斜井隔離巷道式施工通風(fēng)方案中隧集團(tuán)晉中南鐵路六分部1.行業(yè)事實(shí)：獨(dú)頭壓入〔含接力〕式通風(fēng)對(duì)于長(zhǎng)度近5km的施工通風(fēng)距離不可行，業(yè)界尚無(wú)成功案例，可見(jiàn)資訊為約3.5km且后期通風(fēng)效果并不理想；獨(dú)頭混合式通風(fēng)理論上是可行的，但是因?yàn)榫植垦h(huán)風(fēng)、3次接力〔本隧道〕導(dǎo)致的多處電力配置可能需要12螺旋式上升一樣，以輕型管道和軸流式通風(fēng)機(jī)為根基的施工通風(fēng)模式也有其階段性閾值仍然像茫茫黑夜中盲然航海的一葉扁舟；(2)根據(jù)近20余年隧道通風(fēng)的實(shí)踐和經(jīng)歷可初步認(rèn)為常規(guī)隧道施工通風(fēng)長(zhǎng)度能力的主要限制點(diǎn)，首先在于軸流式通風(fēng)機(jī)的能力，雖然約10年來(lái)制造行業(yè)進(jìn)展了大量的探索，但根本處于改良日本軸流式通風(fēng)機(jī)的階段；其次在于輕型正壓通風(fēng)管的的各種限制，自上世紀(jì)90年代初仿制日本拉鏈?zhǔn)酵L(fēng)管以來(lái)，業(yè)界僅僅主攻連接方式、材質(zhì)、懸掛方式的改良，從而導(dǎo)致獨(dú)頭壓入長(zhǎng)度的瓶頸；其三在于沒(méi)有輕型、經(jīng)濟(jì)的負(fù)壓通風(fēng)管面世，致使隧道工程師不便將通風(fēng)機(jī)較為自由地安裝于期待的位置；(3)上述三方面限制之中任何一方面的突破都會(huì)使隧道施工通風(fēng)產(chǎn)生進(jìn)步，于是我們想到借助巷道式通風(fēng)的思路，只要在施工運(yùn)輸?shù)耐ǖ乐懈綦x出一個(gè)滿(mǎn)足我們需求的巷道去替代負(fù)壓通風(fēng)管就能夠產(chǎn)生一個(gè)飛躍；(4)中鐵隧道的杭州分公司在甬臺(tái)溫鳳凰山隧道的磚砌巷道不能稱(chēng)為成功，積累了很多珍貴的經(jīng)歷，但在關(guān)角隧道的初步實(shí)踐已經(jīng)顯現(xiàn)出成功的曙光，一處借鑒關(guān)角隧道在渝利鐵路長(zhǎng)洪嶺斜井的再度實(shí)踐已經(jīng)初步顯示過(guò)程成果；所以隔離巷道式通風(fēng)應(yīng)該、也必然是隧道施工通風(fēng)獨(dú)頭長(zhǎng)度飛躍的一塊基石，但從經(jīng)濟(jì)性方面而言可能比擬適宜于非大斷面隧道。3.概念：隔離巷道式通風(fēng)就是用不透風(fēng)的隔板將施工通道或隧道上部隔離形成通風(fēng)巷4.經(jīng)濟(jì)性預(yù)測(cè)：根據(jù)業(yè)界同仁的實(shí)踐、編制者的經(jīng)歷、對(duì)方案與費(fèi)用之間的直感初步認(rèn)為，隔離巷道式通風(fēng)雖然設(shè)施費(fèi)用較高但在效果、總體經(jīng)濟(jì)性、可達(dá)施工長(zhǎng)度方面均具備明顯優(yōu)勢(shì)。上述判斷的根底在于對(duì)通風(fēng)機(jī)能耗在隧道施工通風(fēng)總體費(fèi)用方面所占的比例根據(jù)南呂梁山2#斜井及正洞設(shè)計(jì)、施工組織模式的資源配置、下述的計(jì)算等情況，擬將施工通風(fēng)分為4個(gè)階段，各階段示意如下：斜井長(zhǎng)2730mⅡV-VV抽入，方案在斜井井底設(shè)置通風(fēng)豎井一座：豎井直徑1500mm,深約345m。通風(fēng)豎井能夠大大加快污風(fēng)排出，減少洞內(nèi)射流風(fēng)機(jī)的安裝或運(yùn)行時(shí)間，必要時(shí)在通四、通風(fēng)計(jì)算工作面最小允許風(fēng)速V≥0.15m/s;巷道內(nèi)最大允許風(fēng)速V≤15m/s;通風(fēng)管內(nèi)允許最大風(fēng)速V≤24m/s;計(jì)算；參數(shù)：340馬力〔功率250KW,排氣量20L/min〕出碴車(chē)6臺(tái)砼罐車(chē)〔功率213KW,排氣量20L/min〕1臺(tái)，ZL50C內(nèi)燃裝載機(jī)(功率162KW)2臺(tái)，PC200挖掘機(jī)(功率170KW)1臺(tái)1.5T農(nóng)用車(chē)(功率17KW)2臺(tái)，工作人員20人，斜井?dāng)嗝婷娣e48m2。式中β內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的有害氣體,按照有凈化裝置機(jī)械產(chǎn)生的CO氣體為0.09×10-3K——允許濃度(0.01%)N每人每分鐘呼吸所需新鮮空氣量，取為4m3min參數(shù)：340馬力〔功率250KW,排氣量20L/min〕出碴車(chē)6臺(tái)，ZL50C內(nèi)燃裝載機(jī)(功率162KW)1臺(tái)，PC200挖掘機(jī)(功率170KW)1臺(tái)1.5T農(nóng)用車(chē)(功率17KW)3臺(tái)，工作人員35人正洞開(kāi)挖斷面面積按53m2。Q=V/K(m3/min)+N×M,其中v=ZpP式中β內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的有害氣體,按照有凈化裝置機(jī)械產(chǎn)生的CO氣體為0.09×10-3K——允許濃度(0.01%)N每人每分鐘呼吸所需新鮮空氣量，取為4m3/min;按照2個(gè)工作面同時(shí)出碴和另外2個(gè)工作面分別處于初期支護(hù)工作階段進(jìn)展組合〔以2臺(tái)干式噴射機(jī)作業(yè)，單臺(tái)風(fēng)量需求為900m3/min〕,正洞施工所需最大風(fēng)量為7374m3分別按巷道內(nèi)最大允許風(fēng)速為15m/s和24m/s檢算，所需巷道面積分別為8.3m2和5.2m2,以巷道摩阻和漏風(fēng)率合計(jì)影響度20%計(jì)算所需巷道面積分別9.96m2和6.24m五、通風(fēng)設(shè)備與材料選型名稱(chēng)型號(hào)速度風(fēng)壓〔Pa〕功率高速5中速高速0中速0備選主扇風(fēng)速33m/s,風(fēng)量2364m3/min,功率37KW風(fēng)速30.9m/s風(fēng)量3727.6m3/min,功率55KW軟風(fēng)管或10m,過(guò)風(fēng)面積2.5m2。軟風(fēng)管或100m,過(guò)風(fēng)面積3.1m2。射流風(fēng)機(jī)選用37-55kw規(guī)格即可，需安裝5臺(tái)，每個(gè)掌子面1臺(tái)，三岔口1臺(tái)。按上述通風(fēng)管漏風(fēng)率和斜井、正洞最大通風(fēng)距離分別為1500m、1700m檢算所需通風(fēng)管直徑分別為1860mm、1720mm,即所需通風(fēng)管直徑為1800mm。六、考前須知2.斜井初支構(gòu)造擬安裝隔板高程上下約1m范圍須保證初支的密實(shí)、平順，以便于隔板密封；并在此部位預(yù)留橫梁安設(shè)接口或預(yù)埋件，以策應(yīng)隔板橫梁安設(shè)；4.轉(zhuǎn)入第四階段須滿(mǎn)足正洞各個(gè)工作面開(kāi)挖均到達(dá)100m及其以上，且穿插口處完成七、經(jīng)濟(jì)性比擬達(dá)的通風(fēng)效果。通風(fēng)機(jī)按照每500米增加一級(jí)功率計(jì)算，開(kāi)機(jī)時(shí)間渣1.5小時(shí)，噴漿及其他0.5小時(shí)〕通風(fēng)計(jì)算，開(kāi)挖每天3個(gè)循環(huán)計(jì)算。電費(fèi)0.8元/度。風(fēng)管布180元/米，彩鋼瓦35元/m2,C型鋼架按28元/m。2、中隔板骨架采用C型鋼。根據(jù)每階段通風(fēng)是做的不同，本錢(qián)測(cè)算如下：第一階段：斜井開(kāi)挖小于1500,本階段主要采用常規(guī)通風(fēng),所需設(shè)備及材料為：220KW通風(fēng)機(jī)一臺(tái)，風(fēng)管布1500米。材料費(fèi)：風(fēng)管：1500×180=270000電費(fèi)：(16x2+34x2+110×2)x0.8x2x535/3=91306元第二階段：斜井開(kāi)挖至井底，通風(fēng)機(jī)下井至1500位置，巷道敷設(shè)1500米。材料費(fèi)：彩鋼瓦：6x35x1500=315000鋼架：1000x6x28=168000電費(fèi)：(16x2+34x2)x0.8x2x357/2=2