1、小斷面長距離引水隧洞施工通風(fēng)技術(shù)隧道網(wǎng)(2008-3-28) 來源：現(xiàn)代隧道技術(shù)摘要：本文結(jié)合馬欄河引水隧洞工程實(shí)踐，較詳細(xì)地介紹了小斷面、長距離引 水隧洞施工通風(fēng)的方案選擇、實(shí)施改進(jìn)、動(dòng)態(tài)分析和體會(huì)，對(duì)困難條件下的隨洞施工通 風(fēng)有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:小斷面引水隨洞施工通風(fēng)方案選擇1工程概況馬欄河引水工程是為解決陜西省銅川市城市用水嚴(yán)重不足而修建的跨流域調(diào)水工 程，是陜西省二十項(xiàng)興陜工程之一，馬欄河引水隧洞是該工程的關(guān)鍵控制工程。該隧洞 全長11. 49 km，進(jìn)口位于旬邑縣馬欄鎮(zhèn)境內(nèi)，出口位于耀縣廟灣鎮(zhèn)境內(nèi)。該工程分為 A,B兩個(gè)標(biāo)段，鐵一局承擔(dān)B標(biāo)段(K11+491 mK6+019 m

2、)，即隧洞出口端的施工任務(wù)， 長5472m，其中出口至2#斜井段長2265 m, 2#斜井至A,B兩標(biāo)段交匯點(diǎn)長3207 m,2#斜 井長296m。工程于1993年五月正式開工，采用鉆爆法施工、全斷面開挖及電瓶車牽引 和有軌運(yùn)輸，1997年12月隧洞全線順利貫通。在B標(biāo)段的施工中成功地實(shí)現(xiàn)了小斷面 隧洞的長距離獨(dú)頭通風(fēng)(總距離5514 m)。2施工通風(fēng)技術(shù)的難點(diǎn)該隧道施工通風(fēng)的技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一是隧洞設(shè)計(jì)斷面小，僅3. 73 m2,寬X高為2.1X2.0 m;洞內(nèi)采用電瓶車牽引，有軌運(yùn)輸，運(yùn)輸設(shè)備的寬X高為 1.35X1.2 m,剩余空間很少，在很大程度上限制了風(fēng)機(jī)和通風(fēng)筒的尺

3、寸，即限制了通風(fēng) 量。二是單口通風(fēng)距離長，斜井至A,B兩標(biāo)段交匯點(diǎn)的距離達(dá)3 200 mK9+226K6+-019)， 加上2#斜井約300 m，單口通風(fēng)距離長達(dá)3500 m。要保證相應(yīng)的掘進(jìn)速度，對(duì)通風(fēng)時(shí)間 有嚴(yán)格的限制，所 以，具有很大的技術(shù)難度。這樣條件下實(shí)施如此長距離的管道通風(fēng) 在國內(nèi)尚未見報(bào)道。3通風(fēng)方案的確定1風(fēng)機(jī)選擇計(jì)算首先進(jìn)行通風(fēng)量的計(jì)算，以壓入式通風(fēng)方式考 慮。由于巷道掘進(jìn)距離很長，炮煙 達(dá)到稀釋安全長度L。時(shí)，前面巷道內(nèi)空氣中的有害氣體濃度已稀釋至允許濃度，此時(shí)， 在風(fēng)量計(jì)算時(shí)，巷道通風(fēng)長度應(yīng)取炮煙稀釋安全長度。再分別通過計(jì)算整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)壓、靜壓來確定系統(tǒng)所需要的風(fēng)壓，

4、以作為選擇 風(fēng)機(jī)的供風(fēng)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)。3.2通風(fēng)方案必須考慮的條件根據(jù)該洞的施工設(shè)計(jì)，施工通風(fēng)應(yīng)做分段設(shè)計(jì)，即按洞口至2#斜井、2#斜井至 A,B兩標(biāo)段交匯處分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。各階段的通風(fēng)設(shè)計(jì)以管道壓人式為主，必要時(shí)增設(shè)局扇。長距離通風(fēng)宜采用大直徑風(fēng)筒，由于隧洞空間的限制，在該洞最大只能采用小 500 mm的風(fēng)筒。由于采用的風(fēng)筒直徑較小，使得通風(fēng)系統(tǒng)具有較大的風(fēng)阻，因此對(duì)風(fēng)筒 的風(fēng)阻和漏風(fēng)率應(yīng)有嚴(yán)格的要求，才能保證通風(fēng)效果。在2#斜井至A,B兩標(biāo)段交匯處的通風(fēng)設(shè)計(jì)，風(fēng)筒長度要達(dá)到3200 m，一臺(tái)風(fēng)機(jī) 不能滿足要求時(shí)，采用多臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)方式解決。由于斜井和正洞存在著“熱壓差”，因此可利用此壓差自斜井排出炮

5、煙，當(dāng)氣 象條件不利于排出時(shí)，使用輔助風(fēng)機(jī)將炮煙排出。3通風(fēng)系統(tǒng)布局的確定根據(jù)通風(fēng)設(shè)計(jì)分階段考慮的原則，施工通風(fēng)分為三個(gè)階段，第一階段為出口向進(jìn)口 方向1800 m (K11)491K9-691 m)，采用單臺(tái)風(fēng)機(jī)柔性管筒 壓人式送風(fēng)，通過已掘 進(jìn)好的巷道排煙。第二階段為 斜井與正洞交匯處向進(jìn)口方向1500 m(K9-i-226w- K7726m)，采用單臺(tái)風(fēng)機(jī)柔性管筒壓人式送風(fēng)，通過斜井排煙。第三階 段(K7-f-726K6-019 m),采用串聯(lián)風(fēng)機(jī)柔性管筒壓人式送風(fēng)，通過斜井排煙。通風(fēng)系統(tǒng)布置如圖1一圖4所示。4通風(fēng)方案的實(shí)施及改進(jìn)1通風(fēng)方案的實(shí)施該工程1993年開工，由于對(duì)施工通風(fēng)的難

6、度考慮不足，在施工初期，每個(gè)循環(huán)的 通風(fēng)排煙時(shí)間長達(dá)150 min,嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。4.1.1第一階段的施工通風(fēng)第一階段即出口全進(jìn)口方向1800m的通風(fēng)設(shè)計(jì)（圖1），經(jīng)過計(jì)算分析和對(duì)部分風(fēng)機(jī) 技術(shù)性能的比選，選用了 YBT52-2防爆軸流式局扇風(fēng)機(jī)，其主要技術(shù)性能如下：風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)功率2X5. 5 kW設(shè)計(jì)風(fēng)量 145225 m3/min設(shè)計(jì)全風(fēng)壓2400500 Pa按照通風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行風(fēng)筒擴(kuò)徑改型，將風(fēng)筒直徑從原400 mm加大到500 mm，單節(jié)長 度從10 m加長到100 m，并將接頭型式由插接改為鋼圈式。洞內(nèi)空間重新分配利用，主要是將運(yùn)輸軌道向無通風(fēng)筒的一側(cè)移動(dòng)25 cm;對(duì)電瓶車 進(jìn)行改

7、造，降低高度，使電瓶車沿隧洞的一側(cè)運(yùn)行，通風(fēng)筒布置在隧洞的另一側(cè)，這樣 就可滿足加大直徑后風(fēng)筒的需要。實(shí)施后，通風(fēng)狀況顯著改善，工作面的通風(fēng)排煙從原150 min縮短到20 min左右， 加快了施工進(jìn)度。1995年5月隧洞出口與斜井貫通，出口段共掘進(jìn)了 1997 m，也就是 說，隧洞出口的小斷面單機(jī)、小直徑柔性風(fēng)筒通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)距離達(dá)到了 1997 m,超過 了 1800 m的設(shè)想。4.1.2第二階段的施工通風(fēng)正洞與斜井貫通后，即按第二階段的通風(fēng)設(shè)計(jì)安排施工（圖2），仍采用第一階段時(shí) 使用的風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒，風(fēng)機(jī)設(shè)在正洞與斜井交匯處向出口方向30 m處，風(fēng)筒仍在原側(cè)向 掘進(jìn)方向延伸，一臺(tái)風(fēng)機(jī)送風(fēng)，進(jìn)

8、行壓人式通風(fēng)，炮煙沿洞身至斜井排出洞外。其間對(duì) 風(fēng)機(jī)的安設(shè)位置進(jìn)行了數(shù)次試驗(yàn)比較，此階段的通風(fēng)距離僅達(dá)到1000 m，經(jīng)分析，原因 之一是風(fēng)機(jī)設(shè)在洞內(nèi)，進(jìn)風(fēng)口緊靠洞壁，進(jìn)氣流的自由度受到限制，影響了進(jìn)風(fēng)量；二 是所用的風(fēng)筒已使用兩年以上，加之洞內(nèi)始終存在著很大濕度，致使老化嚴(yán)重，在吊環(huán) 腳處多處破損漏風(fēng)，風(fēng)筒表面涂層脫落，氣流自織物的間隙外逸，漏風(fēng)率得不到有效控 制。因此造成效率下降，未能達(dá)到預(yù)期效果。4.1.3第三階段的施工通風(fēng)設(shè)計(jì)根據(jù)通風(fēng)設(shè)計(jì)和前一階段施工的實(shí)踐，YBT52-2軸流式風(fēng)機(jī)不具備單機(jī)送風(fēng)3200 m 的能力。在1997年元月隧洞自斜井向進(jìn)口方向掘進(jìn)1000 m后，按通風(fēng)設(shè)計(jì)將

9、通風(fēng)系統(tǒng) 改為以串聯(lián)鳳機(jī)送風(fēng)，風(fēng)筒則改用阻力小、漏風(fēng)率低的新型增強(qiáng)PVC維綸布拉鏈?zhǔn)斤L(fēng)筒。 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)采用三臺(tái)YBT52-2軸流風(fēng)機(jī)，其中兩臺(tái)串聯(lián)布置在斜井與正洞交匯處向出口方 向30m處，一臺(tái)串聯(lián)布置在距進(jìn)風(fēng)口 1000 m處的位置，以密閉式串聯(lián)連接（圖3）。實(shí)施中，考慮到各階段斜井排煙較順利，所以，在斜井處未再設(shè)輔助風(fēng)機(jī)。2改進(jìn)措施施工過程中，及時(shí)對(duì)通風(fēng)效果進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)， 以滿足施工的要求。第一次改進(jìn)是在第二階段通風(fēng)方案實(shí)施中，在通風(fēng)距離達(dá)到1000m 時(shí)，由于通風(fēng)量不能滿足施工的需要，提前實(shí)施了第三階段的通風(fēng)方案。第二次改進(jìn)是在第三階段通風(fēng)方案實(shí)施到225

10、0 m時(shí)，經(jīng)3#風(fēng)機(jī)到達(dá)工作面的有效 風(fēng)量僅為14. 04 m3/min，而此時(shí)隧洞尚有一千余米的進(jìn)深，所以，以此種狀況不可能 完成剩余的通風(fēng)任務(wù)。分析原因?yàn)椋?#,2#風(fēng)機(jī)串聯(lián)送風(fēng)，由于風(fēng)筒的管徑小，致使相互 間產(chǎn)生干擾，使風(fēng)量下降；風(fēng)筒很大部分使用了舊風(fēng)筒，雖經(jīng)多次修補(bǔ)，仍存在較大漏 風(fēng)，同時(shí)縮徑嚴(yán)重，增大了系統(tǒng)阻力;3#風(fēng)機(jī)的位置不合理，未充分利用1#,2#風(fēng)機(jī)的風(fēng) 壓。改進(jìn)措施為：（l）將1#,2#風(fēng)機(jī)更換為一臺(tái)YBT-62型軸流風(fēng)機(jī)，其技術(shù)性能如下：設(shè)計(jì)全壓3200 -680 Pa設(shè)計(jì)風(fēng)量 240370 m3/min風(fēng)機(jī)功率22 kW改進(jìn)后供風(fēng)量和供風(fēng)壓力有較大提高。（2）更換風(fēng)筒，

11、購進(jìn)拉鏈?zhǔn)絇VC柔性風(fēng)筒，將洞內(nèi)破損的風(fēng)筒全部更換，以降低風(fēng) 筒阻力和漏風(fēng)。（3）將3#風(fēng)機(jī)向工作面方向前移500 m，合理利用每臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓。為加快工作面的排煙速度，在距工作面500 m處的管道上并聯(lián)一臺(tái)11 kW的風(fēng)機(jī)， 放炮后依次開啟各風(fēng)機(jī)，待炮煙達(dá)到該風(fēng)機(jī)時(shí)，關(guān)閉此臺(tái)風(fēng)機(jī)，這樣可以盡快排除工作 面的炮煙。其布置示意圖如圖5所示。此外，當(dāng)風(fēng)機(jī)密閉串聯(lián)且使用柔性風(fēng)筒時(shí)，所串聯(lián)風(fēng)機(jī)前的風(fēng)筒會(huì)出現(xiàn)縮徑情況， 因此在串聯(lián)風(fēng)機(jī)前安設(shè)一段3m長的剛性風(fēng)筒，并在其上開一個(gè)可調(diào)節(jié)大小的補(bǔ)風(fēng)口， 來解決這個(gè)問題。經(jīng)改進(jìn)后洞內(nèi)通風(fēng)效果明顯提高，排煙及施工掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間縮短，工程進(jìn)度加快， 1997年8月創(chuàng)造了

12、開工以來單口月進(jìn)度140 m的最好記錄。5通風(fēng)效果的檢測(cè)評(píng)價(jià)自馬欄河引水隧洞開工后，隨著斜井的貫通、通風(fēng)管道的延伸，實(shí)施了幾種通風(fēng)方 案。為了解通風(fēng)效果，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了多次施工通風(fēng)監(jiān)測(cè)，包括管道系統(tǒng)的有效風(fēng)量、 平均百米漏風(fēng)率、平均百米靜壓損失、巷道的風(fēng)速及風(fēng)向、巷道的風(fēng)量、CO的擴(kuò)散情況 等項(xiàng)內(nèi)容。其中具有代表性的有關(guān)數(shù)據(jù)列于表1,表2、表3中。根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果，對(duì)整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)各個(gè)階段的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。在斜井貫通前的獨(dú)頭施工通風(fēng)，風(fēng)筒末端的有效風(fēng)量為22. 98 m/min，全部是來 自洞外的新鮮空氣，放炮后30 min空氣中的CO濃度即降到國家允許濃度之下，隨后其 濃度不斷下降，故工作面空

13、氣清新。此階段風(fēng)筒系統(tǒng)的百米漏風(fēng)率最低為1.1500，平均 百米靜壓損失為94. 638 Pa，單機(jī)管道通風(fēng)距離達(dá)到1997 ma斜井貫通后采用的兩種通風(fēng)方案，風(fēng)筒末端所提供的風(fēng)量均有部分為洞內(nèi)空氣的循 環(huán)風(fēng)，所以工作面CO維持有5mg/m的本底值。這兩種通風(fēng)方案的管道系統(tǒng)的百米漏風(fēng) 率最低為4. 89寫，百米靜壓損失為116. 99 Pa，最長通風(fēng)距離為3207 m，放炮后10 min 工作面的C0濃度為23. 75 mg/m3, 30min后其濃度維持在5 mg/m，達(dá)到了國家的允許 濃度。6通風(fēng)管理要求通風(fēng)管理工作必須跟上，才能保證整個(gè)系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。在隧洞的整個(gè)施工過程 中，經(jīng)不斷的

14、摸索總結(jié)，制定了施工通風(fēng)作業(yè)細(xì)則，并要求嚴(yán)格執(zhí)行。以嚴(yán)格的管理做 保證，使通風(fēng)設(shè)計(jì)方案的實(shí)施收到了預(yù)期的效果。經(jīng)總結(jié)完善，制定的作業(yè)細(xì)則包括以下內(nèi)容：通風(fēng)作業(yè)組的組成；模注混凝土?xí)r預(yù)埋件的設(shè)置；風(fēng)筒懸掛鐵線的安裝；風(fēng)筒吊裝及 平順要求;通風(fēng)機(jī)械的操作管理要求;管路維修要求;工作面通風(fēng)時(shí)間指標(biāo)等多項(xiàng)內(nèi)容。通過實(shí)踐，收到了明顯的效果，當(dāng)掘進(jìn)達(dá)到貫通點(diǎn)時(shí)，工作面的通風(fēng)時(shí)間為25 min， 送到工作面的新鮮空氣為12. 28 m/min。7技術(shù)先進(jìn)性及推廣前景小斷面的隧洞施工通風(fēng)歷來是我國地下工程施工中常遇到而又難以解決的問題，以 往鐵路隧道施工中，導(dǎo)坑多與隧道的正洞等共同形成巷道式通風(fēng)系統(tǒng)，獨(dú)頭掘進(jìn)

15、通風(fēng)往 往不超過1 km。國內(nèi)在長距離管道通風(fēng)方面的文獻(xiàn)資料很少，但在80年代后，隨著技 術(shù)的發(fā)展和設(shè)備性能的提高，施工通風(fēng)愈來愈多地采用管道通風(fēng)，這方面已有不少的工 程實(shí)例。但是，象馬欄河隧洞這樣小的斷面、如此長的距離，實(shí)施獨(dú)頭管道施工通風(fēng)沒有先 例。此項(xiàng)通風(fēng)技術(shù)的成功應(yīng)用，在國內(nèi)水電基建工程越來越多的情況下，具有非常積極 的實(shí)踐意義。8社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益馬欄河隧洞小斷面、長距離獨(dú)頭管道施工通風(fēng)技術(shù)的研究應(yīng)用，取得了顯著的社會(huì) 和經(jīng)濟(jì)效益，主要為以下幾個(gè)方面：極大地改善勞動(dòng)環(huán)境，保護(hù)了施工人員的健康和安全。大大縮短了爆破后的通風(fēng)排煙時(shí)間，加快了施工作業(yè)循環(huán)，保證了整個(gè)工程進(jìn) 度，為企業(yè)樹立了良好的社會(huì)信譽(yù)。3)降低了工程成本，節(jié)約了設(shè)備購置費(fèi)和設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗以及維修保養(yǎng)的人工費(fèi)。9幾點(diǎn)體會(huì)通過馬欄河引水隧洞小斷面、長距離獨(dú)頭管道施工通風(fēng)技術(shù)的研究實(shí)踐，有下列幾 點(diǎn)體會(huì):1)施工通風(fēng)在特定的條件下，具有一定的技術(shù)難度，針對(duì)具休工程對(duì)象要進(jìn)行具 體分析，改變以往用習(xí)慣方法施工的做法。通風(fēng)效果的好壞，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是能否實(shí)現(xiàn)良好通風(fēng)的前提，針對(duì)工程項(xiàng)目的具體 情況，應(yīng)用正確的理論做好系統(tǒng)設(shè)計(jì)才能正確指導(dǎo)施工。對(duì)通風(fēng)所需的設(shè)備、材料要及時(shí)掌握發(fā)展?fàn)顩r，了解其性能，盡量使用性能好、 價(jià)格低的設(shè)備，以求取得好的效果。通風(fēng)組織和現(xiàn)場(chǎng)管理是保證通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行良好的關(guān)鍵，降阻防漏