CN102121391A - 小半径螺旋隧道施工通风工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小半径螺旋隧道施工通风工法，涉及一种隧道施工通风技术，用于解决各类小半径螺旋隧洞上坡掘进过程中通风的问题；通过洞口变速射流主风机压入式通风产生巨大的压力差，强迫掌子面的污浊空气向洞口单向流动；根据洞内所需风量风速，分阶段进行接力通风。本发明对于风量风速的不同要求采取了分阶段递进增强的通风模式，有效满足施工期间洞内作业人员对于空气质量的要求；各类小半径螺旋隧洞上坡掘进，施工期间的通风皆可以按照本工法进行通风，改善洞内空气质量，特别是快速改善掌子面空气质量。

Description

小半径螺旋隧道施工通风工法

技术领域

本发明涉及一种隧道施工通风技术，特别是涉及一种小半径螺旋隧道施工通风工法。

背景技术

在隧道钻爆法施工过程中，因放炮而产生炮烟，炮烟造成作业面的环境污染，影响隧道的正常施工，因此需要采用通风换气的方式，将炮烟降到允许的浓度，满足工人开挖作业需要。通常采用管道通风和巷道通风的方式，将新风送到工作面，用以稀释和排除炮烟，创造一个比较好的施工环境。

螺旋上升的洞身相较于普通洞身对通风方法有着更高的要求，目前没有专门针对于小半径螺旋上升洞身隧道的通风技术，特别是快速改善掌子面空气质量，没有相应的施工通风技术可直接应用于今后同类公路、铁路隧道施工通风。

发明内容

本发明的目的是提供一种小半径螺旋隧道施工通风工法，该工法针对隧道掘进进尺的深入，对于风量风速的不同要求采取了分阶段递进增强的通风模式，有效满足施工期间洞内作业人员机具对于空气质量的要求；各类小半径螺旋隧洞上坡掘进，施工期间的通风皆可以按照本工法进行通风，改善洞内空气质量，特别是快速改善掌子面空气质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种小半径螺旋隧道施工通风工法，通过洞口变速射流主风机压入式通风产生巨大的压力差，强迫掌子面的污浊空气向洞口单向流动；根据洞内所需风量风速，分阶段进行接力通风；

第一阶段：只依靠洞口变速射流主风机压入式通风方式运行，在掘进洞身前段采用变极多速风机，根据实际需要的风量变风量送风，当污染小时，开低速档；当污染量大时，开高速档；当实际需要的风量超过变速射流主风机能够提供的最大供风量时，进入第二阶段通风模式；

第二阶段：在掘进洞身中段串联额定功率通风机，配合洞口变速射流主风机进行接力通风；在掘进洞身后段时，在靠近掌子面的出风口再增加隧道引风机，与洞口变速射流主风机及洞身中段串联的额定功率通风机配合使用。

作为优选：隧道引风机将通风管末端压力已减弱的新鲜空气接力引射到掌子面，接力引射最长距离为30m，最大引风量为450立方米/分钟，隧道引风机的功率为7.5kw。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本施工通风工法，改变以往隧道钻爆法施工过程中，通常采用的管道通风和巷道通风方式，而是通过压入式通风产生巨大的压力差，强迫掌子面的污浊空气向洞口单向流动，达到通风换气的目的；

2.根据洞内所需风量风速需要，分阶段进行接力通风加强，加快空气循环，改善洞内空气环境，简单可靠，特别是易操作，有利于广泛推广应用，可以形成良好的施工环境，树立文明施工的良好形象；采取该工法可以延长无轨运输的隧道独头施工的长度而不会恶化特别是掌子面作业环境，对于施工成本的降低、施工速度的加快均十分重要；有效地控制施工中的尘毒污染，保护施工人员的身体健康，确保劳动法规、职业病防治法等国家法令法规的落实，由此带来巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明两个阶段的通风方案布置示意图。

图中：1-掌子面，2-隧道引风机，3-额定功率通风机，4-洞口，5-变速射流主风机，6-出风口，7-通风管。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，一种小半径螺旋隧道施工通风工法，通过洞口4变速射流主风机5压入式通风产生巨大的压力差，强迫掌子面1的污浊空气向洞口4单向流动；根据洞内所需风量风速，分阶段进行接力通风；

第一阶段：只依靠洞口4的变速射流主风机5压入式通风方式运行，在掘进洞身前段采用变极多速风机，变风量送风；当污染小时，开低速档；当污染量大时，开高速档；当高速档也不能满足需要风量风压时，进入第二阶段通风模式；

第二阶段：在掘进洞身中段串联额定功率通风机3，配合洞口4变速射流主风机5进行接力通风；在掘进洞身后段时，在靠近掌子面1的出风口6再增加隧道引风机2，与洞口4的变速射流主风机5及洞身中段串联的额定功率通风机3配合使用。

作为优选：隧道引风机2将通风管7末端压力已减弱的新鲜空气接力引射到掌子面1，接力引射最长距离可达30m，最大引风量可达450立方米/分钟，所述隧道引风机2的功率为7.5kw。

其具体说明如下：

1.通风管材料选择：

本工法实际采取的通风管为PVC拉链式通风管，通风管内部设有螺旋钢丝圈，可保证实际通风时通风管管身直径大致一致，以减少不必要的通风阻力。

通风管的主要控制指标，主要是通过通风时观察PVC通风管内部设螺旋钢圈部位不得出现鼓大现象，即所谓的通风管“香肠”现象，以减小通风阻力，同时通风管不得有破损，以免造成风量损失。

2.风机设备选择：

洞口风机宜采用轴流式多级变速通风机，在风机型号选择时须按Q_机≥1.1Q需进行选择。(1.1是风量储备系数，Q_需为实际测算需要的风量)。不同隧道实际采取的通风设备选型应以实际测算风量和风压的要求为基本依据进行选择，隧道施工通风风量和风压等可按照如下系列公式和参数进行计算：

实际计算时可从如下四个方面考虑需要的通风量，即可满足洞内空气质量标准：

①洞内允许最低风速计算得Q₁；

②按洞内最多工作人员数计算得Q₂；

③按排除爆破炮烟计算得Q₃；

④按稀释内燃机废气计算得Q₄。

通过上述计算，取Q＝Max(Q₁，Q₂，Q₃，Q₄)，并考虑其它不利因素，计算出洞口风机的需供风量：Q_需实际。

雅安经石棉至泸沽高速公路为交通部批准的西部山区科技示范工程(交通部--交函科教【2007】292号文，2007年8月15日)，其中《小半径螺旋型曲线隧道通风技术研究》科研项目将《干海子隧道小半径曲线隧道施工通风技术研究》作为一个重要的子课题进行研究，施工期间对螺旋上升洞身通风技术进行了有益的科研和实践，效果良好。

下面以干海子小半径螺旋隧道为例对本发明通风工法和计算公式加以具体说明：

雅泸高速公路为克服12.35公里729米的高差和避开断裂带、季节性冰冻带以及季节性积雪冰冻，创造性地设计了世界罕见的双螺旋小半径曲线隧道，干海子螺旋隧道就属于其中一座，干海子隧道左线全长1713m，右线全长1798m。

具体所需风量计算：

A、按洞内允许最低风速计算：Q₁＝60×V×S(m³/min)(式中：V-洞内允许最小风速，取0.15m/s；洞内风速要求，全断面开挖时应不小于0.15m/s，坑道内应不小于0.25m/s，但均不得大于6m/s，S-开挖断面积，60-min和s换算常数)；

B、按洞内最多工作人员数计算：Q₂＝3×k×m(m³/min)(式中：3-每人每分钟需供应新鲜空气标准(m³/min)，k-风量备用系数，取1.25，m-同一时间内工作最多人数，按80人计)；

C、按排除爆破炮烟计算风量：

式中：t---通风时间，取30min；A---同一时间起爆总药量；S---隧洞一次爆破面积；L---工作面到压入风口长度，一般取较大数值，取40m。

D、按稀释内燃机废气计算通风量：

内燃机械按照1kw需消耗风量不小于3m³/min(即为Q₀)计算，考虑在洞内同时工作的内燃机械总功率为A，取机械设备的平均利用率为60％，则总的有效功率∑p＝A×0.6KW，可得内燃机稀释需要通风量：Q₄＝Q₀∑pm³/min；

设备供风能力取Q＝Max(Q₁.Q₂.Q₃.Q₄)m³/min。

实际上，根据计算取值Q(m³/min)，并考虑工作面要求温度(实际控制不得超过28℃)，掌子面实际需求风量，一般放大100m³/min，即取需求风量为Q_需1＝(Q+100)m³/min。

对于长隧道，管道的漏风现象造成入口处与出口处的风量差别很大，按百米漏风率(取1％)计算洞口风机风量：

Q_需实际＝Q_需1/[1-1％×(L/100)](m³/min)(L为掌子面到洞口距离，单位：米)

风压计算

通风机应有足够的风压以克服系统阻力，即h＞h_阻，按下式计算：

h_阻＝∑h_动+∑h_沿+∑h_局(Pa)(实际风压应考虑串联及负压接力通风对单个风机的要求比总风压要小)。

实际采取的风机名称、型号、性能及合理的配置数量可参考下表。

Claims (2)

1.一种小半径螺旋隧道施工通风工法，其特征在于：通过洞口变速射流主风机压入式通风产生的压力差，强迫掌子面的污浊空气向洞口单向流动；根据洞内所需风量风速，分阶段进行接力通风；

第一阶段：只依靠洞口变速射流主风机压入式通风方式运行，在掘进洞身前段采用变极多速风机，根据实际需要的风量变风量送风；当实际需要的风量超过变速射流主风机能够提供的最大供风量时，进入第二阶段通风模式；

第二阶段：在掘进洞身中段串联额定功率通风机，配合洞口变速射流主风机进行接力通风；在掘进洞身后段时，在靠近掌子面的出风口再增加隧道引风机，与洞口所述变速射流主风机及洞身中段串联的所述额定功率通风机配合使用。

2.根据权利要求1所述的小半径螺旋隧道施工通风工法，其特征在于：所述隧道引风机将通风管末端压力已减弱的新鲜空气接力引射到掌子面，所述接力引射最长距离为30m，最大引风量为450立方米/分钟，所述隧道引风机的功率为7.5kw。

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