CN116480397A - 用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统和通风方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统和通风方法，通风系统包括竖井通风单元和设置在隧道出口或内部的第一风机、第二风机、第四风机、第三风机，所述的第一风机、第二风机、第四风机、第三风机通过风管通风至施工工作面；所述的竖井通风单元设置在隧道左洞的左侧或者隧道右洞的右侧，且沿程设置于隧道中间段落；竖井通风单元包括地下风机房和竖井；竖井通过联络风道连通至地下风机房，再过联络风道连通至隧道左洞和隧道右洞。本发明通过在竖井通风单元内部的地下风机房设置风机，与洞口的若干风机相结合，实现了特长隧道多工作面同时供风，有助于节约通风能耗，改善洞内作业环境，提高施工安全。

Description

用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统和通风方法

技术领域

本发明属于隧道通风技术领域，具体涉及一种用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统和通风方法。

背景技术

当前隧道建设过程中比较严重的技术难题是当前通风技术条件仍然不能满足工程建设的需要，大部分隧道施工现场的通风状况效果并不理想，特别是在高寒高海拔超特长隧道内，受低压、高寒、空气稀薄等不利因素影响，隧道及地下空间施工通风技术要求更高，施工环境更恶劣，掌子面所需通风量更大，通风困难显著。长大隧道施工通风困难造成隧道内作业环境恶化成为严重影响工程质量和施工进度的因素，另一方面也间接制约了隧道机械化施工技术的发展。隧道施工过程中通常采用压入式通风、巷道式通风或二者相结合的方式，但是在隧道长度达20公里以上超特长隧道中，由于通风距离长，通风过程中风量损耗大，造成成本增加，且回风效果较差，难以满足超特长隧道的通风要求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统和通风方法，在超特长隧道的沿程的中间段落设置了竖井通风单元，通风竖井通过联络通道与隧道左右主洞连接，可实现特长隧道多工作面同时供风的目的，有助于改善洞内作业环境，提高隧道施工安全。

本发明的技术方案如下：

用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，所述的超特长隧道包括主洞和服务隧道，主洞包括隧道左洞和隧道右洞，服务隧道位于隧道左洞和隧道右洞之间；其特征在于：

通风系统包括竖井通风单元和设置在隧道出口或内部的第一风机、第二风机、第四风机、第三风机，所述的第一风机、第二风机、第四风机、第三风机通过风管通风至施工工作面；

所述的竖井通风单元设置在隧道左洞的左侧或者隧道右洞的右侧，且位于整条隧道沿程的中间段落；竖井通风单元包括地下风机房和竖井；竖井通过联络风道连通至地下风机房，再过联络风道连通至隧道左洞和隧道右洞。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统中，竖井包括底部的风仓和上部的井体，风仓的出口端连接有风管；井体为筒状结构，井体的内部设置有中隔板(31)，将井体分成进风管道和排风管道两个的独立风道。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统中，中隔板位于竖井井体设计中线一侧的位置，使得进风管道的横截面大于排风管道的横截面。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统中，所述的地下风机房内设置有控制风机运转模式的控制室和变电所；所述的控制室和变电所通过联络通道连通至邻近的隧道左洞或隧道右洞。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统中，通风系统还包括连通地下风机房和隧道主洞的检修通道、运输通道。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统中，所述的竖井通风单元包括设置在隧道同侧的第一竖井和第二竖井。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统中，第一竖井送风口与隧道左洞连接，第一竖井排风口与隧道右洞连接；第二竖井送风口与隧道右洞连接，第二竖井排风口与隧道左洞连接。

一种用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风方法，施工方式采用七工作面长隧短打模式，通风方法根据施工步骤分为隧道未贯通至竖井位置和隧道贯通至竖井位置两个阶段：

【1】隧道未贯通至竖井位置阶段；

第一风机设置在隧道左洞的进口处，供风给左洞第一工作面；

第二风机设置在服务隧道进口左侧，供风给左洞第二工作面和左洞第三工作面；

第三风机设置在服务隧道进口右侧，供风给右洞第二工作面和右洞第三工作面；

第四风机设置在隧道右洞的进口处，供风给右洞第一工作面；

地下风机房内部设置有第五风机，将竖井外部的新鲜风通过施工联络横通道输送至服务隧道工作面；

左洞第一工作面的污染风经过隧道左洞的进口排出；右洞第一工作面的污染风经过隧道右洞的进口排出；

左洞第二工作面、左洞第三工作面、右洞第二工作面、右洞第三工作面以及服务隧道工作面的污染风均通过服务隧道进口排出；

【2】隧道贯通至竖井位置阶段：

第一风机设置在隧道左洞距竖井数十米处，供风给左洞第一工作面，产生的污染风沿隧道左洞和竖井排出；

第三风机设置在隧道右洞距竖井数十米处，供风给右洞第一工作面，产生的污染风沿隧道由洞和竖井排出；

第二风机设置在地下风机房内部，将竖井外部的新鲜风输送至左洞第二工作面、左洞第三工作面和服务隧道工作面；

第四风机设置在地下风机房内部，将竖井外部的新鲜风输送至右洞第二工作面、右洞第三工作面；

污染风经服务隧道汇聚后通过竖井排出。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风方法中，隧道贯通至竖井位置阶段中，左洞第一工作面返回的污染风沿隧道左洞和第一竖井排出。

上述用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风方法中，隧道贯通至竖井位置阶段中，右洞第一工作面返回的污染风沿隧道右洞和第二竖井排出。

本发明具有的有益技术效果如下：

一、本发明提出了一种适用于高寒高海拔特长隧道竖井通风模式，在超特长隧道沿程中间段落设置了竖井通风单元，通风竖井通过联络通道与隧道左右主洞连接，通过在竖井通风单元内部的地下风机房设置风机，与洞口的若干风机相结合，实现了特长隧道多工作面同时供风，有助于节约通风能耗，改善洞内作业环境，提高施工安全。

二、与传统压入式通风相比，本发明在隧道施工过程中，可根据工程进度将原设在隧道洞口的风机移位至隧道内部或者竖井通风单元的地下风机室，其中地下风机室预留了风机位置处，可以根据工程进度灵活的移动和配置风机，从而缩短了风机送风距离，节约了风机数量、风机管路及风机能耗，而且利用竖井通风，还能避免回风污染。

三、本发明使用在竖井通风采用了“井体+风仓+风管”通风方式，在竖井底部设置风仓，减小了井体与联络通道90°转角交叉处的风能损耗，使得竖井通过联络通道可将新鲜风输送至各工作面，有效提高了轴流风机效率。

四、本发明在在井体的内部设置有中隔板，将井体分成进风管道和排风管道两个的独立风道，且中隔板位于竖井井体设计中线一侧的位置，使得进风管道的横截面大于排风管道的横截面，以保障各工作面获得足够的新鲜风。

附图说明

图1为本发明隧道施工步骤及竖井结构三维示意图；

图2为本发明双竖井模式通风结构原理示意图；

图3为本发明竖井底部风仓结构示意图；

图4为本发明竖井井体横截面示意图；

图5为本发明隧道未贯通至竖井位置阶段通风模式示意图；

图6为本发明隧道贯通至竖井位置阶段通风模式示意图。

附图标记如下：1—第一风机；2—第二风机；3—第四风机；4—新鲜风；5—风管；6—污染风；7—左洞第一工作面；8—服务隧道工作面；9—右洞第一工作面；10—隧道左洞；11—服务隧道；12—隧道右洞；13—左洞第二工作面；14—第一横通道；15—右洞第二工作面；16—第三风机；17—左洞第三工作面；18—右洞第三工作面；19—第一竖井；20—第二竖井；21—地下风机房；22—检修通道；23—变电所；24—控制室；25—运输通道；26—联络通道；27—第一竖井送风口；28—第二竖井排风口；29—第一竖井排风口；30—第二竖井送风口；31—中隔板；32—风仓；33—第五风机；34—联络风道；35—第二横通道；36—施工联络横通道；39—竖井隧道接口区；40—风机位置处；41—进风管道；42—排风管道；43—设计中线。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明提供了一种适用于高寒高海拔超特长隧道的竖井通风模式。图1的施工过程中，整个隧道包括用于通车的主洞(左洞和右洞)和中间的服务隧道，施工过程中服务隧道采用TBM硬岩掘进机施工，两侧的主洞采用钻爆法施工，TBM能够在硬岩中快速掘进，实现TBM超前施工，因此可合理从服务隧道向两侧主洞开设横通道，增加左右主洞工作面，达到缩短工期的目的。其中长隧短打施工的步骤是从服务隧道向两侧主洞开设横通道，一般采用七工作面同时施工方式以提高工作效率，七工作面分别是左洞第一工作面7、左洞第二工作面13、左洞第三工作面17、右洞第一工作面9、右洞第二工作面15、右洞第三工作面18和服务隧道工作面8。

传统的隧道施工中新增工作面的通风方式均为压入式通风。风机连接有柔性风管，可选择耐久性强、涂敷层密实的材料制作的风管和密封性能好的接头以起到减少漏风和降低风阻风管的作用，一般选用选取由PVC塑纤布和拉链式接头制作的风管，风管悬挂在拱腰位置并延伸至隧道工作面，挂设风管要平、直、顺，以减少风管的局部阻力。根据规范，风管送风口距掌子面距离不宜大于15m，风机安装位置在洞口外部，距洞口的距离不小于30m，以避免回风污染。风机不断向各工作面输送新鲜空气使得工作面的气压处在高于当地大气压力的状态，在压力差的作用下洞内的污浊风沿隧道洞身经洞口排出，从而改善洞内作业环境，提高隧道施工安全。

本发明的通风系统包括竖井通风单元和设置在隧道出口或内部的第一风机1、第二风机2、第四风机3、第三风机16，所述的第一风机1、第二风机2、第四风机3、第三风机16通过风管通风至施工工作面；竖井通风单元设置在隧道左洞10的左侧或者隧道右洞12的右侧，且位于整条隧道中部的位置；竖井通风单元包括地下风机房21和竖井；竖井通过联络风道34连通至地下风机房21，再过联络风道34连通至隧道左洞10和隧道右洞12。

竖井设置于埋深较浅的隧道右洞一侧，如图1所示的实施方式中，隧道右洞12的右侧相邻位置设置了第一竖井19和第二竖井20，隧道长度为22.13km，第一竖井19和第二竖井20设置在距离洞口4.54km的位置。

图2中地下风机房21内设置有控制风机运转模式的控制室24和变电所23；所述的控制室和变电所通过联络通道26连通至邻近的隧道左洞或隧道右洞。第一竖井19、第二竖井20、服务隧道11与隧道左洞、隧道右洞之间通过联络风道34连通，地下风机房21设置在联络风道34上。地下风机房21内对应每个联络风道34均预留有风机位置处40，可安装轴流风机，并通过控制室24控制风机的转向实现进风或者出风。地下风机房21还配有轴流风机，在风机的作用下，可以调节风仓输出的风压，将新鲜风有效且适当的分配风量至各个工作面。地下风机房21左侧设有变电所23和控制室24，供应地下风机房所需电源及控制隧道通风效率。地下风机房21左侧通过运输通道25连接隧道右洞12，可通过运输通道25运输风机及变电所所需的电源设备；地下风机房21右侧通过检修通道22连接隧道右洞12，工作人员通过检修通道22进入地下风机房21对风机维护检修。控制室24左端通过联络通道26连接隧道右洞。图2中地下风机房21通过联络风道34与隧道左右主洞相连，其中，第一竖井送风口27与隧道左洞10连接，第一竖井排风口29与隧道右洞12连接；第二竖井送风口30与隧道右洞12连接，第二竖井排风口29与隧道左洞10连接。排风口与隧道连接处的断面净空较送风口大，这有利于污染风排出。

如图3和图4所示，竖井包括底部的风仓32和上部的井体，风仓32的出口端连接有风管5；地下风机房21通过联络风道34连接竖井底部风仓32，风仓32向地下风机房21输送新鲜风。井体为筒状结构，井体的内部设置有中隔板31，中隔板31将井体分成进风管道41和排风管道42两个独立风道，使得竖井的井体可以同时满足进风和出风的要求。中隔板位于竖井井体设计中线43一侧的位置，使得进风管道的横截面大于排风管道的横截面。竖井中隔板具有良好的密封性，防止漏风，确保进、出通风循环线路相互分离，减少紊乱气流，以达到优良的通风效果。风仓32设置于竖井底部，可有效减小竖井与联络通道90°转角交叉处的风能损耗。

如图5和图6所示，当采用七工作面长隧短打施工方式，通风方法根据施工步骤分为隧道未贯通至竖井位置和隧道贯通至竖井位置两个阶段：

【1】第一阶段——隧道未贯通至竖井位置阶段；

第一阶段，竖井左侧的左右主洞尚未完全贯通至竖井位置，左右洞第一工作面仍位于竖井左侧，原设轴流风机尚处于隧道左右洞洞口位置。如图5所示，左洞进口设置第一风机1供应左洞第一工作面7；服务隧道进口左侧设置第二风机2分别供应左洞第二工作面13、第三工作面17；服务隧道进口右侧设置第三风机16供应右洞第二工作面15、右洞第三工作面18；右洞进口设置第四风机3供应右洞第一工作面9。

图5中左洞左侧和右洞右侧的凸框在施工平面图中表示为竖井隧道接口区39，左洞左侧的竖井隧道接口区39处沿隧道竖向方向设置有第五风机33，表示的意思是地下风机房设置有第五风机33，并通过联络风道34给隧道排送风。其中第五风机33可以设置在第一竖井对应的地下风机房中。

图5的具体实施例中，第五风机33设置在第一竖井19的地下风机房，供应服务隧道工作面8。通风时，第一风机1和第四风机3的轴流风机经风管分别向左洞和右洞持续压入新鲜空气，使工作面的风流处在高于当地大气压力的正压状态，在压力差的作用下洞内的污浊空气经隧道洞身排出；第二风机2经过风管向隧道内压入的新鲜风在第一横通道14处发生分流，一部分沿第一横通道14由风管输送至左洞第二工作面13，另一部分沿服务隧道经第二横通道35由风管输送至左洞第三工作面17；第三风机16经过风管向隧道内压入的新鲜风也在第一横通道14处发生分流，一部分沿第一横通道14由风管输送至右洞第二工作面15，另一部分沿服务隧道经第二横通道35输送至右洞第三工作面18；第五风机33将新鲜风经施工联络横通道36输送至服务隧道工作面8，左洞第二工作面13、左洞第三工作面17、右洞第二工作面15、右洞第三工作面18以及服务隧道工作面8的污染风均通过服务隧道11进口排出。

此通风方式中，左右主洞工作面的输送距离相对较短，采取压入式通风的通风模式；服务隧道采用TBM硬岩掘进机施工，能够在硬岩中快速掘进，若从洞口供风，服务隧道工作面8送风距离最长，损耗较大，因此服务隧道的供风可由竖井实现，竖井的作用是通过地下风机房设置的第五风机33为施工进度最快的服务隧道工作面8提供新鲜风，实现了特长隧道多工作面同时供风的目的，同时缩短了送风距离，具有节约通风能耗，改善洞内作业环境，提高施工安全的效果。

【2】第二阶段——隧道贯通至竖井位置阶段：

如图6所示，第二阶段中，竖井左侧的左右主洞已完全贯通至竖井位置或者超过竖井位置，左右洞第一工作面位于竖井右侧，原设第一风机1和第三风机16由隧道左右洞洞口位置移动至洞内。竖井隧道接口区39处沿竖向方向设置的第二风机2和第四风机3，表示原第二风机2和第四风机3移动至地下风机房辅助竖井通风。其中原第二风机2和第四风机分别设置在第一竖井19和第二竖井20对应的地下风机房中。

图6的具体实施例中，第一风机1进洞，距离第一竖井50m，供应左洞第一工作面7；第一竖井19进口处设置第二风机2分别供应左洞第二工作面13、左洞第三工作面17及服务隧道工作面8；第三风机16进洞，距离第一竖井50m，供应右洞第一工作面。第四风机3设置在地下风机房21内部，将竖井外部的新鲜风输送至右洞第二工作面15、右洞第三工作面18；

通风时，第一风机1和第三风机16分别设置于距竖井50m处，以避免污染风回流，第一风机1和第三风机16分别将新鲜风经风管沿左右主洞压入左洞第一工作面7和右洞第一工作面9，污染风沿左右主洞分别通过第一竖井19和第二竖井20排出。设置在第一竖井19处的第二风机2将新鲜风经风管从左洞输送至服务隧道11，经过两条横通道时发生分流，最终到达左洞第二工作面13、左洞第三工作面17和服务隧道工作面8；设置在第二竖井20处的第四风机3将新鲜风经风管从右洞输送至服务隧道，并且经过两条横通道时分流至右洞第二工作面15和右洞第三工作面18，污染风最终汇聚在服务隧道通过竖井排出。

此通风方式相较于第一阶段，将第一风机1和第三风机16由洞外移动至主洞竖井位置处，第二风机2、第四风机3设置在地下风机房21内部，将竖井外部的新鲜风输送至各工作面，此时各工作面的送排风完全通过竖井实现。此通风方式极大的缩短了风管5的送风距离，节约了大量风管材料及维护成本，同时送排风的时间更短，具有节约通风能耗、加快施工进度的效果。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，所述的超特长隧道包括主洞和服务隧道，主洞包括隧道左洞(10)和隧道右洞(12)，服务隧道(11)位于隧道左洞(10)和隧道右洞(12)之间；其特征在于：

通风系统包括竖井通风单元和设置在隧道出口或内部的第一风机(1)、第二风机(2)、第四风机(3)、第三风机(16)，所述的第一风机(1)、第二风机(2)、第四风机(3)、第三风机(16)通过风管通风至施工工作面；

所述的竖井通风单元设置在隧道左洞(10)的左侧或者隧道右洞(12)的右侧，且沿程设置于隧道中间段落；竖井通风单元包括地下风机房(21)和竖井；竖井通过联络风道(34)连通至地下风机房(21)，再过联络风道(34)连通至隧道左洞(10)和隧道右洞(12)。

2.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，其特征在于：竖井包括底部的风仓(32)和上部的井体，风仓(32)的出口端连接有风管(5)；井体为筒状结构，井体的内部设置有中隔板(31)，将井体分成进风管道和排风管道两个的独立风道。

3.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，其特征在于：中隔板位于竖井井体设计中线一侧的位置，使得进风管道的横截面大于排风管道的横截面。

4.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，其特征在于：所述的地下风机房(21)内设置有控制风机运转模式的控制室(24)和变电所(23)；所述的控制室和变电所通过联络通道(26)连通至邻近的隧道左洞或隧道右洞。

5.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，其特征在于：通风系统还包括连通地下风机房和隧道主洞的检修通道(22)、运输通道(25)。

6.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，其特征在于：所述的竖井通风单元包括设置在隧道同侧的第一竖井(19)和第二竖井(20)。

7.根据权利要求1所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统，其特征在于：第一竖井送风口(27)与隧道左洞连接，第一竖井排风口(29)与隧道右洞连接；第二竖井送风口(30)与隧道右洞连接，第二竖井排风口(28)与隧道左洞连接。

8.利用权利要求1至7任意之一所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统进行通风的方法，其特征在于，施工过程中七工作面同时施工，以实现长隧短打，且隧道未贯通至竖井位置阶段时：

第一风机(1)设置在隧道左洞(10)的进口处，供风给左洞第一工作面(7)；

第二风机(2)设置在服务隧道(11)进口左侧，供风给左洞第二工作面(13)和左洞第三工作面(17)；

第三风机(16)设置在服务隧道(11)进口右侧，供风给右洞第二工作面(15)和右洞第三工作面(18)；

第四风机(3)设置在隧道右洞(12)的进口处，供风给右洞第一工作面(9)；

地下风机房(21)内部设置有第五风机(33)，将竖井外部的新鲜风通过施工联络横通道(36)输送至服务隧道工作面(8)；

左洞第一工作面(7)的污染风经过隧道左洞(10)的进口排出；右洞第一工作面(9)的污染风经过隧道右洞(12)的进口排出；

左洞第二工作面(13)、左洞第三工作面(17)、右洞第二工作面(15)、右洞第三工作面(18)以及服务隧道工作面(8)的污染风均通过服务隧道(11)进口排出。

9.利用权利要求1至7任意之一所述的用于高寒高海拔超特长隧道施工的通风系统进行通风的方法，其特征在于，施工过程中七工作面同时施工，以实现长隧短打，且隧道贯通至竖井位置阶段时：

第一风机(1)设置在隧道左洞(10)距竖井数十米处，供风给左洞第一工作面(7)，产生的污染风沿隧道左洞(10)和竖井排出；

第三风机(16)设置在隧道右洞(12)距竖井数十米处，供风给右洞第一工作面(9)，产生的污染风沿隧道由洞(12)和竖井排出；

第二风机(2)设置在地下风机房(21)内部，将竖井外部的新鲜风输送至左洞第二工作面(13)、左洞第三工作面(17)和服务隧道工作面(8)；

第四风机(3)设置在地下风机房(21)内部，将竖井外部的新鲜风输送至右洞第二工作面(15)、右洞第三工作面(18)；

污染风经服务隧道汇聚后通过竖井排出。

10.根据权利要求9所述的高寒高海拔超特长隧道施工的通风方法，其特征在于：左洞第一工作面(7)返回的污染风沿隧道左洞(10)和第一竖井(19)排出；右洞第一工作面(9)返回的污染风沿隧道右洞(12)和第二竖井(20)排出。