风室接力、分流通风技术在长大隧道施工中的应用

风室接力、分流通风技术在长大隧道施工中的应用

朱东平

中铁五局集团有限责任公司 ,湖南 长沙 410000

摘要： 中铁五局承建的玉磨铁路项目安定隧道，在施工过程中遇到了隧道通风的难题，主要表现在几个方面，一是独头通风距离长；二是作业面多，施工通风干扰大；三是需风量受隧道断面变化影响大；四是受洞外常年高温影响大，无法实现洞内通风降温的目的。通过现场反复研究，现场采用隧道风室接力、分流的方式有效解决了上述问题，通风效果良好，经济效益突出，为长大隧道施工通风积累了相关经验。

关 键 词：长大隧道 通风风室 接力 分流

1引言

随着我国经济的高速发展，综合国力不断提升及高新技术的不断应用，长大隧道在工程建设中应用越来越广泛，尤其是在西南地区。以钻爆法施工并结合无轨运输为主导的长大隧道施工通风问题，己成为影响工期、质量、安全、效益的关键因素。在长大隧道施工，一般多采用设置斜井的方式实现长隧短打，通风方式多采用巷道式通风，沪昆高铁云南段壁板破隧道单口施工七公里以上,是巷道式通风比较典型的应用^［1］，巷道式通风制约因素较多，巷道横通道处射流风机的布置情况作用很关键^［2］。在无法实施巷道式通风的条件下，采用独头压入式长距离通风往往受到斜井长度及断面净空要求的限制，无法满足洞内的环境要求，因此急需探寻一种合理的通风方式来提高通风效率，改善洞内空气质量。国内针对长大隧道施工通风开展了研究，取得了一些成果，大风室接力通风在罗家理斜井的应用进行了验证，正洞独头掘进5000m后的通风效果良好^［3］；2013年，小风室接力通风方案应用于引汉济渭秦岭隧洞，实现了最长独头通风距离达6386m^［4］；辛国平^［5］对分隔巷道与风管联合式施工通风的风机选型、斜井分隔高度及风仓结构形式进行了研究；目前，国内外采用风仓接力这一新型通风方式的工程实例较少，通过采用风室接力、分流的方式通风，同时解决通风距离长、施工干扰大、通风断面变化大、压入通风降温效果差等四大难题的案例更是凤毛麟角，因此通过本项目的施工研究及应用，是长大隧道施工风室通风技术的一种发展，具有创新意义。

2 工程概况

玉磨铁路安定隧道全长17476m，以软岩为主，Ⅳ、V级软弱围岩达87%。中铁五局负责进口段8822m施工任务，分进口正洞及平导、1#斜井、2#斜井三个工区组织施工。进口平导长3089m；1^#斜井长2601m,斜井内平导长1350m；2#斜井小里程长2453m，大里程长1032m，如图1所示。

图1安定隧道平面示意图（进口工区）

管段地质条件复杂，分布11条断层和1个向斜。正洞为单洞双线；斜井为双车道，断面净空尺寸7.5m宽×6.2m高；平导设计为单车道，断面净空尺寸5.0m宽×6.0m高。本隧采用无轨运输方式施工，独头掘进通风长度约4km，该隧道合同工期42个月，工期较为紧张。

3 安定隧道施工通风难点

2.1 独头通风距离长，通风排烟难度大

安定隧道1#、2#斜井长度超2.5km，在斜井内还分岔和增设平导，通过辅助坑道施工的工作面多，斜井工区施工通风系统全部依靠斜井洞身提供，随着施工的不断推进，通风环境不断复杂化。

2.2 各作业线对施工通风影响大

安定隧道以Ⅳ、Ⅴ级软岩为主，开挖工法主要为三台阶，从二衬衬砌台车到开挖面作业工序多，衬砌台车移动、防水板作业、隧底开挖爆破等工序作业过程中都会破坏通风管路，造成管路漏风严重，影响通风效果。无轨运输的机械行走位置不固定，通行过程中也会经常破坏通风管路，造成停风。

2.3 需风量受辅助坑道断面影响大

由于地质原因，施工工期紧，需增加施工工作面，1#斜井井底增加了分岔平导，2#斜井增加分岔斜井，在需风量增加而主斜井断面不增加的情况下，大大的制约了送风量。

2.4 气候环境影响通风效果

安定隧道位于云南省玉溪市元江县境内，该地区属于亚热带季风气候，常年天气炎热（年平均气温23℃-34℃），洞内外温差小，从洞外压入隧道内的热空气难以降低隧道内高温，造成隧道施工环境条件恶劣。

4风室接力、分流通风的基本原理

在施工隧洞内合适的位置设置一个相对密闭空间作为风室，起到一个临时储存适量新鲜空气的作用，通过在风室内设置风机加压，实现中继接力，从而实现更远距离通风的目的；在风室采取必要的降温措施，从而起到改善空气质量的作用；通过合理布置不同功率风机，实现分流多种通风能力，满足不同通风量的需求。

5 通风方案设计

5.1施工通风方案的选择

安定隧道1#斜井洞内带平导,2#斜井内分岔，斜井受断面限制只能布设2根风管，斜井及平导进入正洞后只能依靠斜井内2根风管供风。

按照隧道施工的总体方案，安定隧道1#斜井和2#斜井进入正洞施工采用压入式通风方式。1#斜井施工通风分成三个阶段，第一阶段斜井井身开挖，只有一个掌子面施工；第二阶段斜井进入正洞和平导施工，形成3个工作面；第三阶段斜井平导开设1#横通道进入正洞后施工，形成5个工作面；第四阶段斜井平导开设2#横通道进入正洞并1#斜井大里程与1#横通道小里程贯通后施工，仍为5个工作面。

安定隧道2#斜井施工仍采用压入式通风方式，隧道施工通风分成三个阶段。第一阶段斜井分岔前井身开挖，只有一个掌子面施工；第二阶段斜井分岔后施工，形成2个工作面；第三阶段两个斜井支洞进入正洞后施工，形成4个工作面。

两个斜井工区各掌子面施工通风风管都需要占用斜井内空间，长距离送风，为了保证掌子面的工作环境，需要增大送风管直径，并且送风管均需要从斜井上部通过，但斜井的空间有限，多条通风管布置与隧道运输机械之间必然产生矛盾。为不影响斜井运输，并能保证洞内通风效果，经反复研究探讨，提出在斜井与正洞工作面交汇处集中增设储风室，安装接力风机，采用风室接力和分流通风方案。

5.2风室接力、分流通风工作方式

为解决施工通风和无轨运输作业的环境问题，在斜井与正洞交汇处斜井洞身内设置储风室（安定隧道1#斜井设于正洞内），风室将斜井或正洞横断面分隔为上下两部分，上部为半径2.6m的半圆形。考虑进风管在长距离通风下的风压损失，根据实际施工情况，在风室内安装2台风机，以加大风速和风量，与软管形成压入式通风系统，分别向2个工作面供风。所有回风流经斜井或正洞下部矩形通道排往洞外，如图2、图3所示。

图2 正洞风室通风断面示意图 图3正洞风室通风现场照片

5.3风室接力分流通风技术方案

洞口设置1台3×132KW轴流风机，通过Φ180cm螺旋通风管，将新鲜风送入风室内，风室内安装2台2×110KW轴流风机接力，采用2根Φ130cm螺旋通风管将风送往2个不同掌子面。

施工时，首先利用工字钢搭设门架，为轴流风机提供安装平台。然后用彩钢板搭设储风室，储风室纵向长约20~50m（具体长度结合现场地形条件和储风量确定），宽为斜井或正洞断面净空宽度，将隧道分隔为进风道和排风道两部分，上部为进风道，下部为排风道及施工通道。根据隧道宽度采用20mm×20mm的方钢制作横梁，采用膨胀螺栓横向锚固在隧道两侧的支护上，横向中间采用钢筋和隧道拱部的锚杆相连，没有锚杆的采用膨胀螺栓固定在隧道拱部，防止中间受力过大而影响结构安全。横梁沿纵向间隔2m设置。将彩钢板用螺丝固定在横梁上，将隧道断面分隔成上下两部分。如图4所示。

1—方钢横梁 2—安装的彩钢板 3—固定彩钢板螺丝 4—固定钢筋 5—隧道初支

图4彩钢板安装储风室断面示意图

5.4 储风室设置

为保证斜井长距离通风质量，在斜井底与正洞交接处设置储风室，具体施工过程如下：

5.4.1门架和接力风机安装

为搭设风机放置平台，采用工字钢焊接门架，门架宽度大于4m,净高不低于4.5m，下部净空要满足机械正常通行，上部要确保能安全平稳放置2台轴流风机。

5.4.2膨胀螺栓及托架安装

在门架顶部平台同高位置沿隧道两侧对称安装膨胀螺栓，并将钢板托架安装在膨胀螺栓上，拧紧膨胀螺栓。

5.4.3方钢横梁安装

按照隧道宽度截取方钢，将方钢放置在托架上，并与托架焊接牢固，安装方钢中间与隧道拱部的连接钢筋。

5.4.4彩钢板安装

彩钢板沿隧道纵向设置，纵向搭接处采用螺丝与方钢连接，横向搭接处也采用螺丝连接到方钢上。搭接沿隧道进风方向，进风方向的彩钢板在出风方向彩钢板的上方，与隧道边墙衔接处存在的缝隙采用乳胶密封。

5.4.5两侧结构封堵

安装完成储风室底部结构后，对结构的两侧端头进行封堵，封堵仍采用彩钢板，搭接处采用螺丝与方钢连接，衔接处存在的缝隙采用乳胶密封。

5.5 通风布置方案

按照隧道施工的总体方案，安定隧道1#斜井施工通风分成四个阶段，2#斜井施工通风分成三个阶段，具体如下：

5.5.1 安定隧道1#斜井施工通风

5.5.1.1第一阶段通风方案

在斜井洞口设置1台3×132KW轴流式通风机，布设1根Φ180通风管，采用压入式通风为斜井洞身施工送风。

5.5.1.2第二阶段通风方案

在斜井洞口增加1台3×132KW轴流式通风机，增加布设1根Φ180通风管，采用压入式通风分别为1#斜井正洞和平导施工送风。在1#斜井进正洞洞身小里程DK129+810~790处设置1个风室，风室内安装2台2×110KW轴流风机，每台轴流风机出风口接1根Φ130cm风管，分别为1#斜井正洞大小里程2个工作面送风。如图5所示。

图5 安定1#斜井第二阶段通风示意图

5.5.1.3第三阶段通风方案

在1#斜井平导PDK129+945~995处设置1个风室，风室内安装2台2×110KW轴流风机，每台轴流风机出风口接1根Φ130cm风管，分别为1#斜井平导和平导1#横通道正洞送风。如图6所示。

图6 安定1#斜井第三阶段通风示意图

5.5.1.4第四阶段通风方案

1#斜井正洞大里程与1#斜井平导正洞小里程间长度为435m，2个工作面施工，在4个月内贯通，贯通后，能为平导开设2#横通道创造通风条件。可将原1#斜井正洞大里程风管直接通向1#斜井平导1#横通道正洞大里程，将1#斜井平导1#横通道正洞大里程原风管撤向平导2#横通道。如图7所示。

图7 安定1#斜井第四阶段通风示意图

5.5.2 安定隧道2#斜井施工通风

5.5.2.1第一阶段通风方案

在斜井洞口设置1台3×132KW轴流式通风机，布设1根Φ180通风管，采用压入式通风为斜井洞身施工送风。

5.5．2.2第二阶段通风方案

在斜井洞口增加1台3×132KW轴流式通风机，增加布设1根Φ180通风管，采用压入式通风分别为2-1#和2-2#斜井洞身施工送风。

5.5.2.3第三阶段通风方案

在2-1#斜井和2-2#斜井与正洞相交处斜井洞身平坡地段分别设置1个储风室，每个风室内安装2台2×110KW轴流风机，每台轴流风机出风口接1根Φ130cm风管，为2-1#和2-2#斜井正洞大小里程共4个工作面送风。如图8所示。

图8安定2#斜井第三阶段通风示意图

6结论

通过安定隧道采用风室接力、分流通风实践得出几个结论：

1. 设置风室的通风方式，可以有效提高通风能力，可以实现更远距离通风。

2）风室的设置，可以实现通风能力的灵活转换，实现不同的通风需求，能有效节约资源。

3）在风室内采取可行的降温措施，可以有效降低洞内温度。

4）风室的设置，可以有效减少通风管路，能起到释放作业空间的作用。

5）采用型钢+彩钢瓦现场制作风室，制作周期相对较长，且存在一定的漏风现象，如采用铝板预制拼装形式的风室，应用效果将更加突出。

参考文献：

[1]张恒, 杨家松, 高辉,等. 锦屏隧道施工通风研究[J]. 广西水利水电, 2008(5):3.

[2]张海兰. 壁板坡隧道施工通风方案[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2013, 000(024):1-12.

[3]豆小天, 陈庆怀. 大风室接力通风在长斜井隧道施工中的应用[J]. 隧道建设, 2011, 31(1):6.

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[5]辛国平. 长大隧道分隔巷道与风管联合通风施工技术[J]. 现代隧道技术, 2015, 52(6):6.