六狼山隧道出口及6#斜井通风设计

摘要:文章介绍了准朔铁路六狼山隧道出口及6#斜井的通风设计方案,在满足通风效果的前提下合理利用现有资源,减少能耗损失,从而减少通风系统的运行成本。

关键词:铁路;六狼山;隧道;通风

中图分类号:U453.5 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)02-0010-02

1工程概况

准朔铁路线ZSKZ01标六狼山隧道出口位于朔州市平鲁区白堂乡卧厂村,6#斜井位于窝窝会村。正洞施工里程为改DK31+655～改DK35+750全长4095 m,(其中; 出口正洞 1 861 m、6#斜井正洞2234 m),斜井512.65 m。

隧道围岩情况:正洞Ⅴ级2 650 m(主要集中在出口作业面),Ⅳ级556 m,Ⅲ级255 m,Ⅱ级634 m; 6#斜井Ⅴ级135.81 m,Ⅳ级150.77 m,Ⅲ级179.79 m,Ⅱ级46.28 m。

2设计参数

开挖断面积斜井正洞(Ⅱ级围岩): S正洞=45m2;一次爆破用药量:A正洞=162 kg 按斜井正洞用药量最大的Ⅱ级围岩循环进尺3 m考虑 ;洞内最多作业人数:按每工作面最大30人;爆破后通风排烟时间:t=30 min;通风管:采用φ1.3 m软管;管道百米漏风率:β=1.2%;风管沿程摩阻系数α=λρ/8=0.0015 kg/m3,式中(达西系数λ=0.01,空气密度ρ=1.2);最大压入通风长度:斜井向进口作业面,L为坑道长度,根据工期安排正洞单口掘进L=1 407.65 m,通风按1 400 m管道长度计算。

3通风设计原则

充分利用现有设备,在满足通风效果的前提下,进行合理调配减少新购风机的数量。在净空允许的情况下,采用大直径风管,减少能耗损失。通过适当增加一次性投入,减少通风系统的长期运行成本。

隧道出口主洞通风:施工作业区段长1 861 m,隧道围岩为Ⅴ级黄土,爆破作业量较小;并施工为下坡道,坡比为9‰、14‰,坡度较大,有利于通风。采取压入轴流式通风方案。施工供风采用分高中低速二级轴流式2×110 kW通风机,在洞口配一台风机。通风管为直径1.3 m的软管。

6#斜井通风:主要采取压入轴流式方案,并在斜井正洞向出口掘进477 m(改DK33+027)处设通风竖井一个,直径0.7 m,进行辅助通风,以改善斜井正洞内两个作业面的通风排烟效果。施工供风每个作业面主要采用分高中低速二级轴流式2×110 kW风机,通风管为直径1.3 m的软管。在斜井口布置两台风机供风,在进入正洞后向两侧分开;在正洞向出口掘进超过800 m后,必要时附以功率28 kW,风管直径0.7 m的吸出式通风机,风管出风口至竖井口,进行辅助排烟。

4风量计算

对于隧道出口作业区段均为Ⅴ级黄土围岩,考虑到爆破作业量小,加之为下坡道,利于排烟。

从6#斜井进入正洞向出口作业区,虽然正洞需施工1 339 m,施工为上坡道,坡比为14‰。其中区间靠出口分布有789mⅤ级围岩,爆破作业量较小并在向出口掘进477m处(即距向出口作业终点改DK33+889处862 m)设通风竖井一口,直径0.7 m,进行辅助通风,会大大的改善该作业面的通风排烟效果;加之附以功率28Kw,风管直径0.7 m的吸出式通风机进行辅助排烟。

从6#斜井进入正洞向进口作业区,正洞需施工895 m,压入式通风管道长为1 407.65 m,施工为下坡道,坡比为14‰。围岩石质较好,以Ⅱ、Ⅲ级为主,考虑到爆破作业量大,并离竖井较远。通风设计依次作业区进行风量计算及风机配置。

从五个方面考虑,具体为按洞内最多工作人员数计算得Q1;按洞内允许最低风速计算得Q2;按排除爆破炮烟计算得Q3;按洞内同时工作的最多内燃设备计算Q4;高山地区风量调整Q高。通过计算,取Q=Max(Q1、Q2、Q3,Q4)。Q总=Q+Q高

4.1洞内风量计算

①按洞内同时工作的最多人数计算:Q1= qmk(m3/min)。q为每人每min呼吸所需空气量,q=3 m3/min;m为同时工作人数,正洞取m=30人;k为风量备用系数,取k=1.25。由此得Q1=3×30×1.25=113(m3/min)。

②按允许最低平均风速计算:Q2=60 AV;V取0.21m/s; A取45m2,Q2=60×45×0.21=567 (m3/min)。

③按爆破工作量确定风量。按洞内一时间内爆破使用最多炸药量计算风量:A=45×3×1.2 kg=162 kg;t为通风时间,按30 min考虑;b为每kg炸药爆破时所构成的一氧化碳体积(L),一般采用b=40L;Q3-1=5Ab/t=5×162×40/30=1080(m3/min)。按压入式通风工作面有害气体降至允许浓度计算:S为坑道面积,正洞S=45 m2;L为工作面至炮烟稀释到允许浓度的距离即临界长度取100m;Q3-2=7.8/t×3.(S.L)2=7.8/30×3×(45×100)2=386(m3/min)。爆破工作量确定正洞施工需风量:Q3= Qmax(Q3-1,Q3-2)=Qmax(1 080, 386)=1 080 m3/min)。

④按洞内同时工作的最多内燃设备计算:Q4=nP(m3/min)。

P为每kW每min需提供空气量P=3 m3/min;N为洞内同时工作的内燃设备功率总和,洞内一台210LC-5挖掘机,功率210马力,即155 kW;东风314 LG洞内掘进作业区两辆,功率2×130马力,即192 kW,由此得Q4=347×3=1041 m3/min。

⑤洞内需风量:Q=Qmax(Q1,Q2,Q3,Q4) = Qmax(113,567,1 080,1 041) =1 080 (m3/min)。

4.2高山地区风量调整

Q正为正常条件下洞内计算的风量,Q正=Q;P高-高山地区大气压(kPa),查表为6.119 kPa,Q高=760/P高×Q正=760/6119×1 080=134(m3/min)。

4.3洞内总风量

Q总= Q正+ Q高 =1 214(m3/min)。风机风量可以根据洞内最大需风量、通风长度和百米漏风率,应用公式Qm=Q总/(1-0.012L/100)求出正洞所配风机的风量为1010m3/min,Qm正洞取1 459m3/min。

4.4漏风计算

P为漏风系数,取1.43;Q为计算风量,Q=Q m;Q需=P·Q=1.43×1459=2087 (m3/min)。

5风压计算

h阻=∑h动+∑h局+∑h沿∑h动,动压取50Pa;∑h局,局部压力损失一般按沿程压力损失的10%估算。

沿程压力损失计算:h沿=agpLQ2/s3 (Pa)式中a为风道摩擦阻力系数,取a=1.3x10-4 kg·s2/m2; L为风道长度(m),1 400 m; Q为风机风量(m3/s),34.8m3/s;S为管道截面积(m2),1.33 m2;P为管道内周长(m)4.08 m;g为重力加速度,取9.81 m2/s;h沿=3 750 (Pa)。h正洞阻=∑h动+∑h局+∑h正洞沿=4 175(Pa)。

6通风方法

隧道出口主洞通风:施工作业区段长1861m,施工供风采用二级轴流式2×110 kW通风机,在洞口配一台风机,通风管为直径1.3 m的软管,管道布置在隧道右侧起拱线以上1.5 m处,风管在喷护面段采用锚杆、在二衬段采用膨胀长螺栓铆接在砼中,间距5 m,在锚杆或长螺栓头用￠8盘条做吊挂线,并经带接。

6#斜井通风:在斜井口布置两台风机供风,采取压入轴流式方案,每个作业面主要采用二级轴流式2×110 kW风机,通风管为直径1.3 m的软管。斜井双风管布置在离隧道中线两侧0.8 m处拱部,风管采用锚杆铆接在砼中,间距3 m,用￠8盘条做吊挂线,并经箍接,以减少不通风时的下垂量。在进入正洞后向两侧分开,正洞管道布置在隧道右侧起拱线以上1.5 m处,风管固定同隧道出口。并在斜井正洞向出口掘进477 m(改DK33+027)处设通风竖井一口,直径0.7 m。在正洞向出口掘进超过800 m后,附以JF62-2轴流吸出式风机,功率28 kW,风管直径0.7 m的软管,管道布置在隧道左侧起拱线上1 m处, 风管固定同隧道出口,风管尾部至竖井口,进行辅助排烟。

7施工高压风供应

高压风供应采用集中供风的方式。具体方案如下:

在正洞出口设2×20 m3/min空压机站一座。在斜井口设4×20 m3/min空压机站一座,进入正洞后采用三通分流成两道管道分别引入两个施工作业面。三通两φ150 mm分流管均设一截止阀,以便适时调解两作业面的风压,合理开启空压机,已达到节能的效果。通风管在斜井与正洞交汇处过管道另一侧时,过管布设在斜井底板排水盲沟内。

高压风管直径出口及6#斜井正洞采用φ150 mm无缝钢管,6#斜井段采用φ250 mm无缝钢管。洞内风管布设采用托架法固定,托架用附加短锚杆固定在隧道右侧底脚的边墙上,高出隧道两侧侧沟顶面20cm,沿全隧道通长布置。高压风管在洞口处安装一个三通闸阀,以备出现涌水时作为排水管使用。

随着洞室开挖面的延伸,高压风管分段接至开挖面、锚喷工作面附近,在管端安装闸阀以便接至用风机具,闸阀至用风机具之间用高压皮管连接。

8通风管理

施工通风管理水平的高低是影响通风质量的关键因素之一。以往不少隧道施工通风不好,除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外,主要问题是通风管理不善,管道通风阻力大,开挖工作面得不到足够的新鲜风流,沿途污浊空气不能及时排出洞外。我们以“合理布局,优化匹配,防漏降阻,严格管理、确保效果”二十字方针,作为施工通风管理的指导原则,强化通风管理。

建立以岗位责任制和奖惩制为核心的通风管理制度和组建专业通风班组,通风班组全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修,发现风管破损及时粘补。严格接照通风管理规程及操作细则组织实施,项目部定期根据通风质量给通风班组兑现奖惩办法。

防漏降阻措施:①以长代短。风管节长由以往的20～30 m加长至50～100 m,减少接头数量,即减少漏风量。②以大代小:在净空允许的条件下,尽量采用大直径风管。③截弯取直:风管安装前,先按5 m间距埋设吊挂锚杆,并在杆上标出吊线位置,再将φ8 mm盘条吊挂线拉直拉紧并焊固在锚杆上,尔后在吊挂线上挂风管。这样可使风管安装到达平、直、稳、紧,不弯曲、无褶皱,减少通风阻力。隧道施工防尘采取综合治理的方案:为控制粉尘的产生,钻眼作业必须采用湿式凿岩,凿岩机在钻眼时,必须先送水后送风。新鲜风连续经过几个工作面时,在两个工作面间,根据防尘效果,适当增设喷雾器净化风流中的粉尘。

参考文献:

[1] TB 10068-2000,铁路隧道运营通风设计规范[S].

[2] TB10204-2002~J163-2002,铁路隧道施工规范[S].

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