高地溫隧道綜合施工技術(shù)研究報(bào)告

1、 PAGE 21 / 21高地溫隧道綜合施工技術(shù)研究報(bào)告中鐵十六局集團(tuán)長(zhǎng)順摘要：本文針對(duì)祿勸鉛廠引水隧洞突發(fā)性高地溫地質(zhì)情況, 分析了高地溫的熱源及產(chǎn)生原因 , 說明了高地溫給施工帶來的困難及危害；介紹了施工中采取的各種綜合技術(shù)措施, 研究探討了高地溫隧道通風(fēng)降溫計(jì)算方法及應(yīng)用, 進(jìn)行了用于指導(dǎo)施工的通風(fēng)降溫計(jì)算?？晒╊愃乒こ虆⒖?。關(guān)鍵詞： 高地溫隧道無(wú)軌運(yùn)輸綜合技術(shù)通風(fēng)降溫The high ground temperature tunnel synthesizes the technology memoir being underconstructionthChina Railway 16G

2、roup C0,Ltd YangchangshunAbstract: The main body of a book the tunnel has dashed forward specifically for the LuQuan lead factorydraws water sendingout highnatureground temperaturegeologycondition, has analysed the high ground temperature heat source and has produced cause , difficultyanddamage havi

3、ngexplainedthatthehighgroundtemperatureisbroughtaboutbyconstruction;Synthesistechnologymeasurehavingintroducedvariousadoptingin construction, the ground temperature tunnel ventilation havingstudiedinvestigation and discussion highly cools down calculating method and applies, the cooling having carri

4、edouttheventilationbeingused toguideto be under constructionsecretlyschemes against. May provide the similar project reference.Keywords :highgroundtemperaturetunnel,tracklesstransportation,synthesistechnology ,be ventilated cooling down工程概況祿勸鉛廠水電站工程位于省市祿勸縣境的普渡河下游, 電站裝機(jī)容量257MW工,程規(guī)模為中型。我單位施工的C2、C3標(biāo)為發(fā)電

5、廠引水隧洞SD0100 SD5 690 段, 隧洞開挖為圓形斷面 , 開挖直徑為 786 810 , 初期支護(hù)斷面 770 。發(fā)電引水普渡河左岸 , 隧洞沿線地表坡度變化大 , 前后段山體寬厚 , 中部緩和 , 沖溝切割較深 , 巖體傾向右岸 , 形成有前后兩級(jí)陡巖組成的向普渡河傾斜的大斜坡地貌, 隧洞最大埋深380m,由三條支洞施工 , 洞身穿過圍巖巖性為震旦系燈影組, 含硅質(zhì)條帶白云巖 , 巖體性脆、質(zhì)硬。受區(qū)域斷裂影響 , 隧洞附近貓得村處河左岸出露一熱泉, 其礦化度較高；庫(kù)外樞紐下游多處發(fā)育熱泉, 含硫量大 , 礦化度高 , 出露于普渡河背斜傾伏段。普渡河流域地處低緯亞熱帶高原濕潤(rùn)季風(fēng)

6、氣候區(qū)。本流域具有年降雨量集中程度高 , 光熱資源條件好 , 降雨量豐富 , 干濕季分明的特點(diǎn)。 根據(jù)氣象站資料統(tǒng)計(jì) , 多年平均氣溫在14.7 15.8 之間 , 極端最高氣溫在31.4 33.4 之間 , 極端最低氣溫在 -7.8 6.5 之間 , 最熱月 7 月平均氣溫19.7 , 最冷月 1 月平均氣溫 7.7 , 多年平均降雨量約 986.0mm,多年平均降雨日數(shù) 134.6d 。該項(xiàng)目于 20XX1月開工 , 采用無(wú)軌運(yùn)輸施工 ,20XX1 月 12 月為高地溫圍巖施工期。高地溫地段以外 , 圍巖一般溫度為 2223, 按 30以上為高低溫段, 高地溫地段里程為 SD1+300SD

7、2+50；0其中,70 以上高溫巖層地段為 SD1+734SD1+842該, 段局部圍巖極端溫度達(dá)76 , 上報(bào)資料 75為平均值；K1+500K2+100段有少量裂隙水 , 水溫最高達(dá) 70；高地溫巖層分別由1#、2#支洞施工 , 分界里程為 SD2+100, 分界點(diǎn)圍巖溫度為40。附：開挖斷面圖臨時(shí)支護(hù)圖1 臨時(shí)支護(hù)圖 ( 一型)50mm排水孔, 孔深3.0m排距1.5m, 梅花形布置25超前錨桿,L=4.5m噴C20混凝土厚12cm20號(hào)輕型工字鋼 , 榀距80cm縱向聯(lián)系桿為 25 鋼筋, 間距1.0m鎖腳砂漿錨桿 22 ，L=3.0m8mm厚鋼板40cm40cm高地溫的熱源火山熱的熱

8、源：由于火山供給的熱是地下巖漿集中處的熱能而產(chǎn)生的熱水, 這種熱水泉水成為熱源又將熱供給周圍的巖層。當(dāng)隧道或地下工程穿過這種巖層 , 就有發(fā)生高溫、高熱的現(xiàn)象。放射性元素的裂變熱的熱源：在地球部由于放射性元素不斷進(jìn)行脫變或其他原因放出大量熱能, 加之巖石是熱的不良導(dǎo)體, 因此在地下深處積累了大量熱能 , 發(fā)生較高溫度 , 此種現(xiàn)象稱為地?zé)岈F(xiàn)象。其它原因：淺層或地表水與深部熱水循環(huán)交替, 成為承壓高溫?zé)崴?,形成高溫異常區(qū)。巖漿侵入體的余熱、硫化礦床的氧化熱等。熱源分析： 20XX12月 1#支洞與 2#支洞貫通 ,20XX3 月及 5 月兩次實(shí)測(cè)原來溫度最高地段暴露面巖溫均為 3233, 少量

9、裂隙水溫 43 ., 隧洞附近溫泉水池水溫仍為 63。祿勸鉛廠水電站引水隧洞的埋深不大, 施工中出現(xiàn)高地溫屬于不可預(yù)見的突發(fā)事件 , 形成原因非常復(fù)雜。地?zé)岵粚儆诨鹕綗岬臒嵩? 熱源來源圍局限為：放射性元素的裂變熱的熱源、淺層或地表水與深部熱水循環(huán)交替、 巖漿侵入體的余熱、硫化礦床的氧化熱等。因?yàn)樗矶创┰綖槎笌r地形, 水平方向必然臨近深埋地段, 地溫受深埋地段影響； 隧道處于地下溫泉多發(fā)地段, 距隧洞約 600m處有一處溫泉 , 水溫 70 80 , 距隧道約 300m處普渡河邊有一處溫泉 , 水池水溫63, 形成溫泉的地質(zhì)條件及溫泉的影響, 是隧洞形成高地溫的主要原因, 因事發(fā)突然 , 缺乏

10、對(duì)地質(zhì)資料的深入研究, 不排除其它方面的復(fù)雜原因。高地溫隧道施工技術(shù)措施祿勸鉛廠引水隧洞在施工時(shí)突然遇到了國(guó)沒有、國(guó)外罕見、又缺乏相關(guān)地質(zhì)資料的高地溫, 隧道穿越高地溫巖層時(shí), 施工作業(yè)環(huán)境惡化, 嚴(yán)重威脅到施工人員的健康和安全, 大大降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率； 隧道的高溫高濕還導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的工作條件惡化、 效率降低、故障增多 , 裝載機(jī)、汽車經(jīng)常熄火。祿勸鉛廠引水隧洞1#支洞掘進(jìn)至 SD1+300以后, 圍巖溫度不斷升高 , 當(dāng)圍巖溫度達(dá)到 50以上時(shí) , 施工環(huán)境嚴(yán)重惡化 , 開始采用加大通風(fēng)量、噴霧灑水措施降溫 , 初始還能維持施工 , 但當(dāng)巖溫達(dá)到60時(shí), 由于施工人員的中暑反映及機(jī)械設(shè)備的故

11、障, 使施工一度被迫中斷。由于事發(fā)突然 , 國(guó)還沒有60以上大斷面或接近大斷面的無(wú)軌運(yùn)輸高 地溫隧道施工經(jīng)驗(yàn), 經(jīng)有關(guān)專家論證 , 借鑒國(guó)外礦井施工的有關(guān)降溫措施, 研究了適合高地溫隧道施工的綜合技術(shù)措施, 強(qiáng)化措施后 , 改善了施工條件 , 使施工安全、順利進(jìn)行, 保證了進(jìn)度、質(zhì)量。主要技術(shù)措施如下：通風(fēng)降溫依據(jù)傳熱學(xué)原理 , 參照有關(guān)圍巖與風(fēng)流間傳熱量的計(jì)算方法, 研究開發(fā)適合高地溫隧道施工的通風(fēng)降溫計(jì)算公式、計(jì)算方法。通過對(duì)隧道的圍巖導(dǎo)熱、導(dǎo)溫系數(shù)的測(cè)定或選取, 進(jìn)行對(duì)流換熱過程的理論分析, 借鑒礦井熱環(huán)境調(diào)節(jié)理論 , 依據(jù)國(guó)外學(xué)者對(duì)不穩(wěn)定換熱系數(shù)的定義, 根據(jù)大斷面或接近大斷面無(wú)軌運(yùn)輸

12、隧道施工的特點(diǎn), 研究 60以上高地溫的大斷面或接近大斷面的無(wú)軌運(yùn)輸施工隧道風(fēng)流的熱交換和風(fēng)溫計(jì)算公式, 確定圍巖散熱所需的通風(fēng)量。通過減少風(fēng)阻、防止漏風(fēng)、更換或增加風(fēng)機(jī), 將通風(fēng)軟管出風(fēng)口置于距掌子面10m之的位置 , 加強(qiáng)通風(fēng)管理等措施加大進(jìn)風(fēng)量。通風(fēng)降溫采用公路隧道施工技術(shù)規(guī)有關(guān)規(guī)定, 隧道氣溫不宜高于30。在通風(fēng)量計(jì)算時(shí) , 應(yīng)盡量加大洞風(fēng)速, 最低應(yīng)按1級(jí)軟風(fēng)標(biāo)準(zhǔn) 0.3 1.5m/s , 確保洞風(fēng)速不小于0.3m/s,使人感覺相對(duì)舒適。噴霧灑水降溫采用噴射混凝土的噴頭做噴霧器, 將進(jìn)水管路改為 25mm接,高壓風(fēng)、水管路, 進(jìn)行噴霧灑水作業(yè)。在出渣前, 對(duì)爆破作業(yè)后新暴露的巖面、巖

13、塊、碎渣噴水灑水降溫 , 減少熱源；施工時(shí) , 采用 2 4 臺(tái)噴霧器配合通風(fēng)降溫。隔絕高溫圍巖噴混凝土?xí)r , 添加 0.03%高效引氣劑 , 使混凝土部形成分布均勻的不連續(xù)的封閉球形氣泡 , 氣泡孔徑圍為 0.02 0.2 mm, 可起到一定的隔熱作用。熱水防治熱水對(duì)風(fēng)流的加熱作用相當(dāng)顯著。在裂隙水溫較高的地段, 挖積水坑 ,采用抽水機(jī)將熱水排出出, 降低工作面的熱源。采取有效的個(gè)體防護(hù)據(jù)有關(guān)資料介紹 , 個(gè)體防護(hù)的方法是讓施工人員穿戴冷卻背心或冷卻帽。我們經(jīng)過研究 , 認(rèn)為研制冷卻帽、冷卻背心周期長(zhǎng)、成本高, 不太現(xiàn)實(shí)。根據(jù)插袋式冷卻背心是在冷卻背心中插入蒸發(fā)冷卻袋或羽冰冷卻袋或相變冷卻袋

14、的原理 , 決定利用普通冰柜制作冰塊, 用于施工人員個(gè)體防護(hù)?？墒褂帽鋵Ｓ玫闹票萜骰虻V泉水瓶、塑料袋灌水制作冰塊。先期進(jìn)洞拉風(fēng) 管至工作面及實(shí)施噴霧灑水的工作的人員采用礦泉水瓶、塑料袋灌水制作 冰塊, 用于施工人員個(gè)體防護(hù)。 先期進(jìn)洞拉風(fēng)管至工作面及實(shí)施噴霧灑水的工作的人員在高溫環(huán)境下工作, 應(yīng)在安全帽放置冰塊 , 使用挎包攜帶10 20 塊冰塊, 置于胸前、背后靈活使用, 冰塊融化升溫后隨時(shí)更換, 通過冰塊降溫完全消除工作時(shí)的悶熱感, 起到了很好的防護(hù)作用, 施工中沒有人出現(xiàn)中暑癥狀。工作面人工制冷降溫當(dāng)采用隔絕熱源、加強(qiáng)通風(fēng)、噴霧灑水等非制冷措施不足以消除熱害時(shí), 根據(jù)有關(guān)資料 , 可

15、用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行降溫。考慮到隧道施工斷面大、輸送距離長(zhǎng) , 采用空調(diào)系統(tǒng)造價(jià)高的原因, 否決了安裝空調(diào)系統(tǒng)的方案, 根據(jù)隧道施工人員多集中在掌子面圍的特點(diǎn), 決定采用訂制、 運(yùn)輸冰塊到掌子面作為施工降溫預(yù)案。強(qiáng)化人員健康管：高地溫隧道施工時(shí) , 為了施工人員的身體健康, 同時(shí)也是為了提高勞動(dòng)效率, 改 8 小時(shí)作業(yè)為 3 小時(shí)作業(yè) , 對(duì)施工人員全面體檢 , 禁止有高血壓、 心臟病的患者及循環(huán)器官有異常的人員參加勞動(dòng), 同時(shí)配備醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行熱痙攣癥、熱虛脫癥和熱射癥等中暑癥的防治工作。無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備防高溫措施裝載機(jī)、汽車作業(yè)時(shí), 隨時(shí)注意水溫表的指示讀數(shù), 要求不能超過80。裝載機(jī)出渣作業(yè)時(shí) ,

16、使用經(jīng)改進(jìn)的噴射混凝土噴頭, 不間斷的對(duì)裝載機(jī)噴霧灑水降溫 , 每隔半小時(shí)在裝載機(jī)水箱加注冷水并投放適量冰塊, 防止裝載機(jī)因?yàn)楦邷卦斐傻陌l(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、制動(dòng)性能減弱等故障 , 在駕駛室擱置自制冰塊, 配合設(shè)備的空調(diào)系統(tǒng)為操作人員創(chuàng)造舒適的工作條件；增加自卸汽車的配置數(shù)量 , 減少汽車在洞的作業(yè)時(shí)間, 汽車進(jìn)洞前在水箱加注冷水, 投放適量冰塊 , 駕駛員攜帶冰塊配合空調(diào)降溫；加強(qiáng)行車路面的灑水降溫工作, 防止暴胎；利用鉆孔時(shí)間, 對(duì)裝載機(jī)、自卸汽車進(jìn)行保養(yǎng), 確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作用數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工對(duì)洞外溫度進(jìn)行全天候檢測(cè), 在夏季晴天時(shí) , 因進(jìn)風(fēng)溫度較高 , 白天宜停止洞爆破作業(yè) , 利

17、用當(dāng)?shù)匕滋鞜嵬黹g涼, 利于通風(fēng)降溫的特點(diǎn)施工；雨天時(shí), 全天作業(yè)；陰天時(shí) , 根據(jù)氣溫確定；當(dāng)夏季夜間作業(yè)不能滿足進(jìn)度要求時(shí), 考慮建一間進(jìn)風(fēng)房 , 安裝制冷設(shè)備 , 將通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口空氣制冷作為預(yù)案。夏季夜間施工 , 采用噴霧灑水配合通風(fēng)降溫仍然不能把工作面區(qū)域溫度降到 30以下時(shí) , 應(yīng)啟動(dòng)運(yùn)輸冰塊降溫預(yù)案；在預(yù)定通風(fēng)時(shí)間, 風(fēng)流溫度達(dá)不到預(yù)期目的時(shí) , 應(yīng)延長(zhǎng)時(shí)間。施工時(shí), 必須按有關(guān)規(guī)定對(duì)洞有害氣體進(jìn)行檢測(cè)。巖溫量測(cè)應(yīng)盡量利用掌子面殘孔 , 沒有殘孔時(shí)利用新鉆炮孔, 使用 32cm長(zhǎng)的溫度計(jì) , 應(yīng)全部插入 , 要盡量早測(cè)、 深測(cè), 測(cè)量要靠近受風(fēng)流影響小的邊、角、底部, 每次不少于 3

18、 個(gè)孔。采用 GPR地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào), 探測(cè)掌子面前方23 米圍的地質(zhì)情況。 探測(cè)的目的主要是預(yù)防大量溫泉水的涌入, 探測(cè)結(jié)果是圍巖整體性較好 , 僅有少量裂隙水 , 不需要采取措施。其他措施針對(duì)選用專用爆破器材的意見行了咨詢, 有關(guān)爆破專家認(rèn)為100以下巖溫對(duì)普通雷管、炸藥沒有多大影響, 可不采取措施 , 但應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程施工。針對(duì)對(duì)混凝土施工采用措施的建議及要求, 根據(jù)圍巖開挖后 , 隨暴露時(shí)間的增加 , 巖溫不斷下降這一實(shí)際情況, 確認(rèn)巖溫對(duì)混凝土的影響不大, 但為了慎重起見 , 還是采取了選定合適的水灰比, 采用高爐礦渣水泥分離粉碎型水泥等措施。隧道通風(fēng)降溫計(jì)算數(shù)學(xué)模型

19、及公式圍巖與風(fēng)流間傳熱量及通風(fēng)流量的一般計(jì)算公式隧道圍巖與風(fēng)流間的傳熱是一個(gè)復(fù)雜的不穩(wěn)定傳熱過程。隧道開掘后, 隨著時(shí)間的推移 , 圍巖被冷卻的圍逐漸擴(kuò)大, 其所向風(fēng)流傳遞的熱量逐漸減少；為簡(jiǎn)化研究 , 目前常將這些復(fù)雜的影響因素都?xì)w結(jié)到傳熱系數(shù)中去討論。因此, 隧道圍巖與風(fēng)流間的傳熱量可依據(jù)由牛頓冷卻公式得來的壁面與流體間的對(duì)流換熱量公式進(jìn)行研究, 該公式為：QF t1、2式中： Q對(duì)流換熱量 , 等于風(fēng)流升溫?zé)崃浚?Vc pm t 2-t1； 對(duì)流換熱系數(shù) ,W/； F流體接觸的壁面面積；t 壁面溫度與邊界層外流體溫度的差值。用圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù)K 替換公式 1中的 , 用UL替

20、換 F, 用 替換 t,可得出隧道圍巖與風(fēng)流間的傳熱量為：QK UL trt,KW22式中： Q井巷圍巖傳熱量 KW, 與對(duì)流換熱量意義相同； K 圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定換熱系數(shù) ,KW/； U 斷面周長(zhǎng)隧道 ,m；L 隧道距開挖面長(zhǎng)度 ,m； tr 圍巖溫度 , ；t距工作面 L處的平均風(fēng)溫 , 。設(shè)在長(zhǎng)度 L圍t 為變量, 長(zhǎng)度 dl 隧道壁散熱量使風(fēng)流溫度升dt 。當(dāng)長(zhǎng)度 L=0時(shí),t=t0, 則QK U (trt)dl、 dt 3Vcpm分離變量K Udt、dlVctpmrt兩邊積分、整理 , 得通風(fēng)量計(jì)算公式：K ULV、4c pmln(t rt 0 )ln(t rt)3式中:V 通風(fēng)

21、流量 ,m /s ；、3t0初始風(fēng)溫 , 大于風(fēng)管出口風(fēng)溫 13, ；、cpm空氣的平均定壓比熱 ,cpm=1.30KJ m. ；考慮圍巖溫度變化的計(jì)算公式公式 4沒有考慮巖溫隨開挖長(zhǎng)度的變化因素, 實(shí)際上開挖后圍巖的溫度隨暴露時(shí)間的增加不斷被風(fēng)流冷卻, 也就是隨開挖長(zhǎng)度的增加逐漸降低, 圍巖與風(fēng)流間傳熱如圖4 所示。假定在開挖后的一段時(shí)間, 巖溫在短距離變化為:trt r 0kL5式中： tr0 開挖面圍巖原始溫度, ； k圍巖溫度變化系數(shù)。Vcdt將5代入 3, 即得：K U tr 0klt dl、6pm整理得：dtK U、tK U、tr 0K U、kL7dlVc pmVc pmVc pm

22、微分方程 7的通解為：K UK Upmt、dldlVc 、VcK U、kVcLVcter 0 K UkK U、pm、Ledlct r 0kL、pmpmce8Vc pmVc pmK UVc根據(jù)邊界條件： t=t 0 時(shí),L=0, 即得 L 處平均風(fēng)溫計(jì)算公式：kVc、kVc、K U L、pmtt r 0kLK Utr 0t 0pmepmK U9當(dāng)巖溫變化系數(shù)為零時(shí), 公式 9就可變換為公式4, 可以認(rèn)為公式4是公式 9的簡(jiǎn)化式。公式 4使用簡(jiǎn)捷、方便 , 實(shí)際使用時(shí) , 可以按公式 4計(jì)算通風(fēng)流量 , 再按公式 9驗(yàn)證或修正。根據(jù)熱力學(xué)第二定律, 物體的熱量通過熱傳導(dǎo)作用不斷地從高溫點(diǎn)向低溫點(diǎn)流

23、動(dòng), 使物體溫度逐步均一化。所以 , 公式 9中的巖溫變化系數(shù)k 隨著時(shí)間的增加、圍巖溫度逐步均一化而衰減并趨于零, 公式 9的計(jì)算結(jié)果適用于圍巖開挖暴露后至圍巖明顯冷卻這一時(shí)段。掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)圍巖與風(fēng)流間的不穩(wěn)定傳熱系數(shù)K是指隧道圍巖深部未被冷卻的巖體2與空氣間溫差為 1時(shí), 單位時(shí)間從每 m?隧道壁面上向空氣放出的熱量。它是圍巖的熱物理性質(zhì)、隧道形狀尺寸、通風(fēng)強(qiáng)度及通風(fēng)時(shí)間等的函數(shù)。由于不穩(wěn)定傳熱系數(shù)的解析解相當(dāng)復(fù)雜, 沒有統(tǒng)一的計(jì)算方法, 一般K1.77R3F03,KW/m210其中：11.77F03； R3R l0 3R20； R00.564S ； Fa303R02。式中

24、: 巖石的導(dǎo)熱系數(shù), 實(shí)測(cè)或按表 2選取,KW/m；a 巖石的導(dǎo)溫系數(shù) , 實(shí)測(cè)或按表 2選取,m /h ；2 3掘進(jìn)頭通風(fēng)時(shí)間 ,h ；l 3 掘進(jìn)頭近區(qū)長(zhǎng)度 ,m。表 1常見巖石的熱學(xué)性質(zhì)指標(biāo)巖石密度比熱度3玄武巖2.892.89溫度50J/導(dǎo)熱系數(shù) 溫度導(dǎo)溫系數(shù)aW/883.4 887.650溫度5010cm2/s-31.61 1.736.38 6.83參照礦井空調(diào)設(shè)計(jì)中的簡(jiǎn)化公式或統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算。掘進(jìn)頭近區(qū)圍巖不穩(wěn)地?fù)Q熱系數(shù)可按吳超主編的礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)書中給定的公式確定：輝綠巖3.0150787.1252.32209.46閃長(zhǎng)巖2.92252.04209.47花崗巖2.502.725

25、0787.1 975.5502.17 3.085010.29 14.31花崗閃長(zhǎng)巖2.622.7620837. 1256.0201.64 2.33205.03 9.06片麻巖2.702.7350766.2 870.8502.58 2.945011.34 14.07巖2.69252.89石英巖2.6850787.1506.185029.52硬石膏2.652.91504.10 6.075017.00 25.7粘土泥灰?guī)r2.432.6450778.7 979.7501.73 2.57508.01 11.66白云巖2.532.7250921. 1000.6502.52 3.795010.75 14.9

26、7灰?guī)r2.412.6750824.8 950.4501.7 2.68508.24 12.15鈣質(zhì)泥灰?guī)r2.432.6250837.4 950.4501.84 2.40509.04 9.64粘土板巖2.622.8350858.3501.44 3.68506.42 15.15鹽巖2.082.28504.48 5.745025.20 33.80砂巖2.352.9750502.18 5.15010.9 423.62板巖2.707621071.8502.60致密灰?guī)r泥灰?guī)r2.582.662.592.675050824.8 921.1908.5 925.350502.34 3.512.32 3.23505

27、010.78 15.219.89 13.82表1來自佑榮、唐輝明編著的巖體力學(xué)第三章巖石的物理、水理與熱學(xué)性質(zhì)。4.4風(fēng)管出口風(fēng)溫計(jì)算 通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫確定風(fēng)流通過通風(fēng)機(jī)后 , 其出口風(fēng)溫一般可按下式確定：t1t 01NeK b, M b1式中 K b通風(fēng)機(jī)放熱系數(shù) , 可取0.55 0.7 ； t 01通風(fēng)機(jī)入口處的風(fēng)溫；N e通風(fēng)機(jī)額定功率 ,KW； Mb1通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量 ,Kg/s 。風(fēng)管出口風(fēng)溫依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù), 在沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行通風(fēng)降溫計(jì)算時(shí) , 可按公式 11計(jì)算的通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫增加24考慮 , 或參照有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。祿勸鉛廠引水隧洞降溫通風(fēng)量計(jì)算因?yàn)殚_挖掘進(jìn)的工作面隨著循環(huán)

28、作業(yè)有規(guī)律的不斷的向前推進(jìn), 每一個(gè)開挖循環(huán)都有新的圍巖暴露, 新暴露的圍巖熱交換強(qiáng)烈。 受風(fēng)流熱交換影響, 隨著時(shí)間的推移 , 圍巖被冷卻的圍逐漸擴(kuò)大, 其所向風(fēng)流傳遞的熱量逐漸減少, 圍巖溫度隨著暴露時(shí)間的增加不斷下降。 對(duì)于 60以上高地溫隧道來說, 高溫隨開挖出現(xiàn) , 隨風(fēng)流降低。爆破后, 受風(fēng)流影響時(shí)間短的開挖面附近壁溫高 , 距開挖面遠(yuǎn)、受風(fēng)流影響時(shí)間長(zhǎng)的壁溫低。隧道在掘進(jìn)期間 , 人員并不是沿全隧工作, 一般只在掘進(jìn)面或襯砌段工作。本隧洞高地溫施工期間還沒有開始襯砌作業(yè), 我們只需關(guān)心工作面一定長(zhǎng)度圍的的溫度即可 , 一般選擇掘進(jìn)頭工作長(zhǎng)度100 120m進(jìn)行通風(fēng)計(jì)算比較合理。因

29、為熱量主要來源于巖溫, 為簡(jiǎn)化計(jì)算 , 不考慮圍巖溫度以外的機(jī)械設(shè)備放熱、棄渣放熱等其它熱源影響。計(jì)算參數(shù)選擇通風(fēng)斷面半徑： R=3.85m,周長(zhǎng) U=24.19m。導(dǎo)熱、導(dǎo)溫系數(shù)：因事發(fā)突然, 計(jì)算參數(shù)只能查閱參照有關(guān)資料, 根據(jù)表 1：白云巖的導(dǎo)熱系數(shù)=2.52 3.79 10 KW/m.-3, 取平均值 =3.15510 KW/m.-3；導(dǎo)溫系數(shù)a=1.075 1.479 10m/s,取平均值 a=1.277 -6210 m/s=4.5972 10m/h 。選取的結(jié)果與用實(shí)驗(yàn)方法確定的糯扎渡電站洞室-62-32相關(guān)數(shù)值接近。糯扎渡電站洞室?guī)r石導(dǎo)熱系數(shù)=3.283w/m, 導(dǎo)溫系數(shù)a=1.

30、43 10 m/s 。-62 計(jì)算長(zhǎng)度：根據(jù)鉆孔、出渣、初期支護(hù)的工作的需求, 選取掘進(jìn)頭長(zhǎng)度l 3 =110m。通風(fēng)時(shí)間：時(shí)間長(zhǎng)影響進(jìn)度, 時(shí)間短增加投資 , 本次計(jì)算按爆破通風(fēng)3h 后, 人員進(jìn)洞工作考慮 , 掘進(jìn)頭通風(fēng)時(shí)間 3=3h。 圍巖溫度 : 隧洞掘進(jìn)到SD1 600 時(shí), 出現(xiàn) 60高地溫 , 需要進(jìn)行通風(fēng)降為計(jì)算 , 因?yàn)楦叩販氐某霈F(xiàn)為不可預(yù)料事件, 當(dāng)時(shí)只能按預(yù)計(jì)最高巖溫70計(jì)算 , 取平均值 t r =65 。實(shí)際掘進(jìn)面測(cè)點(diǎn)極端最高巖溫76, 上報(bào)資料為平均 75 , 實(shí)測(cè)距掘進(jìn)面110m處巖溫開挖后冷卻為5055左右 , 實(shí)際最高巖溫段110m 距離平均巖溫小于65, 實(shí)

31、測(cè)平均巖溫與預(yù)計(jì)相差不大。沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí) , 掌子面巖溫依據(jù)地質(zhì)資料, 距掌子面 100 120m處巖溫按掌子面巖溫的6080%計(jì)t r0 乘以 0.6 0.8的系數(shù) , 開挖后根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正。洞初始風(fēng)溫：實(shí)測(cè)風(fēng)管出口風(fēng)溫18 20 , 風(fēng)管出口距掌子面6m時(shí),風(fēng)管出口附近風(fēng)溫 19 22。對(duì)于小斷面的巷道來說 , 風(fēng)管出口風(fēng)溫即初始風(fēng)溫, 但對(duì)于大斷面或接近大斷面的隧道來說 , 情況就復(fù)雜了 , 可按洞初始風(fēng)溫大于風(fēng)管出口風(fēng)溫 1 3考慮, 本次計(jì)算取初始風(fēng)溫 t 0 =20 。最高溫施工期為 20XX5 6月, 根據(jù)氣象資料 , 當(dāng)?shù)?5月平均氣溫 21.1 ,3極端最低 11.3 ,

32、夜間平均氣溫一般為14左右 , 實(shí)測(cè)環(huán)境溫度 14時(shí) , 取通風(fēng)機(jī)入口處的風(fēng)溫 t 01=14；通風(fēng)機(jī)放熱系數(shù) Kb =0.6 ；通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量取 27.47m /s 即Mb1=33.0Kg/s ；風(fēng)機(jī)功率取 150KW。代入?yún)?shù) , 按公式 10計(jì)算得通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫：KNet1t01b0.61415016.7M b133.0若按計(jì)算值增加2 4估算風(fēng)管出口風(fēng)溫 , 與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相差不大 , 其誤差原因與計(jì)算參數(shù)選取有關(guān)。 根據(jù)工作需求 , 長(zhǎng)度 L=110m處平均風(fēng)溫 t=30 。5.2通風(fēng)量計(jì)算根據(jù)選擇的參數(shù)采用公式11、公式 4, 計(jì)算通風(fēng)量得：3V23 .35m / s洞風(fēng)速： v23.

33、353.8520.50m / s 0.3m/s,滿足要求 , 計(jì)算風(fēng)流斷面不計(jì)超挖等擴(kuò)大、風(fēng)管等縮小因素。按公式 9驗(yàn)證, 取k70600.091 ,tr0 =70 , 計(jì)算得：t29.96110結(jié)果與按公式 4計(jì)算時(shí)選取的30相差不多 , 不需要修正。計(jì)算不同時(shí)段的通風(fēng)流量假定開挖后停止掘進(jìn) , 環(huán)境溫度為恒溫 , 通風(fēng)為不間斷連續(xù)的 , 計(jì)算不同時(shí)段降溫所需的通風(fēng)流量并繪制降溫通風(fēng)時(shí)間與流量關(guān)系曲線 , 用于分析比較。33根據(jù)圖 3, 平均巖溫 65時(shí), 連續(xù)降溫通風(fēng) 3h, 需要 23.35m /s 的通風(fēng)量可達(dá)到平均風(fēng)溫30的目的 , 但 30 天后, 通風(fēng)流量趨于平穩(wěn) , 僅需要 2

34、.02 m/s就可達(dá)到同樣的目的。 這種變化也揭示了圍巖的冷卻過程, 用來解釋為什么隧洞貫通后僅依靠自然通風(fēng)就可以使圍巖表面溫度維持在32左右。實(shí)際圍巖的冷卻過程并沒有曲線表示的那么快, 因?yàn)橛性S多復(fù)雜因素的影響, 例如： 開挖爆破需要間斷通風(fēng) , 通風(fēng)是不連續(xù)的 , 進(jìn)風(fēng)溫度隨天氣、時(shí)段不斷變化 , 掘進(jìn)也不會(huì)停止 , 爆破會(huì)給圍巖帶來新的熱量, 時(shí)間對(duì)不穩(wěn)定換熱系數(shù)的影響 , 熱源來源及距離等原因；所以圖3 只能反映變化規(guī)律 , 并不完全符合實(shí)際情況。計(jì)算結(jié)果分析關(guān)于降溫通風(fēng)計(jì)算, 我們參照了各種文獻(xiàn)資料中給定的換熱系數(shù)計(jì)算公式。進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比 , 其結(jié)果有接近的 , 也有相差很大的。我們

35、認(rèn)為, 其差異在于時(shí)間、在于需求, 對(duì)于忽略了時(shí)間的簡(jiǎn)化公式, 需要短時(shí)間達(dá)到目的數(shù)值就大 , 需要較長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到目的數(shù)值就小, 其規(guī)律如圖 3 所示。20XX12月份 1 號(hào)支洞與 2 號(hào)支洞貫通 , 之前,1號(hào)支洞與上游洞口早已貫通, 貫通后拆除了通風(fēng)設(shè)備, 僅依靠自然通風(fēng) ,20XX1月實(shí)測(cè), 曾經(jīng)是最高圍溫度段的巖溫3233。我們采用的計(jì)算公式充分體現(xiàn)了隨著通風(fēng)時(shí)間 的延長(zhǎng) , 原巖給予隧道的熱量逐漸減少, 隧道風(fēng)溫隨時(shí)間及距離變化, 為一不穩(wěn)定換熱過程。根據(jù)圖2 所示曲線 , 隨著通風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng) , 所需的降溫通風(fēng)量不斷下降 , 完全符合隧道掘進(jìn)時(shí)間越長(zhǎng), 圍巖的暴露時(shí)間就越長(zhǎng), 圍巖

36、的調(diào)熱圈就越大 , 圍巖表面不斷冷卻 , 溫度相應(yīng)降低這一規(guī)律。根據(jù)通風(fēng)量隨時(shí)間的變化規(guī)律, 高溫圍巖隨時(shí)間的推移不斷冷卻, 通風(fēng)量隨時(shí)間的推移不斷減少, 但隨著隧道不斷的掘進(jìn), 新開挖的高溫不斷出現(xiàn), 所以選擇掘進(jìn)頭進(jìn)行通風(fēng)降溫計(jì)算是合理可行的。為什么很多已建成的隧道原預(yù)測(cè)溫度很高 , 但實(shí)際施工時(shí)發(fā)現(xiàn)并不高呢？對(duì)于大斷面隧道而言, 施工本身就需要很大的通風(fēng)量, 不算很高的巖溫在不知不覺中被通風(fēng)冷卻了,也就被忽視了。通風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算及設(shè)備選擇1號(hào)支洞長(zhǎng)293m,交叉點(diǎn)里程SD0 664,1# 支洞高地溫起點(diǎn)SD1 300,2# 支洞高地溫起點(diǎn) SD2 500, 施工時(shí), 預(yù)計(jì)最高溫段在其中部

37、 , 即SD3 900 處, 從洞口到 SD1900 長(zhǎng) 1529m,計(jì)算時(shí)通風(fēng)管長(zhǎng)度按1500m計(jì), 選用直徑 1400mm風(fēng)管。據(jù)風(fēng)管廠商提供的技術(shù)指標(biāo), 采用 PVC增強(qiáng)塑纖布作風(fēng)管材料, 百米漏風(fēng)率正常時(shí)可控制在2%以。按有關(guān)公式計(jì)算得：需風(fēng)機(jī)供風(fēng)量應(yīng)不小于：Q1648m3 / min隧道總風(fēng)壓： h 總=3612pa根據(jù)計(jì)算的風(fēng)壓、 風(fēng)量, 在立足現(xiàn)有、國(guó)產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上 , 選用風(fēng)機(jī)廠產(chǎn)3SDDY 1N011A11 型風(fēng)機(jī) , 其功率為275KW風(fēng),量9600 7100 m /h,風(fēng)壓4000 5600Pa,完全可滿足要求。施工中根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工開始進(jìn)行通風(fēng)計(jì)算時(shí), 調(diào)查的是夜間溫度 , 按一天開挖一個(gè)循環(huán)施工考慮, 計(jì)算參數(shù)取夜間溫度14。實(shí)際施工時(shí) , 為了滿足進(jìn)度要求 , 有時(shí)需要一天開挖兩個(gè)循環(huán) , 計(jì)算參數(shù)選擇每日8 時(shí)與 20 時(shí)的溫度。根據(jù)實(shí)測(cè)環(huán)境溫度 19, 修改計(jì)算參數(shù) , 按公式計(jì)算 11計(jì)算得通風(fēng)機(jī)出口即風(fēng)管進(jìn)口風(fēng)溫, 結(jié)合實(shí)測(cè)選取初始風(fēng)溫t 0=25。表 2 計(jì)算與實(shí)測(cè)風(fēng)溫對(duì)照表環(huán)境溫度14191919191919備注最高巖溫75757565605040開挖面通風(fēng)時(shí)間h3364321連續(xù)時(shí)間計(jì)算風(fēng)溫29.933.831.53