下壩隧道豎井通風(fēng)技術(shù)研究

下壩隧道施工通風(fēng)方案匯報人李文綱中鐵一局集團(tuán)成貴鐵路項目經(jīng)理部二分部前言介紹PrefaceIntroduction隨著近幾年高鐵客專施工逐漸向偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展，各種地質(zhì)條件復(fù)雜、含瓦斯有害氣體、特長等特點的隧道頻頻出現(xiàn)，給施工單位帶來新的挑戰(zhàn)，如何保證這些隧道施工安全、質(zhì)量問題，是每個施工人需要面對解決的問題。隧道通風(fēng)作為隧道施工的關(guān)鍵技術(shù)值得每個施工單位深入研究，一個成熟、好的通風(fēng)方案，不僅能解決隧道施工安全問題，更能節(jié)省大量施工成本，本次匯報，以成貴鐵路二分部下壩隧道為工程載體，詳細(xì)介紹長大、高瓦斯隧道通風(fēng)方案，希望對類似隧道施工有一定的推廣和應(yīng)用價值。工程概況01下壩隧道出口通風(fēng)方案02優(yōu)化通風(fēng)方案后效益分析03應(yīng)用推廣價值04目錄頁PAGEDIRECTORY01工程概況工程簡介工程特點原設(shè)計施工情況斜井工區(qū)施工難度調(diào)整后施工情況*工程概況下壩隧道全長3784米，起止里程D3K296+480～D3K300+264，其中高瓦斯段落起止里程D3K298+081～D3K298+686，長度605米。本隧道位于云南省威信縣，進(jìn)口位于威信縣潘家溝附近，出口位于威信縣院子鄉(xiāng)附近，隧區(qū)屬剝蝕低中山地貌，地形連綿起伏，溝壑縱橫，相對高差100～300米，地層巖性以泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r為主，偶夾油頁巖。地下水以孔隙水、裂隙水、巖溶水為主，最大涌水量24779m3/d。不良地質(zhì)為順層、煤與瓦斯、有害氣體、巖溶等。其中D3K298+081～D3K298+686地層局部含不穩(wěn)定煤層，單層厚0.1～1m不等，呈雞窩狀，為高瓦斯工區(qū)。隧道土建工期為37.35個月。工程簡介*123

灰?guī)r地段隱伏巖溶發(fā)育區(qū)，溶洞多，施工難度大。工程特點工程概況4地層含煤層瓦斯、有害氣體，施工安全風(fēng)險大。泥巖、砂巖為弱質(zhì)巖體，遇水易軟化，施工安全風(fēng)險高。地下水發(fā)育，最大涌水量達(dá)24779m3/d。施工難度大。6*工程概況原設(shè)計施工情況出口工區(qū)(1578m)斜井工區(qū)(605m)進(jìn)口工區(qū)(600m)出口工區(qū)(1001m)斜井低瓦斯工區(qū)高瓦斯工區(qū)低瓦斯工區(qū)低瓦斯工區(qū)7*工程概況1、斜井工區(qū)處于村莊中間，斜井上方有大量居民，最小埋深不足10米，施工安全隱患大。4、斜井工區(qū)棄渣量約11萬方，當(dāng)?shù)責(zé)o合適棄渣位置。5、斜井為反坡施工，最大縱坡20%，而該段富水，施工難度大，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染大?；谝陨显?，優(yōu)化施工組織6、3、進(jìn)村便道為機(jī)耕道，長約5公里，寬約3米，多處存在石橋，房屋夾道而修，便道修筑難。斜井工區(qū)施工難度2、斜井工區(qū)為當(dāng)?shù)卣?guī)劃的農(nóng)田保護(hù)區(qū)，人多地少，拆遷、安置難度大。8*工程概況調(diào)整后施工情況出口工區(qū)(2773m)進(jìn)口工區(qū)(1011m)斜井高瓦斯工區(qū)低瓦斯工區(qū)9*工程概況高瓦斯施工安全問題獨頭掘進(jìn)2773m長距離通風(fēng)問題調(diào)整施工組織后面臨問題優(yōu)化通風(fēng)方案？？運營期間瓦斯排放問題？10*工程概況出口工區(qū)(2773m)進(jìn)口工區(qū)(1011m)斜井通風(fēng)豎井高瓦斯工區(qū)低瓦斯工區(qū)1102豎井通風(fēng)方案豎井選址豎井參數(shù)、平面設(shè)置整體通風(fēng)思路相關(guān)通風(fēng)計算調(diào)整后施工情況12*1豎井選址原則下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案地形地貌較平坦地段，便于施工、施工期間期管理及封閉。埋深不宜過大，人工挖孔一般不宜超過60米。地層條件較好地段，巖體較完整。2345地下水不豐富地，保證施工安全。盡可能靠近掘進(jìn)面，較短送風(fēng)距離。*豎井位置確定下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案隧道正洞豎井D3K298+7655m距高瓦斯起點79m距貫通點1284m埋深淺，僅為50米地勢平坦，便于施工地層條件好，挖孔安全有保證該地層處為水稻田，保水性好，地下水不豐富。實現(xiàn)高瓦斯短距離通風(fēng)及解決獨頭掘進(jìn)長距離送風(fēng)問題。14*豎井參數(shù)、平面設(shè)置下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案3m2.4mC30模筑混凝土15*豎井參數(shù)、平面設(shè)置下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案16*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案最終作為運營期間瓦斯排放通道第一階段：出口工區(qū)獨頭掘進(jìn)1578米通風(fēng)階段，采用洞口風(fēng)機(jī)通風(fēng)第二階段：出口掘進(jìn)至高瓦斯段后采用豎井風(fēng)機(jī)通風(fēng)、洞口風(fēng)機(jī)為備用風(fēng)機(jī)豎井整體通風(fēng)思路17*出口工區(qū)（低瓦斯段）第一階段通風(fēng)示意圖下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案進(jìn)口工區(qū)(1011m)出口工區(qū)（高瓦斯段）18*出口工區(qū)（變?yōu)楦咄咚构^(qū)）第二階段通風(fēng)示意圖下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案進(jìn)口工區(qū)(1011m)出口工區(qū)（高瓦斯段）豎井備用風(fēng)機(jī)19*出口工區(qū)（變?yōu)楦咄咚构^(qū)）運營期間瓦斯排放示意圖下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案進(jìn)口工區(qū)(1011m)出口工區(qū)（高瓦斯段）豎井水氣分離室排氣管20*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案按洞內(nèi)最小允許風(fēng)速計算

Q1=60VS式中：V—保證洞內(nèi)穩(wěn)定風(fēng)流之最小風(fēng)速，取0.25m/s；S—斷面面積，正洞（初期支護(hù)以及仰拱填充完成后的凈空面積）S=100m2；Q1=60VS=60×100×0.25=1500m3/min。按洞內(nèi)同一時間最多人計算Q2=qkm式中：q—每人每分鐘供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，4m3/min；k—隧道通風(fēng)系數(shù)，包括隧道漏風(fēng)和分配不均勻等因素，取K=1.25；m—隧道內(nèi)同時工作的最多人數(shù)，取100人；Q2=qkm=4×1.25×100=500m3/min。風(fēng)量計算21*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案按瓦斯絕對涌出量計算

Q3=KQ絕/(Bg允-Bg送)式中：Q絕—設(shè)計圖紙瓦斯絕對涌出量為0.68m3/min，施工中據(jù)實調(diào)整；Bg允—工作面允許瓦斯?jié)舛?取0.5%；Bg送—送入風(fēng)中瓦斯?jié)舛?取0；K—瓦斯涌出不均勻系數(shù)，取K=1.6；Q3=KQ絕/(Bg允-Bg送)=1.6×0.68/(0.5%-0)=218m3/min。風(fēng)量計算22*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案按同時起爆炸藥量計算

Q4=5Ab/t式中：A—次爆破所用最大裝藥量，正洞Ⅲ級圍巖一次爆破裝藥量A=300Kg；b—每公斤炸藥爆炸生成的有害氣體量，取b=40m3/Kg；t—通風(fēng)時間，一般為20～30min，取30min；Q4=5Ab/t=5×300×40/30=2000m3/min；

風(fēng)量計算

Qmax=(Q1、Q2、Q3、Q4)=2000m3/min；百米漏風(fēng)率P100=1.0%；出口風(fēng)量：Q供=PQ計=1.277×2000=2554m3/min。豎井風(fēng)量：Q供=PQ計=1.127×2000=2254m3/min。Q供23*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案第一階段供風(fēng)第一階段供風(fēng)最大距離為1499m。1.通風(fēng)管路局部阻力計算：H動=（ρ/2）×V2=1.22/2×[(4×2554/60)/(π×1.82)]2=170Pa其中：ρ—空氣密度，取1.22kg/m3；；V—為管口末端風(fēng)速（V=4Q/πd2）；d—配用風(fēng)管直徑，Φ1.8m計算。2.摩擦阻力計算：

h=(λρLV2)/2d=（0.019×1.22×1499×V2）/(2×1.8)=3784Paλ—為管道摩阻系數(shù)；L—為通風(fēng)距離；d—為通風(fēng)直徑V—為管內(nèi)平均風(fēng)速（V=4√mQ/πd2）=19.8m/s3.返回污風(fēng)隧道摩擦阻力：按摩擦阻力10%計算為：378Pa4.隧道內(nèi)通風(fēng)阻力計算：170+3784+378=4332Pa。

風(fēng)壓計算24*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案第二階段供風(fēng):豎井主風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計算第二階段巷道式通風(fēng)，最大供風(fēng)距離為1274m。1.通風(fēng)管路局部阻力計算：H動=（ρ/2）×V2=1.22/2×[(4×2254/60)/(π×1.82)]2=132Pa其中：ρ—空氣密度，取1.22kg/m3;V—為管口末端風(fēng)速（V=4Q/πd2）;d—配用風(fēng)管直徑，Φ1.8m計算.2.摩擦阻力計算：h=(λρLV2)/2d=（0.019×1.22×1274×V2）/(2×1.8)=2837Paλ—為管道摩阻系數(shù);L—為通風(fēng)距離;d—為通風(fēng)直徑V—為管內(nèi)平均風(fēng)速（V=4√mQ/πd2）=18.6m/s3.返回污風(fēng)隧道摩擦阻力：按摩擦阻力10%計算為：284Pa4.隧道內(nèi)通風(fēng)阻力計算：132+2837+284=3252Pa。

風(fēng)壓計算25*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案第二階段供風(fēng):洞口備用風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計算洞口備用風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)距離2773m。1.通風(fēng)管路局部阻力計算：H動=（ρ/2）×V2=1.22/2×[(4×2544/60)/(π×1.82)]2=170Pa其中：ρ—空氣密度，取1.22kg/m3;V—為管口末端風(fēng)速（V=4Q/πd2）;d—配用風(fēng)管直徑，Φ1.8m計算2.摩擦阻力計算：h=(λρLV2)/2d=（0.019×1.22×2773×V2）/(2×1.8)=7000Paλ—為管道摩阻系數(shù);L—為通風(fēng)距離;d—為通風(fēng)直徑V—為管內(nèi)平均風(fēng)速（V=4√mQ/πd2）=19.8m/s3.返回污風(fēng)隧道摩擦阻力：按摩擦阻力10%計算為：700Pa4.隧道內(nèi)通風(fēng)阻力計算：170+7000+700=7870Pa。

風(fēng)壓計算26*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案風(fēng)速驗證按最大風(fēng)速驗證采用公式：Vmax=Q/S則：隧道內(nèi)：Vmax=2554/（100×60）=0.43m/sVmax=2254/（100×60）=0.38m/s0.25m/s＜Vmax＜6m/s滿足《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》一般規(guī)定18.1.6條款要求。

按最大風(fēng)速驗證27*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案應(yīng)提供的風(fēng)量2554m3/min應(yīng)提供風(fēng)壓分別為4332Pa、8770Pa洞口風(fēng)機(jī)選型選擇SDFNO13(2*132KW)通風(fēng)機(jī)

28*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案應(yīng)提供的風(fēng)量2254m3/min應(yīng)提供風(fēng)壓為3252Pa豎井風(fēng)機(jī)選型選擇SSDFNO12.5(2*110KW)通風(fēng)機(jī)29*下壩隧道出口豎井通風(fēng)方案按最大風(fēng)速驗證通風(fēng)設(shè)備選擇參數(shù)匯總表3003優(yōu)化通風(fēng)方案后效益分析工期分析安全分析經(jīng)濟(jì)效益分析社會效益分析31*優(yōu)化通風(fēng)方案后效益分析優(yōu)化后工期根據(jù)實際進(jìn)度指標(biāo)(Ⅲ級160m/月、Ⅳ級90m/月、Ⅴ級45m/月)進(jìn)行分析，剩余施工任務(wù)1246m(Ⅲ級865m、Ⅳ級270m、Ⅴ級111m)，預(yù)計2016年12月1日貫通。原施組工期原設(shè)計工期37.35個月，貫通日期為2017年6月15日提前196天工期分析工期*優(yōu)化通風(fēng)方案后效益分析安全1.實現(xiàn)高瓦斯段短距離通風(fēng)，大大降低高瓦斯段施工安全風(fēng)險。2.解決獨頭掘進(jìn)2773米長距離通風(fēng)問題，最大送風(fēng)僅為1274米，降低了施工安全風(fēng)險。3.豎井可作為運營期間瓦斯排放通道，解決了水氣分離的問題。

按最大風(fēng)速驗證33*優(yōu)化通風(fēng)方案后效益分析優(yōu)化后通風(fēng)費用1、風(fēng)筒需4047m，費用52萬元；2、1臺110×2KW風(fēng)機(jī)+1臺132×2KW風(fēng)機(jī)電費需154萬元。3、通風(fēng)費用合計206萬元；原施組方案根據(jù)原施組工期計算：1、風(fēng)筒需5544m,費用71萬元；2、2臺132×2KW風(fēng)機(jī)電費需284萬元。3、通風(fēng)費用合計355萬元。節(jié)約149萬元經(jīng)濟(jì)效益分析通風(fēng)費用34*優(yōu)化通風(fēng)方案后效益分析優(yōu)化后通風(fēng)費用僅組織挖孔樁形式工作面即可。預(yù)計節(jié)省成本350萬元。原施組方案原設(shè)計需組織斜井工區(qū)工作面節(jié)約成本約350萬元經(jīng)濟(jì)效益分析生產(chǎn)組織35*1社會效益分析優(yōu)化通風(fēng)方案后效益分析提前工期196天，得到建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理單位的一致認(rèn)可。提高通風(fēng)效率，大大改善隧道作業(yè)環(huán)境。234減少斜井工作面，避免對當(dāng)?shù)鼐用竦挠绊懀欣谏鐣€(wěn)定。避免斜井工區(qū)施工引起的大量征地、拆遷以及環(huán)境破壞。3604推廣應(yīng)用價值隧道通風(fēng)方案的思考37*隧道通風(fēng)方案的思考通過對下壩隧道出口