红石岩隧道施工通风技术研究

陈 前

1 概述

新建合肥至武汉铁路站前工程第三标段位于安徽金寨县及湖北麻城境内，其中红石岩隧道位于古碑镇汪棚村与果子园乡栗湾村之间，是合武铁路控制性工程之一，起讫里程为DK181+373～DK189+230，全长7857 m，红石岩隧道属于大别山中段北坡，为江淮分水岭主脉，群山连绵，沟谷深切，自南向北地势由高趋低，为低山区，相对高差最高达500m。

红石岩隧道位于大别山中部地带，不同时期岩浆活动频繁，历经多次构造运动影响，变形变质作用强烈，构造发育。隧道设计文件均未提及隧道内含有瓦斯气体，红石岩隧道出口开始进洞施工，施工距离洞口长度11.4 m发现爆破后的碴堆上有燃烧现象，在随后的施工中又发生多次燃烧现象，为保证施工安全，施工通风工作变得异常重要。

2 施工通风方式选择

由于红石岩隧道长独头掘进在地，开挖断面积大，内燃设备进洞作业，无轨运输，除爆破产生的污染之外，出碴时柴油车尾气污染整个隧道，所需风量大，隧道施工中出现可燃气体燃烧现象，所以应采用大功率风机配大直径软风管通风。

红石岩隧道按进、出口两个工区，出口工区按瓦斯工区、进口工区按非瓦斯工区考虑。

根据瓦斯燃烧后的施工安排，出口工区施工长度约2700m、进口工区施工长度约5100m。依据《铁路瓦斯隧道技术规范》和设计院“合武铁路片麻岩隧道可燃气评价及处理措施”的要求，施工通风方式采取压入式通风。进出口贯通前各自采用独立的通风系统，进出口贯通后采用巷道式通风方式，利用射流风机进行通风。

3 风量、风压计算和通风设备的选择

3.1 风量计算

1)按洞内作业人数计算需风量:

其中，Q为同时作业人员所需风量，m3/min;N为同时作业人数，50人;q为每人供应新风量，4 m3/min。

经计算需风量为200m3/min。

2)按开挖面爆破排烟计算需风量:

其中，Q为爆破排烟所需风量，m3/min;t为通风时间，15min;A为一次爆破炸药消耗量，250 kg;F为开挖断面积，120m2;L为通风换气长度，100m。经计算需风量为1580m3/min。3)按内燃机械作业计算需风量:

其中，Q为内燃机械作业所需风量，m3/min;H为内燃机械总功率，1000 kW;q为单位内燃机械作业供风量，m3/(min·kW);α为内燃机械的工作效率，0.85。

经计算需风量为2550m3/min。

4)出口工区按瓦斯涌出量计算需风量:

其中，Q为稀释瓦斯所需风量，m3/min;V为爆破后瓦斯抛出体积，12000m3;n为所测最大瓦斯浓度，1.3%;k为瓦斯涌出不均衡系数，1.8;n0为瓦斯允许浓度，0.5%;t为稀释时间，20min。

经计算需风量为2800m3/min。

5)允许风速检验通风量:

其中，Q为风速检验需风量，m3/min;V为最小允许风速，进口取 0.25m/s，出口取 1 m/s;S 为隧道断面积，120m2。

经计算需风量为1800m3/min。

3.2 风压计算

通风阻力计算取决于通风管的管径和送风距离的长短，选择直径1700mm的通风管，进口工区通风距离5100m，出口工区通风距离2700m。可以选择合适的通风机、确定通风机的工况点，得到通风机的供风量和风压。

根据计算结果选用SDF(C)-No12.5型通风机，出口通风机的工况点:供风量2500m3/min、风压3700 Pa，开挖到2700m时风管出风口风量1450m3/min;进口通风机的工况点:供风量2300m3/min、风压4300 Pa，开挖到5100m时风管出风口风量850m3/min。

进口工区选用3台SDF(C)-No12.5型通风机配φ1700mm PVC拉链式软风管基本可以满足通风量要求，到后期通风量稍有不足。出口工区选用2台SDF(C)-No12.5型通风机配φ1700mm PVC拉链式软风管可以满足防瓦斯积聚要求。

表1 主要通风设备参数表

3.3 通风设备选择

根据计算，红石岩隧道主要通风设备见表1。

4 施工通风布置

红石岩隧道施工通风布置为进、出口工区各自独立的压入式通风系统，各自向洞内供风。新风由洞外经通风管压入，污风由洞内排出，施工通风布置见图1。

5 结语

红石岩隧道开始施工按非瓦斯隧道组织，在施工过程中出现瓦斯燃烧现象，由于采取措施得力，施工通风方案可靠，没有发生瓦斯事故，这说明瓦斯在隧道施工中是通风工作的重要性。红石岩隧道的施工通风工作有以下认识:

1)关于无轨运输的认识。

对于无轨运输的隧道，内燃设备往返运行，排出大量有害气体，全隧都要受到污染，每辆车产生的污染会叠加，污染程度愈下风侧愈严重，施工通风的难度大大增加。红石岩隧道施工过程中由于出口工区出现瓦斯燃烧，造成进出口施工不平衡，进口工区要承担5100m的施工长度，对于如此长的独头无轨运输施工的施工通风，施工通风难度将非常巨大，后期的施工通风效果难以达到最佳。

2)通风设备的布置。

红石岩隧道长独头施工，内燃设备多，洞内需风量大，必须采用大功率通风机配大直径通风管送风，如此也需要2路～3路φ1700mm通风管。通风管路的布置对通风效果影响极大，通风管如何通过各种台架送风到开挖面是需要重点解决的问题。

3)瓦斯涌出量的计算。

根据《铁路瓦斯隧道技术规范》的要求，施工通风的好坏，直接关系到作业人员的人身安全，因此必须根据瓦斯绝对涌出量编制通风设计。本设计中采用实测爆破后瓦斯浓度反算瓦斯涌出量，乘涌出不均衡系数，是否安全可靠，还需要进一步研究。

［1］王梦恕.大瑶山隧道——20世纪隧道修建新技术［M］.广州:广东科技出版社，1995.

［2］罗占夫.客运专线隧道有关施工通风问题的探讨［A］.中铁隧道集团2006年技术交流会论文集［C］.2006.

［3］铁路隧道工程施工技术指南［M］.北京:铁道出版社，2008.

［4］罗占夫.特长隧道射流通风与多作业面条件下通风技术［D］.上海:同济大学硕士论文，2007.

［5］赵全福.矿井通风与空调［M］.北京:煤炭工业出版社，1990.

［6］佐藤久，原田富.地下工事の作业环境对策［J］.王慕云，译.隧道译丛，1991(6):25-27.