西秦岭隧道施工通风设计方案.doc

1、1西秦岭隧道施工通风方案中铁隧道集团科研所20081212西秦岭隧道施工通风方案1.设计依据（1）西秦岭隧道设计图（2）西秦岭隧道施工组织（3） 铁路隧道施工规范（4） 关于展开有害气体监测的通知（5）集体公司有关文件2.编制原则（1）科学配置的原则科学配置通风设施，风机型号，功率与风管直径必须配套，达到低风阻，满足低损耗高送风量。（2）经济合理的原则理论计算隧道内需风量，风量以满足国家标准为原则，达到既满足现场施工，又节约能源的目的。（3）利用现有设施的原则尽量利用现场现有的通风设备，既达到合理利用又满足施工通风的要求。3.工程概况3.1 工程地理位置 西秦岭特长隧道位于新建铁路兰渝线中段，

2、地处甘肃省东南部重镇陇南市境内。本段线路北起武都区外纳乡，向南经月照、洛塘止于武都区枫相乡，线路整体呈西北东南走向。西秦岭特长隧道段，线路自桔柑站引出，向西南跨白龙江及212 国道后上坡穿范家坪隧道，在该隧道出口端利用曲线变线间距并上跨潘家沟至西秦岭特长隧道进口，然后线路以人字坡穿西秦岭3隧道至老盘底出口，尔后线路下跨省道 206、规划武灌高速及洛塘河并变线间距后穿杨家山隧道引入洛塘河车站。西秦岭隧道全长28.236km，为两条单线隧道。3.2 工程范围和主要工程量3.2.1 工程范围本标段为新建兰州至重庆铁路西秦岭特长隧道工程 XQLS2 标，长 28.793km。根据招标文件技术资料的标段

3、划分，本标段的工程范围为：从西秦岭隧道左线进口 DK395+116 开始，经西秦岭隧道左线至左线出口 DK423+352，再由西秦岭隧道左线出口至洛塘河大桥DK423+915。主要通风重点有西秦岭隧道左线、店子坪斜井、罗家理斜井、右线部分里程。3.2.2 主 要 工 程 量隧道主要工程量见表 1 所示。西秦岭特长隧道工程主要工程数量表 表 1工程类别 项目名称 单位 数量 备注西秦岭隧道左线正洞 延长米 26535右线正洞 延长米 1893隧道右线正洞 延长米 846单线3.2.3 施 工 方 法本段隧道除西秦岭隧道出口段采用 TBM 法施工外，其他段均按钻爆法组织施工，根据不同围岩级别及水文

4、地质情况选择合理的施工方法，同时根据监控量测结果，适时施作二次衬砌。（1）钻爆法段施工方案正洞隧道根据不同的地质采用全断面法、台阶法或环形开挖预留核心土法开挖，初期支护采用喷、锚、网、为主的支护方式，在4软弱围岩地段辅以钢架支护，断层破碎带等不良地质地段加强支护。级围岩段采用全断面开挖法开挖，多功台架湿式凿岩机钻孔，光面爆破。级围岩段采用台阶法开挖，多功台架湿式凿岩机钻孔，光面爆破。级围岩段采用环形开挖预留核心土法开挖，上台阶环形采用人工手持风镐开挖，核心土及下台阶采用挖掘机开挖，人工修整到位，必要时采用控制爆破。（2）罗家理斜井施工方案本标段西秦岭隧道距出口 9970m 处设置罗家理斜井一座

5、，为永久工程，为、级围岩，级围岩段采用全断面法开挖，级围岩采用台阶法开挖,级围岩段环形开挖预留核心土法开挖，挖掘机开挖，人工配合修整到位，必要时采取控制爆破。多功台架湿式凿岩机钻孔，光面爆破。（3）西秦岭隧道 TBM 法施工方案西秦岭隧道出口段 TBM 施工采用一台欧美公司生产的 10.20m全断面敞开式硬岩掘进机独头掘进，掘进 8.296 km 后步进通过罗家理斜井施工正洞段并完成 TBM 的检修后二次掘进 7.851km，在洞内与进口钻爆段实现贯通。TBM 采用洞外组装、步进通过出口钻爆法施工 TBM 预备洞段后始发掘进，连续皮带机出碴，在洞外转入自卸汽车运输至指定弃碴场；洞身支护方案采用

6、锚喷支护，隧底在掘进过程中安装预制仰拱块，铺设双线，采用编组列车进行材料运输。隧道出碴采用连续皮带机出碴方案。在隧道出口至罗家理斜井区间第一阶段掘进中，隧道洞碴在洞口设置转碴装置，转为无轨运5输至指定弃碴场；隧道完成第一阶段掘进后，步进通过罗家理斜井正洞钻爆段后，在斜井内布置一条支洞皮带机，隧道洞碴通过主洞皮带机倒运至支洞皮带机上，在罗家理斜井洞口设置装碴装置，转为无轨运输至指定弃碴场。隧道施工所需支护材料及其它施工材料采用有轨运输方式。洞内布设双线，采用编组列车进料。4.通风方式选择根据现场施工条件，西秦岭隧道第一、二阶段施工通风均采用压入式通风，第三、四阶段施工通风均采用压入式与巷道式相结

7、合的通风方式。5.风量计算5.1 计算参数洞内施工需风量计算参数数据表 表 2项目 单位 数量正洞出口 90正洞进口 70店子坪斜井 27断面积罗家理斜井m 242正洞出口 189正洞进口 160店子坪斜井 95一次爆破炸药量罗家理斜井kg132洞内同时最多作业人数 人 58掌子面装碴车功率 KW 200出碴车功率 KW 180通风时间 min 30最低风速 m/s 0.15风管直径 m 1.7、1.8风管百米漏风率 % 12风管摩阻系数 0.02隧道沿程摩阻系数 0.02565.2 风量计算5.2.1 轴 流 风 机 风 量 计 算施工通风所需风量按洞内同时工作的最多人数、洞内允许最小风速、

8、一次性爆破所需要排除的炮烟量和内燃机械设备总功率分别计算，取其中最大值作为控制风量(1)按洞内同时工作的最多人数 58 人计算nqQ人式中： 作业面每一作业人员的通风量，取 3m3/min；作业面同时作业的最多人数，人。(2)按洞内允许最小风速 0.15m/s 计算VS风Q式中: 隧道最大开挖断面积, m 2；洞内允许最小风速 0.15m/s。(3)按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算3208.7LFAtQ式中： 同时爆破炸药量，kg；通风时间，min；t通风长度，m；L隧道断面积，m 2。F(4)按内燃机械设备总功率计算 qHQ内式中： 内燃机械总功，KW；内燃机械单位功率供风量，3m 3/（

9、min KW） 。q经计算， 正 洞 无 轨 运 输 时 开 挖 作 业 面 所 需 风 量 为1280m3/min， 店 子 坪 斜 井 井 身 开 挖 所 需 风 量 为71280m3/min， 罗 家 理 斜 井 井 身 开 挖 所 需 风 量 为1280m3/min。5.2.2 射 流 风 机 增 压 计 算射 流 风 机 工 作 风 压 的 计 算fh射 流 风 机 产 生 的 压 力 必 须 得 以 克 服 整 个 系 统 的 阻 力 ， 即 ：fLsH式 中 ： 摩 擦 阻 力 ； 局 部 阻 力 。sHsavsRV82式 中 ： 摩 擦 阻 力 系 数 ；隧 道 内 的 空 气

10、 密 度 （ kg/m3） ；计 算 管 段 内 气 流 平 均 速 度 （ m/s） ；avV计 算 管 段 的 长 度 （ m） ；L计 算 管 段 断 面 的 水 力 半 径 （ m） ，sRRs=4F/S。2VHL式 中 ： 局 部 阻 力 系 数 ；产 生 局 部 阻 力 前 或 后 的 空 气 流 动 平 均 速 度V（ m/s） ；jjgogjjf nkVAH)1(2式中: 射流风机压力，Pa；f射流风机出口风速，m/s；jV射流风机出口断面积，m 2；jA8隧道断面积，m 2； gA隧道内风速，m/s；oV增压系数,0.85；jk射流风机台数。jn经计算，在正洞内一台 SSF-

11、16 射流风机产生的压力为 18.25 Pa，在店子坪斜井内一台射流风机产生的压力为 40Pa，在罗家理斜井内一台射流风机产生的压力为 26 Pa，经计算，第四阶段，出口工区所需射流风机为 6 台。5.3 TBM 施工通风(散热)计算TBM 隧洞施工中，通风的作用一方面是向工作面输送足够的新鲜空气、滤除开挖掌子面附近空气中的粉尘;同时由于掘进机运行过程会产生大量的热量，必须通过通风达到散热的目的。相对比传统的钻孔爆破法施工，TBM 长隧洞通风问题相对较简单。（1）主要计算参数洞内同时工作最多人数按 58 人/工作面考虑；洞内每人应供应新鲜风 3m3/min；TBM 散热系数为 2.5 m3 /

12、( sKAV)；TBM 最大功率暂定为 4200KW，（2）计算结果按人数计算风量时所需要风量为 174 m3/min；为 TBM 散热所需风量为 630 m3/min 左右。根据以上计算结果，取和总和为掌子面需风量，需风量为804 m3/min 左右；5.4 风阻计算通风阻力则因选择的风管直径和风机型号以及送风距离的不同9会有很大差距，需要指出的是，如果选择的风管直径过小，会导致通风阻力过大，不能满足送风需要；如果选择的风管直径过大，又会造成浪费。（1）直径 1.7 风管计算通过理论计算比较选择直径 1.7 m 的通风管， 其通风阻力表达式如下：当送风距离 L=1803m 时，通风阻力 H=

13、1.76Qf2；风压为3250P，风机出口风量为 2590m3/min，风管出口风量为 1799 m3/min。当送风距离 L=2750m 时，通风阻力 H=2.28Qf2；风压为3750P，风机出口风量为 2450m3/min，风管出口风量为 1405 m3/min。当送风距离 L=3450m 时，通风阻力 H=2.55Qf2；风压为4020P，风机出口风量为 2374m3/min，风管出口风量为 1182 m3/min。从风量结果看，店子坪斜井最大独头通风距离为 2750m，根据通风方式，隧道进口施工通风独头通风距离最大可达到 3450m，这时候风机出口风量为 1182 m3/min，小于

14、隧道开挖需要的风量 1280 m3/min，在后期可利用在第三阶段时候的对右线本标段施工范围846m 进行通风的风机和通风管路，继续对左线进行通风，即为两台风机和两趟通风管路共同对左线进行进口开挖面进行通风。下图一为 1.7m 为 SDF（C）-No12.5 型轴流风机与 1.7m 风管特10性曲线图，其中趋势线（4）为 220kw 的轴流风机的特性曲线，（1）为 1.7m 风管通风距离为 1803m 的时候的特性曲线， （2）和（3）分别为通风距离 2750m 和 3450m 的特性曲线；风机和风管的特性曲线的交点，即为此类型风机和风管在固定通风距离的时候的工作参数值，可求出风机的风压和风量

15、。SDF（ C） -No12.5型 轴 流 风 机 与1.7m风 管 特 性 曲 线 图(4)(2)(3)(1)010002000300040005000600070001200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200风 量 （ m3/min）风压（P）图一 1.7m 风管特性曲线图（3）直径 1.8 风管计算通过理论计算比较选择直径 1.8 m 的通风管， 其通风阻力表达式如下：当送风距离 L=2000m 时，通风阻力 H=1.41Qf2，风机出口风量为 2700m3/min，风管出口风量为 1802 m3/min。当送风距离 L=3000m 时，通风阻力 H=1.79Qf2；风机出口风量为 2575m3/min，风管出口风量为 1404 m3/min。当送风距离 L=4000m 时，通风阻力 H=2.04Qf2；风机出口风量为 2500m3/min，风管出口风量为 1114 m3/min。