长大隧道施工通风排烟技术

长大隧道施工通风排烟技术

吴海香

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京，怀柔，101400）

【摘要】隧道施工通风是隧道施工过程中不可缺少的一项技术。为了有效地解决长大隧道施工中通风排烟问题,从而为隧道正洞和斜井施工提供良好的作业环境。在本文中主要探讨了隧道正洞和斜井施工给通风排烟技术，可供同行参考。

【关键词】隧道正洞；斜井；施工；通风排烟技术；安全性

前言

对双洞单线的长大隧道正洞及斜井施工,如何有效的解决通风排烟问题,以创造良好的施工环境,始终是困扰隧道施工的难题。在本文中主要探讨了蒙华铁路崤山隧道正洞和斜井施工通风排烟技术。

一、工程概况

蒙华铁路是我国目前规模最大的煤运专线，系国家重要资源开发性铁路和重大交通基础设施项目，也是国务院鼓励社会资本参与建设运营的首批基础设施示范项目。该项目北起内蒙古鄂尔多斯境内的浩勒报吉南站，途经内蒙古、陕西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省区，终至京九铁路吉安站，铁路全长1814.5公里，投资估算总额1930.4亿元，建设工期5年。

蒙华铁路崤山隧道位于河南省三门峡市下辖灵宝市境内，是我国民营投资的在建铁路隧道中最长的一座隧道。由中铁十六局集团有限公司承建，本隧道起止里程DK694+053（YDK694+045）～DK716+804（YDK716+801），为两条单线隧道、5座斜井，左线全长22751m、右线全长22771m、一号斜井1015m、二号斜井1025m、三号斜井1655m、四号斜井2646m、五号斜井1790m，隧道内除出口约2km段为下坡段外，其余为上坡段。隧道最大埋深约为750m。隧道地质构造及水文地质条件复杂，工期紧要求高，属控制性重点工程。正洞左右开挖断截面大约为55平方米,有效净空面积45平方米。隧道出渣为双车道无轨运输，为了正洞开挖掘进及后期运营维修方便，整个隧道加设了五个斜井，最长的斜井2646，最短的斜井1025,综合纵坡为8.0%，本文主要讨论正洞和其中一座斜井施工过程中的通风排烟技术。

二、斜井和正洞吊顶通风施工

2.1力学特性研究

斜井和正洞的断面都属于拱状形,所处的位置的受力状态呈现三维的空间结构。拱顶弧形围岩不仅支撑正洞,还承受着来自与正洞拱顶本身的压力,同时还支撑斜井侧向作用力。如此一来这个地方的围岩实际上所承受的压力要比正常地段的要更加大,此外,受力的方向并不是一个方向的,具有一定的复杂性。该段隧道处于地质条件比较差的地段,属于软弱性质的围岩,一旦斜井与正洞的洞身没有足够的支撑体支撑得起他们的压力,那么发生变形的可能性以及安全事故的风险就会增大。

隧道斜井进正洞的施工技术主要包括了两种工艺方法,一种是垂直挑,另一种是斜向挑。对于软弱破碎性质的围岩,选择合适的挑顶方法以及施工的过程具有着极为重要的意义。在本文中的隧洞中,首先加固交叉口的围岩（打锚杆注浆、立拱架）,在渐渐把斜井的拱顶高程适当抬高,延长钢架的长度。采用台阶法开始在正洞的洞身进行开挖,使得正洞的中线的地方达到拱顶的高程,在施工的过程中应当预留一定的空间给变形发生时的沉降以及临时支护所需要的厚度,按照施工计划继续进行扩挖,一直到正洞的标准断面,最后按段按层进行落底。

2.2吊顶通风方案的实际可行性

斜井段由于断面小,风机安装数量少,通风量不足,但是如果斜井留出车辆通行的净空,把拱部有限的空间全部利用起来,作为新鲜空气的通道,就可以最大程度上缓解这种矛盾。可以考虑采用吊顶的方式把拱部全部封闭起来,作为新鲜空气的通道。

（1）吊顶的高度设计

选择的车辆包括了：钻孔台车,长、宽、高各为13.71米、5.05米、4.35米；载重汽车,长、宽、高各为8.30米、2.40米、3.30米；混凝土运输罐车,长、宽、高各为7.50米、2.50米、3.82米；挖掘机,长、宽、高各为9.50米、2.82米、3.20米；装载机,长、宽、高各为9.00米、3.02米、3.40米。

吊顶的高度可以设计为4.5高,按照这个高度,斜井单车道拱部难以保证两个风筒,在吊顶完成之后,可以大大的扩大通风面积,让新鲜空气流通的面积达到了至少8平方米,单个通风筒的占地面积大约为2.5平方米,可以具有三个通风机的风量,可以满足该段隧道的通风需要。

（2）吊顶的实施要求

在吊顶进行施工的过程中,必须进行严密的封闭,如果缺乏良好的封闭性,新鲜的空气会容易和污浊的空气混合在一起,导致吊顶失去通风的作用与价值,其次,吊顶还要和初支面紧贴密封。第三,必须重视吊顶施工的材料选择,为了确保吊顶的封闭性,因此要求所使用的材料必须具有较好的软塑性,可以弯折,如此才能够让其和初支面紧贴密封,而且还应当具有良好的刚度,让整个吊顶面没有褶皱,不会对车辆的通行造成影响。可以选择薄铁彩钢板进行吊顶的施工。

（3）吊顶的施工

首先,在隧道的拱部施作拉杆,使用螺栓来固定方钢,保持间距为1米,在用长螺丝钻眼固定薄铁皮,把周围的薄钢板紧贴在围岩上,使用射钉来进行固定,并且确保具有密封性。

三、隧道斜井和正洞施工通风排烟的工艺

3.1斜井段施工过程中的通风排烟

在进行斜井挖掘施工的时候,由于工作面只有唯一的一个,因此对于风机的设置位置可以安排在洞门口20m位置，然后在其后面接上通风布，在支护的帮助下往前挖掘,通风布向前接长。由此可见在斜井段进行施工的过程中,暂时不需要进行吊顶通风,同时因为斜井井身的横截面并不宽敞,因此如果在这个时候进行通风吊顶,容易对施工现场造成影响。而且该斜井的长度比较长,在斜井与正洞交叉口处,通风吊顶施工还没有完成,需要向四个方向工作面进行通风,所以可以通过在洞口设置通风机来解决这个问题。

3.2根据施工队的作业效率来对施工进场时间进行合理的安排。

通风吊顶施工需要比较长的施工时间,如果等到完全进入正洞之后才安排吊顶施工的进场,会对正洞的施工造成一定的影响。同时,安排吊顶通风施工的时间应当考虑到不与出渣的时间出现重叠,总而言之,对于吊顶通风施工正式开始的时间应当安排在正洞施工之前,同时还应当根据通风吊顶施工的进度来进行安排。一般而言,按照本段隧道斜井的洞身的横截面大小,最合适的施工人数为5人,吊顶的施工进度可以每天平均吊顶10米,那么一个月就可以实现吊顶长度300米。吊顶队伍进场的时间应当为斜井进入正洞的时间的基础上减去1个月的时间,再减去按照每天10米的吊顶长度计算的整个斜井吊顶所需要的时间。

3.3通风吊顶排烟系统施工方案

一个完善的通风吊顶系统主要包括了斜井吊顶以及正洞交叉口处吊顶,在完成斜井吊顶的施工之后,开始进行正洞四个方向的吊顶施工,每隔1000m设置两台75Kw的通风机，一直到距隧道掌子面50m位置。如下图1所示：

（1）正洞风机的安装

所安装的风机一共有4台,功率为110×2kw,安装的位置是交叉口处的中线两侧,主要是往正洞的作业面进行送风。在这个过程中,首先必须为交叉口处的行车留出足够的空间,以免车辆在这个地方掉头的时候会不小心碰到风机架；其次,应当减少吊顶施工的工作量,从而降低施工成本。考虑到该段隧道的断面比较狭窄,因此,只能够在正洞的拱顶部进行风机的安装,也需要为车辆的通行留出一定的空间,约为4.5米的高度,同时,为了加强风机架的稳定性,使用工字钢进行焊接,风机放在架子上的位置并进行焊接固定。从洞内施工安全角度考虑风机架整个要涂黑黄色相间的反光漆，提醒来回车辆注意避让。

（2）正洞交叉口处的吊顶施工

正洞的交叉口处包括了多个方面的交叉口到风机的距离,其连接于斜井的吊顶,由此形成一个具有严密性的通风系统,这段吊顶工作是最为困难的阶段,因为施工干扰造成的影响极大,车辆的通行必然经过交叉口处,其次,跨度比较大,为拉杆固定带来了一定的影响。

（3）根据掌子面进尺继续延伸吊顶施工

正洞吊顶施工进度，根据掌子面进尺情况而定，不能与掌子面距离太近，防止掌子面爆破作业时，崩坏已施作好的吊顶。

四、结语

综上所述,斜井可以加快隧道施工进度,既增加了隧道正洞施工的工作面,也可作为隧道施工出渣与进料的咽喉通道。对于两条平行的单线隧道斜井施工,有效的解决通风排烟问题,对于创造良好的施工环境,具有着极为重要的意义。

参考文献：

[1]王峰,王明年,邓园也.曲线公路隧道射流风机布置方式优化研究[J].公路交通科技.2009(05)

[2]夏永旭,赵峰.特长公路隧道纵向—半横向混合通风方式研究[J].中国公路学报.2005(03)

[3]王江峰,曹范周,戴以宪.特长隧道施工期间通风排烟、防尘问题的处理[J].中国西部科技.2008(22)

[4]武亮月.长大隧道独头通风排烟设计[J].山西建筑.2008(34)

[5]范彦,侯小平.过江隧道通风排烟系统设计[J].消防技术与产品信息.2008(06)