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秦嶺特長隧道施工通風
特長隧道施工通風設計
秦嶺特長隧道長達18456m，是目前我國最長的鐵路隧道，設計為兩座基本平行的單線隧道，線間距30m，最大埋深1600m。兩線隧道縱坡基本相同，進洞后約14.7km范圍內(nèi)為11‰的上坡，然后以3‰的下坡出洞，長度約3.2km，隧道進口高程約870m，出口高程約1025m，I線隧道較Ⅱ線隧道高0.24—0.56m。隧道兩端洞口均位于R一500m的曲線地段。
其中I線隧道采用兩臺敞開式TBM由兩端洞口相向施工， TBM未抵達工地前先用鉆爆法在兩端洞口提前施工預備隧道和出發(fā)隧道，進、出口鉆爆法施工長度分別為260m和310m，F(xiàn)4斷層帶及相鄰地段400m，待平導貫通后，由平導經(jīng)橫通道提起進入 I線隧道采用鉆爆法完成。 Ⅱ線隧道先期在隧道中線位置上修建平行導坑，平導貫通后暫不進行擴挖，應輔助I線隧道TBM進行施工，以解決施工排水、改善施工通風和其它作業(yè)條件。待 I線隧道主體工程完工后，再將平導擴建為II線隧道。
1 施工通風設計原則及計算參數(shù)的確定
秦嶺特長隧道埋深大，地形、地質(zhì)條件十分復雜，交通不便，設置輔助坑道的條件較差，因此長管路壓入式通風和I線隧道與平導互為巷道式通風的方案就成為主要比較方案。
1.1 施工通風控制條件
1.1.1 粉塵濃度：含有10％以上的游離二氧化硅(Si02)的粉塵應<2mg／m3，含有游離二氧化硅(SiO2)在10％以下時，水泥粉塵≯6mg／m3。
1.1.2 空氣中一氧化碳(CO)濃度》0.0024％。施工人員進入開挖面時，濃度可允許到100mg／m3(80PPm)，但人員進入開挖面后30min內(nèi)，濃度應 30mg／m3。
1.1.3 氮氧化物》0.00025％，重量濃度》5mg／m3。
1.1.4 洞內(nèi)空氣成份(按體積計)，
凡有人工作的地點，氧氣(O2)的含量≮20％，二氧化碳 (C02)的含量≯0．5％。
1.1.5 洞內(nèi)風量要求：
每人每分鐘供應新鮮空氣≮3m3。
1.1.6 洞內(nèi)風速要求：
平導及Ⅱ線隧道擴建時洞內(nèi)風速≮0.25m／s，并≯6m／s； TBM施工I線隧道內(nèi)最小風速為0.5m／s。
2 2 施工通風設計原則
1.2.1 施工通風方案比選
施工通風方案按長管路通風和巷道式混合通風方案比選。
1.2.2 施工通風阻力的確定
總阻力為風管段阻力和隧道段阻力相加。風管段阻力包括靜壓損失和動壓損失；隧道段阻力包括沿程阻力損失、動壓損失和局部阻力損失。
1.2.3 平導掌子面所需風量的確定
平導采用鉆爆法施工，其掌子面所需風量應按洞內(nèi)要求最小風速、洞內(nèi)人員和一次爆破后炮煙30min排出掌子面進行計算，另外還應考慮洞內(nèi)內(nèi)燃機設備的使用所需要的風量。
1.3 施工通風計算參數(shù)的確定
1 .3. 1 I線隧道
進、出口工區(qū)施工通風長度分別按9500m和8900m計算，用軟風管，管節(jié)長100m，百米漏風率1％，管道內(nèi)和隧道內(nèi)摩阻系數(shù)為0.018和0.02，TBM施工所需風量參考國外有關(guān)資料，按 22ms／s，風管末端風量為0.5A(A為隧道開挖面積)，即30m3／s。
1.3.2 平導
平導進、出口施工通風長度分別按9500m和8900m計算，采用軟風管，管節(jié)長100m，百米漏風率為1.3％，管道內(nèi)和隧道內(nèi)摩阻系數(shù)分別為0.019和0.024。平導鉆爆法施工，一次開挖長度按4m計，耗藥量為3～4kg／m3(秦嶺隧道為硬質(zhì)巖石，耗藥量較大)，洞內(nèi)施工人員按50人計，并考慮一臺170kw內(nèi)燃機車全時工作。
2 2 施工通風方案選擇
2.1 長管路施工通風
即I線隧道和平行導坑各采用洞口壓入式長管路通風方案。
2.1.1 I線隧道
經(jīng)計算，在0～3km時，洞口處需一臺風機，3～6km時洞口需二臺風機串聯(lián)，6—9km時除洞口需二臺風機串聯(lián)外，尚需在距洞口3.25km的洞內(nèi)設一臺增壓風機，分段長度內(nèi)的風量、風壓等計算結(jié)果見表1。TBM自身裝備集塵、局扇、冷卻系統(tǒng)，其所需風量及功率參考值為：集塵裝置10m3／s(90kw)；冷卻系統(tǒng)2X 10m3／s(約600kw)。
2.1.2 平行導坑
經(jīng)計算，平行導坑掌子面所需風量由排出第一文庫網(wǎng)一次爆破炮煙所需風量控制，為8.75m3／s(525m3／min)。0～6km時，洞口處需一臺風機，6～9km時，洞口需二臺風機串聯(lián)，進口工區(qū)超過9km后，需三臺風機，分段長度內(nèi)的風量、風壓等計算結(jié)果見表1（略）。
2.2巷道式通風
新鮮空氣由I線隧道進入，再通過管道分別送到TBM工作面和平導工作面，滿足各工作面的要求。I線隧道及平行導坑污濁空氣再通過平導排出洞外。在巷道式混合通風方案選擇中，就是否使用射流風機進行局部誘導通風做了兩個方案。
2.2.1 無射流風機方案
第一階段，施工通風采用長管路通風，風機臺數(shù)、風量、風壓等計算結(jié)果同長管路通風方案。
第二階段，平導與I線隧道已進入正常施工階段，形成巷道式混合通風，見圖1，供風量為2378m3／min，平導內(nèi)風速為，I線隧道內(nèi)風速為0.66m／s，每個口的通風總功率達880kw。
第三階段，平導貫通后，I線隧道的通風仍借助于平導，供風量為1973m3／min，I線隧道內(nèi)風速為0.548m／s，每個口的通風總功率達440kw。
2.2.2 有射流風機方案
第一階段，同無射流風機方案。
第二階段，I線隧道內(nèi)和平導巷道通風段設射流風機進行誘導通風，而在靠近兩個工作面地段采用局部管道通風，其布置形式見圖2。
圖1 平行導坑獨頭6km與I線隧道形成巷道與管道混合式通風(1)
a．MFAl00P2一SC3HSM風機；b．MFAl25P2一SC4HSM風機
射流風機隨著平導和I線隧道的掘進，按間距80m左右一臺逐漸安裝，射流風機通風地段約7．5kin，平導內(nèi)的射流風機達到25臺，I線隧道內(nèi)的射流風機達到8臺，前端的管道通風地段達到近3km，供風量為2378m3／min，平導內(nèi)風速為2，lm／s，I線隧道內(nèi)風速為0．66m／s，每個口的通風總功率達1243kw。
第三階段，同無射流風機方案。
2.2.3 兩方案比較
無射流風機和有射流風機兩方案在風量、洞內(nèi)風速上基本無差別，主要差別在無射流風機方案的優(yōu)點：功率消耗少，相對管理方便，缺點是：需在平導洞口設置風門和通風道。有射流風機方案的優(yōu)點是：不設風門和通風道，運輸安全；缺點是：功率消耗多，射流風機多，易造成管理困難，同時7．5kin長度實現(xiàn)誘導通風還缺少經(jīng)驗。經(jīng)過綜合分析，無射流風機方案較好。
2.3 通風方案的比較
長管路通風方案的優(yōu)缺點：
圖2 平行導坑獨頭6km與I線隧道形成巷道與管道混合式通風(2)
a．MFAl00P2一SC3HSM風機；b．MFAl25P2一SC4HSM風機；c.TAS6.3—2.3—1射流風機
2.3.1 I線隧道和平行導坑的工作面均為洞外新鮮風送入，各自通風系統(tǒng)互不干擾，通風質(zhì)量好。
2.3.2 所需功率比巷道式混合通風少，運營管理費用少。
2.3.3 平導獨頭通風長度長，國內(nèi)尚無施工經(jīng)驗。
巷導式混合通風方案的優(yōu)缺點：
2.3.3.1 平導部分地段的污濁空氣滯留時間長，同時I線隧道和平導所需風為I線施工運輸車輛污染過的空氣，通風質(zhì)量差。
2.3.3.2 消耗的功率較長管路通風方案大，運營管理費用較高，
2.3.3.3 I線隧道和平導為統(tǒng)一的通風系統(tǒng)，哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題直接影響通風質(zhì)量，管理較困難。
經(jīng)比較，長管路施工通風方案技術(shù)經(jīng)濟條件較優(yōu)，故設計采用長管路施工通風方案。 3 結(jié)束語
秦嶺特長隧道施工通風設計經(jīng)過近5年的施工考驗，在施工中得到了很好的驗證。I線隧道出口按設計要求獨頭施工通風長度達到了7.5km，為中國之最。
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