秦岭特长隧道施工通风

特长隧道施工通风设计

秦岭特长隧道长达18456m，是目前我国最长的铁路隧道，设计为两座基本平行的单线隧道，线间距30m，最大埋深1600m。两线隧道纵坡基本相同，进洞后约14.7km范围内为11‰的上坡，然后以3‰的下坡出洞，长度约3.2km，隧道进口高程约870m，出口高程约1025m，I线隧道较Ⅱ线隧道高0.24—0.56m。隧道两端洞口均位于R一500m的曲线地段。

其中I线隧道采用两台敞开式TBM由两端洞口相向施工， TBM未抵达工地前先用钻爆法在两端洞口提前施工预备隧道和出发隧道，进、出口钻爆法施工长度分别为260m和310m，F4断层带及相邻地段400m，待平导贯通后，由平导经横通道提起进入 I线隧道采用钻爆法完成。 Ⅱ线隧道先期在隧道中线位置上修建平行导坑，平导贯通后暂不进行扩挖，应辅助I线隧道TBM进行施工，以解决施工排水、改善施工通风和其它作业条件。待 I线隧道主体工程完工后，再将平导扩建为II线隧道。

1 施工通风设计原则及计算参数的确定

秦岭特长隧道埋深大，地形、地质条件十分复杂，交通不便，设置辅助坑道的条件较差，因此长管路压入式通风和I线隧道与平导互为巷道式通风的方案就成为主要比较方案。

1.1 施工通风控制条件

1.1.1 粉尘浓度：含有10％以上的游离二氧化硅(Si02)的粉尘应

1.1.2 空气中一氧化碳(CO)浓度》0.0024％。施工人员进入开挖面时，浓度可允许到100mg／m3(80PPm)，但人员进入开挖面后30min内，浓度应 30mg／m3。

1.1.3 氮氧化物》0.00025％，重量浓度》5mg／m3。

1.1.4 洞内空气成份(按体积计)，

凡有人工作的地点，氧气(O2)的含量≮20％，二氧化碳 (C02)的含量≯0．5％。

1.1.5 洞内风量要求：

每人每分钟供应新鲜空气≮3m3。

1.1.6 洞内风速要求：

平导及Ⅱ线隧道扩建时洞内风速≮0.25m／s，并≯6m／s； TBM施工I线隧道内最小风速为0.5m／s。

2 2 施工通风设计原则

1.2.1 施工通风方案比选

施工通风方案按长管路通风和巷道式混合通风方案比选。

1.2.2 施工通风阻力的确定

总阻力为风管段阻力和隧道段阻力相加。风管段阻力包括静压损失和动压损失；隧道段阻力包括沿程阻力损失、动压损失和局部阻力损失。

1.2.3 平导掌子面所需风量的确定

平导采用钻爆法施工，其掌子面所需风量应按洞内要求最小风速、洞内人员和一次爆破后炮烟30min排出掌子面进行计算，另外还应考虑洞内内燃机设备的使用所需要的风量。

1.3 施工通风计算参数的确定

1 .3. 1 I线隧道

进、出口工区施工通风长度分别按9500m和8900m计算，用软风管，管节长100m，百米漏风率1％，管道内和隧道内摩阻系数为0.018和0.02，TBM施工所需风量参考国外有关资料，按 22ms／s，风管末端风量为0.5A(A为隧道开挖面积)，即30m3／s。

1.3.2 平导

平导进、出口施工通风长度分别按9500m和8900m计算，采用软风管，管节长100m，百米漏风率为1.3％，管道内和隧道内摩阻系数分别为0.019和0.024。平导钻爆法施工，一次开挖长度按4m计，耗药量为3～4kg／m3(秦岭隧道为硬质岩石，耗药量较大)，洞内施工人员按50人计，并考虑一台170kw内燃机车全时工作。

2 2 施工通风方案选择

2.1 长管路施工通风

即I线隧道和平行导坑各采用洞口压入式长管路通风方案。

2.1.1 I线隧道

经计算，在0～3km时，洞口处需一台风机，3～6km时洞口需二台风机串联，6—9km时除洞口需二台风机串联外，尚需在距洞口3.25km的洞内设一台增压风机，分段长度内的风量、风压等计算结果见表1。TBM自身装备集尘、局扇、冷却系统，其所需风量及功率参考值为：集尘装置10m3／s(90kw)；冷却系统2X 10m3／s(约600kw)。

2.1.2 平行导坑

经计算，平行导坑掌子面所需风量由排出一次爆破炮烟所需风量控制，为8.75m3／s(525m3／min)。0～6km时，洞口处需一台风机，6～9km时，洞口需二台风机串联，进口工区超过9km后，需三台风机，分段长度内的风量、风压等计算结果见表1（略）。

2.2巷道式通风

新鲜空气由I线隧道进入，再通过管道分别送到TBM工作面和平导工作面，满足各工作面的要求。I线隧道及平行导坑污浊空气再通过平导排出洞外。在巷道式混合通风方案选择中，就是否使用射流风机进行局部诱导通风做了两个方案。

2.2.1 无射流风机方案

第一阶段，施工通风采用长管路通风，风机台数、风量、风压等计算结果同长管路通风方案。

第二阶段，平导与I线隧道已进入正常施工阶段，形成巷道式混合通风，见图1，供风量为2378m3／min，平导内风速为，I线隧道内风速为0.66m／s，每个口的通风总功率达880kw。

第三阶段，平导贯通后，I线隧道的通风仍借助于平导，供风量为1973m3／min，I线隧道内风速为0.548m／s，每个口的通风总功率达440kw。

2.2.2 有射流风机方案

第一阶段，同无射流风机方案。

第二阶段，I线隧道内和平导巷道通风段设射流风机进行诱导通风，而在靠近两个工作面地段采用局部管道通风，其布置形式见图2。

图1 平行导坑独头6km与I线隧道形成巷道与管道混合式通风(1)

a．MFAl00P2一SC3HSM风机；b．MFAl25P2一SC4HSM风机

射流风机随着平导和I线隧道的掘进，按间距80m左右一台逐渐安装，射流风机通风地段约7．5kin，平导内的射流风机达到25台，I线隧道内的射流风机达到8台，前端的管道通风地段达到近3km，供风量为2378m3／min，平导内风速为2，lm／s，I线隧道内风速为0．66m／s，每个口的通风总功率达1243kw。

第三阶段，同无射流风机方案。

2.2.3 两方案比较

无射流风机和有射流风机两方案在风量、洞内风速上基本无差别，主要差别在无射流风机方案的优点：功率消耗少，相对管理方便，缺点是：需在平导洞口设置风门和通风道。有射流风机方案的优点是：不设风门和通风道，运输安全；缺点是：功率消耗多，射流风机多，易造成管理困难，同时7．5kin长度实现诱导通风还缺少经验。经过综合分析，无射流风机方案较好。

2.3 通风方案的比较

长管路通风方案的优缺点：

图2 平行导坑独头6km与I线隧道形成巷道与管道混合式通风(2)

a．MFAl00P2一SC3HSM风机；b．MFAl25P2一SC4HSM风机；c.TAS6.3—2.3—1射流风机

2.3.1 I线隧道和平行导坑的工作面均为洞外新鲜风送入，各自通风系统互不干扰，通风质量好。

2.3.2 所需功率比巷道式混合通风少，运营管理费用少。

2.3.3 平导独头通风长度长，国内尚无施工经验。

巷导式混合通风方案的优缺点：

2.3.3.1 平导部分地段的污浊空气滞留时间长，同时I线隧道和平导所需风为I线施工运输车辆污染过的空气，通风质量差。

2.3.3.2 消耗的功率较长管路通风方案大，运营管理费用较高，

2.3.3.3 I线隧道和平导为统一的通风系统，哪一个环节出现问题直接影响通风质量，管理较困难。

经比较，长管路施工通风方案技术经济条件较优，故设计采用长管路施工通风方案。 3 结束语

秦岭特长隧道施工通风设计经过近5年的施工考验，在施工中得到了很好的验证。I线隧道出口按设计要求独头施工通风长度达到了7.5km，为中国之最。