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公路项目瓦斯隧道的施工通风技术分析

时间:2024/6/11 8:29:51   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:1   评论:0
内容摘要:李知友(四川公路桥梁建设集团有限公司公路隧道分公司, 四川 成都 610200)摘要 文章针对公路项目瓦斯隧道的施工通风技术进行了深入分析,介绍了瓦斯性质及危害,并阐述了隧道施工通风的基本原理和特殊要求。结合项目实践详细探讨了公路项目瓦斯隧道的施工通风技术,进一步验证了...
李知友
(四川公路桥梁建设集团有限公司公路隧道分公司, 四川 成都 610200)
摘要 文章针对公路项目瓦斯隧道的施工通风技术进行了深入分析,介绍了瓦斯性质及危害,并阐述了隧道施工通风的基本原理和特殊要求。结合项目实践详细探讨了公路项目瓦斯隧道的施工通风技术,进一步验证了施工通风技术在瓦斯隧道施工中的应用效果,旨在为相关领域的理论研究和实践工作提供有价值的参考和指导,以推动瓦斯隧道施工通风技术的持续发展和进步。
关键词 公路项目;瓦斯隧道;施工通风技术;通风方案设计
中图分类号 U455  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)05-0072-03
0 引言
瓦斯隧道施工通风技术是确保施工安全顺利进行的关键环节。然而,瓦斯隧道的通风设计与施工涉及复杂的工程环境和安全问题。因此,深入研究瓦斯隧道施工通风技术对于公路建设领域的可持续发展具有重要意义。该文旨在探讨公路项目瓦斯隧道的施工通风技术,分析其原理、方法和应用,以期为公路项目瓦斯隧道的施工通风技术提供理论支持和实际应用指导。
1 瓦斯隧道施工通风基本概念
1.1 瓦斯性质及危害
瓦斯是一种由甲烷(CH4)为主的多种气体组成的混合物,主要成分是甲烷,其次为二氧化碳、氮气和其他烃类气体。瓦斯在常温常压下为无色、无味、无臭的气体,具有可燃性和爆炸性。
瓦斯的危害主要表现在以下几个方面[1]:①当瓦斯与空气以一定比例混合后,其具备燃烧性质。这种混合物遭遇火源时,可能会引发燃烧现象,并有可能产生爆炸效应。②瓦斯在空气中含量过高时,会致使氧气含量降低,使人窒息死亡。③瓦斯还具有强烈的毒性和腐蚀性,长期接触会对人体健康产生负面影响。
1.2 隧道施工通风原理
隧道施工通风原理主要体现在以下几个方面[2]:
(1)从基本的气流运动规律出发来理解隧道通风原理。通过在隧道的一端设置高压区(如使用风机产生正压)或在另一端设置低压区(如利用自然风或抽风机产生负压),可以引导空气在隧道内形成定向流动,实现通风效果。
(2)隧道通风还需要考虑气体扩散和混合的原理。合理的通风设计应能促进这些有害气体与新鲜空气的充分混合和稀释,降低其浓度至安全水平。
(3)隧道通风还需考虑热力学因素。通风系统需要能够有效地排出热量和湿气,维持隧道内的适宜温度和湿度。
2 隧道通风方案分类
隧道通风方案可根据不同的分类标准进行分类。以下是一些常见的分类方式[1]:
2.1 按照通风机的布置方式
(1)抽出式通风:在隧道洞口设置排风筒,利用风机将洞内空气排出,同时在洞内设置进风筒,使新鲜空气进入洞内。
(2)压入式通风:在隧道洞内设置通风机,将新鲜空气通过通风管路压入洞内,同时在洞口设置排风筒,将洞内有害气体排出。
2.2 按照通风机数量和功率
(1)单风机方案:使用一台通风机进行通风,适用于短隧道或通风量要求不高的场合。
(2)多风机方案:使用多台通风机进行通风,可以满足更大风量和更高要求的隧道施工通风需求。
2.3 按照通风控制方式
(1)手动控制:通过人工操作控制通风机的开启和关闭,适用于通风量要求不高、人工操作方便的场合。
(2)自动控制:通过传感器和控制系统自动控制通风机的开启和关闭,根据洞内空气质量实时调整通风量,适用于自动化程度较高的隧道施工场合。
3 公路项目瓦斯隧道施工通风技术分析
3.1 项目概况
田咀隧道位于巴中市通江县内,右线全长2 388 m,起讫桩号K46+747~K49+135;左线全长2359 m,起讫桩号ZK46+750~ZK49+109。进口端设人行横通道6道,车行横通道3道。隧道主洞单幅净空(宽×高)10.75×5 m。主要指标如表1所示:

表1 田咀隧道平纵指标一览表
隧道名称 隧道
长度/m 洞口曲线半径/m 洞口超高/% 纵坡/
(m/%)
进口端 出口端 进口端 出口端
田咀
隧道 左线 2 359 5 000 1 800 −2 +3 −2.15/2 359
右线 2 388 4 100 1 500 +2 −3 −2.15/2 388


3.2 通风设计条件和参数
通风设计条件和参数如下所示[3-4]:
(1)排除炮烟通风时间:取30 min。
(2)风筒及漏风率:压入式通风管选用PVC增强塑纤布拉链式Φ1.5 m高强度、抗静电、阻燃柔性风筒,每节长度10 m,柔性风筒百米漏风率P100取1.0%。
(3)自然风压:田咀隧道进、出风口标高相同,洞口与洞内最高点标高差约50.13 m,未超过150 m,隧道内的坡度为−2.15%,参考矿井设计规范,自然风压可忽略不计。
(4)气象要素:根据设计文件,该标段田咀隧道左洞出口高程为605.85 m,田咀隧道右洞出口高程为605.62 m,年平均气温在16 ℃左右,相对湿度75%左右。根据气象数据,通过计算隧道洞内空气平均密度为1.22 kg/m3。其中:

    
   =1.22 kg/m3
3.3 通风形式及施工通风方案
3.3.1 通风形式
根据该项目隧道工程特点,该隧道前期车行横洞尚未贯通。因此,为了有效通风,采用压入式通风方式。在3号车行横洞贯通后,则采用巷道式通风方式。压入式通风是指在距离洞口30 m以外的新鲜风区(上风向)安装轴流风机,通过通风管将新鲜风压送到开挖工作面,从而实现稀释有害气体,并将污风沿着隧道排出洞外。压入式通风方式如图1所示:


图1 压入式通风方式图

3.3.2 施工通风方案
根据通风方式的选择,前期车行横洞没有贯通之前,采用压入式通风,在车通贯通后采用巷道式通风。选用隧道施工专用通风机以及阻燃型通风软管,将新鲜空气压入工作面,稀释后的废气沿隧道排出洞外,在进风口加宽段处设置风门,封闭人行通道,隧道单洞全长约2.39 km,在3号车行横通道处改巷道式通风。
(1)田咀隧道进口左右洞均采用2×110 kW轴流风机、隧道施工专用多速通风机及Φ1 500 mm通风软管。
(2)布置注意事项:轴流风机置于洞口30 m以外,风管前端距掌子面10 m,以避免污风串流。
(3)巷道式通风在2#车通及紧急停车带处布置两台2×110 kW通风机,以右洞为进风洞、左洞为出风洞,一个风机通往右洞掌子面,另一风机通往左洞掌子面。在1#车通、进风洞以及出风洞布置数台射流风机进行导风。
(4)将2#加宽段挡头墙(小桩号侧)、1#人通至4#人通进行封闭,避免污风从进风洞流出,导致新鲜风不能正常循环。
3.4 隧道通风计算
3.4.1 田咀隧道出口(广安端)右线的通风量计算
开挖面需风量计算按照以下因素分别计算,取最大值作为配风标准的控制风量,具体按各因素计算结果如下[4-5]:
(1)根据作业面同时最多工作人数计算通风量:
Q人=q·n·k (1)
式中,Q人——总计需风量;q——作业人员每个人的需风量,一般按照3 m3/min·人计取;n——作业面同时工作的最多人数,该项目按照80人计算;k——备用调整系数,一般取1.5。
按照上述计算公式计算,隧道内需风量为:
Q人=q·n·k=80×3×1.5=360 m3/min
(2)根据隧道中最小风量计算需风量:
Q风=Vf ×F (2)
式中,Q风——总需风量;Vf——隧道中最小风速(m/s);F——开挖最大断面面积(m2)。根据上述计算公式,该项目中经测定,隧道最小风速为0.15 m/s,最大开挖断面面积为70 m2,则隧道内需风量为:
Q风=Vf×F=0.15×60×70=630 m3/min
(3)按瓦斯绝对涌出量计算通风量:
(3)
式中,Q瓦——总需风量;k——备用调整系数,一般取1.6;Q绝——隧道内瓦斯涌出量,该项目根据实测为0.5 m3/min;R允——隧道工作面内允许存在的瓦斯浓度,一般取0.5%;R送——送入隧道内新风中所包含的瓦斯浓度,该项目为0%。
按照上述计算公式计算,隧道内需风量为:
=160 m3/min
(4)按爆破后稀释有害气体计算通风量:
(4)
式中,K——爆破使用的炸药总量,该项目中使用量为134 kg;T——每公斤炸药爆破所产生的CO量,经测定该项目为0.02 m3/kg;X——隧道内允许的有害气体的浓度,一般取值为0.02;t——通风时间,该项目为20 min。
按照上述计算公式计算,隧道内需风量为:
=670 m3/min
(5)按照无轨运输洞内需风量计算通风量:
Q内=H·q·k (5)
式中,H——作业面内施工机械最大功率,该项目实际统计最大功率为378 kW;q——内燃机械单位功率供风量,按行业技术规范取值为4.5 m3/(min·kW)稀释尾气;k——功率系数,一般取0.63计算。
按照上述计算公式计算,隧道内需风量为:
Q内=H·q·k=378×4.5×0.63=1 072 m3/min
按照各方法计算通风量统计表如表2所示:

表2 分类计算所需分量统计表
分类计算分量 计算结果/(m3/min)
按洞内同时工作的最多人数计算 360
按低瓦斯隧道允许最低平均风速计算 630
按瓦斯绝对涌出量计算 160
按照爆破后稀释一氧化碳至许可最高浓度 670
按稀释和排除内燃机废气计算 1 072


上述五种计算结果,取其最大值作为通风布置设计量:1 072 m3/min。
3.4.2 风机供风量的确定
采用压入式供风方式计算风机的供风量,计算公式为:
(6)
式中,Qmax——最大通风量,根据上节计算为1 072 m3/
min;k——有效风量率。
(7)
式中,L——最大通风长度,该项目为955 m;N100——百米漏风率,取值为1%。
按照上述计算公式计算,压入式风机供风量为:
=1 185 m3/min
3.4.3 风压计算
通风机应能克服管道的阻力,计算阻力公式如下:
R阻=R动+R沿+R局 (8)
式中,R动——管道口动压力,一般按照50 Pa计算;R沿——沿程压力损失,该项目计算值为1 092.8 Pa;R局
——局部压力损失,一般按照沿程压力损失值的5%计算。
按照上述计算公式计算:
R阻=R动+R沿+R局=50+1 092.8+1 092.8×5%=1 197.44 Pa
根据以上计算结果,该项目通风施工选用直径1.5 m的风管供风,大于1 197.44 Pa的风机能满足施工要求。
3.5 隧道施工设备选型
(1)压入式风机的选型。田咀隧道需配置4台压入式轴流风机,田咀隧道全部工区共需配置4台风机。压入通风前选用2×110 kW轴流风机、风量1 550~2 912 m3/min,全压1 378~5 355 Pa,压入式风机应选择能满足各个通风区段供风量及风压的轴流风机。具体如表3所示:

表3 轴流风机通风设备参数
工作风机台数 单台功率
左:2,右:2 2×110


采用巷道式通风时,右线为新鲜风进入通道;左线为污风排出通道。为避免污风串流,压入式风机距离洞口30 m以外距离设置。
(2)射流风机的选型。选用Φ1 000 mm的防爆型射流风机,功率30 kW,总共9台。
(3)风管选型。风管选用φ1 500 mm软风管。百米漏风率要求小于1%。
4 公路项目瓦斯隧道施工通风需注意的问题
公路项目瓦斯隧道施工通风需注意的问题包括以下几个方面:①由于田咀隧道为微瓦斯隧道,并且可能含有毒有害气体,故应设专职检测员,随时监测隧道开挖面是否有有害气体逸出以及瓦斯逸出的浓度,如果发现异常应及时报告,同时应及时进行处理。②风管在转弯时,弯管半径不小于风管直径的3倍。③为防止二衬台车前后及顶部、车行横通道、人行横通道、其他死角、塌腔地段等瓦斯易于积聚的空间,采用防爆轴流风机,根据具体瓦斯涌出情况随时调整防爆轴流风机出口方向,做到“哪高哪吹”,彻底消除瓦斯积聚。④为减小掌子面粉尘,在风管出口处安设喷雾器,以及在出风洞增设喷淋系统(200 m/处)。
5 结语
在公路项目的瓦斯隧道施工中,施工通风技术是确保施工安全和顺利进行的关键环节。合理的通风设计能够有效地改善洞内空气质量,提高施工效率,保障施工人员的生命安全。因此,在选择和应用隧道施工通风技术时,需要综合考虑各种因素,如瓦斯性质、隧道长度、地质条件等,以确保选择合适的通风方案,并实现良好的通风效果。该文的研究成果对于公路项目瓦斯隧道的施工通风技术具有重要的理论和实践意义。

参考文献
[1]丁登阳. 某公路项目瓦斯隧道的施工通风技术分析[J]. 交通科技与管理, 2023(14): 123-125. 
[2]王逸, 刘仁刚, 王长林, 等. 低压缺氧超长瓦斯隧道智能通风施工技术研究[J]. 四川建材, 2021(10): 107-108+111. 
[3]熊华涛. 高瓦斯隧道施工通风方案设计及瓦斯运移规律研究[J]. 水利与建筑工程学报, 2021(2): 113-119+137. 
[4]项海燕. 超长瓦斯隧道斜井—单通道组合式通风技术研究[J]. 交通世界, 2021(19): 99-101. 
[5]张洪旭. 大直径瓦斯盾构隧道施工通风技术研究[D]. 成都:西南交通大学, 2023. 

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