特长隧洞施工用长距离通风方法与流程

本发明涉及隧洞施工
技术领域：
，具体涉及一种特长隧洞施工用长距离通风方法。
背景技术：
：隧洞施工过程中需要采用换气等方法为隧洞及地下建筑工程的空间创造所需的空气环境，通风的目的包括：①向工程内部供给新鲜空气；②排除有害气体、蒸汽、粉尘和炮烟等有害物质；③使工程内部空气的温度、相对湿度和流速达到规定标准；④对军事和人防工程则要求有防核武器、防化学武器和防细菌武器的“三防”通风功能。在隧洞或地下建筑工程施工时，因施工区域所处的地理、气候条件，以及建筑结构、内部生产工艺不同，采取的通风技术措施也应有所不同。具体的隧洞施工通风标准可参见现行《铁路隧洞施工规范》、《公路隧洞施工规范》。铁路施工规范及正式设计施工图提出以下通风技术要求：(1)隧洞中氧气含量按体积百分含量计不得小于20％。(2)粉尘最高容许浓度，每立方米空气中含有10％以上游离二氧化硅的粉尘为2mg；每立方米空气中含有10％以下游离二氧化硅的矿物性粉尘浓度为4mg。(3)有害气体最高允许浓度：①一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3。在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不得超过30min。②二氧化碳，按体积百分含量计不得大于0.5％。③氮氧化物(换算成no2)为5mg/m3以下。④二氧化硫最高允许浓度为15mg/m3。⑤硫化氢最高允许浓度为30mg/m3。⑥瓦斯隧洞装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于1.0％，总回风道风流中瓦斯浓度应小于0.75％，开挖面瓦斯浓度大于1.5％，所有人员必须撤至安全地点并加强通风。(4)隧洞内瓦斯浓度低于0.5％。(5)隧洞内气温不得大于28℃。(6)隧洞内噪声不得大于90db。(7)隧洞施工通风的风速，在全断面开挖时不应小于0.15m/s，分部开挖的坑道中不应小于0.25m/s。但均不应大于6m/s。技术实现要素：本发明的发明目的是提供一种特长隧洞施工用长距离通风方法，以解决特长隧洞施工时，施工人员的呼吸环境差的技术问题。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：设计一种特长隧洞施工用长距离通风方法，所述特长隧洞包括正洞、平导隧洞和用于连通正洞和平导隧洞的辅助通道，包括以下步骤：确定与施工区域需氧量、隧洞长度匹配的通风设备，所述通风设备包括通风管道和风机；第一施工队小断面开挖平导隧洞，在所述平导隧洞内设置用于向第一施工队的施工面供氧的第一通风管道，所述第一通风管道采用压入式通风；第二施工队大断面开挖正洞，在所述正洞内设置用于向第二施工队的施工面供氧的第二通风管道，所述第二通风管道采用压入式通风；当所述第一施工队的施工面超前所述第二施工队的施工面至少一个辅助通道时，第三施工队小断面开挖辅助通道和正洞，在所述第一通风管道上设置用于向第三施工队的施工面供氧的第一支管。优选的，在接近第三施工队下次开挖辅助通道和正洞所需行经区域时第三施工队返回，以在第三施工队下次开挖所述辅助通道和正洞时，在所述正洞内、第三施工队的邻近两次挖掘区域形成预留气流墙；在第二施工队开挖所述正洞的过程中，每越过一个预留气流墙，在其后方的最近一个横向通道内设置隔断气流墙，以使所述平导隧洞与所述正洞间的污气排出气流相隔离。优选的，在所述平导隧洞具备小型tbm机作业条件前，第一施工队采用钻爆法开挖所述平导隧洞，在所述平导隧洞具备小型tbm机作业条件后，第一施工队采用小型tbm机续挖所述平导隧洞；在所述正洞具备大型tbm机作业条件前，第二施工队采用钻爆法开挖所述正洞，在所述正洞具备大型tbm机作业条件后，第二施工队采用大型tbm机续挖所述正洞；所述第三施工队采用钻爆法小断面开挖所述辅助通道。进一步的，所述通风设备还包括多台排风机，在正洞、平导隧洞和辅助通道中的任意一条隧洞的过风断面较小处增设排风机。优选的，在大型tbm机到达正洞始发作业区前，所述第一通风管道选择φ1.6m风管，所述第一支管选择φ1.6m风管，所述第二通风管道选择φ1.8m风管，所述第一通风管道的进风端连接有功率2×160kw的吹风机，所述第二通风管道的进风端连接有功率2×160kw的吹风机。优选的，在大型tbm机到达正洞始发作业区后，第二通风管道选择φ2.2m风管，所述第二通风管道的进风端连接有功率3×250kw的吹风机，将所述第一通风管道经正洞、大型tbm机后方的辅助通道和平导隧洞引入第一施工队的施工面、第三施工队的施工面，所述第一通风管道的进风端连接有功率3×160kw的吹风机。进一步的，所述第二施工队开挖的正洞能够形成ⅰ线隧洞，在所述第一施工队的施工面超前第二施工队的施工面≥1.5km后，第四施工队采用钻爆法扩挖平导隧洞，以使平导隧洞能够形成ⅱ线隧洞，在所述平导隧洞内的第一通风管道上设置第二支管，所述第二支管从大型tbm机前方向第四施工队的施工面供氧，所述第二支管选择φ1.6m风管。根据需要，在合适位置设置排风机，以加快第四施工队附近的污风排出速度。优选的，所述平导隧洞和所述ⅱ线隧洞的送风总长为11518m，所述平导隧洞和所述ⅱ线隧洞的掌子面需风量为：885m3/min；所述ⅰ线隧洞的送风总长为13260m，所述ⅰ线隧洞的掌子面需风量为：2248m3/min；所述风机包括3台功率3×250kw的avh180风机、5台功率3×160kw的avh140风机，所述风管包括多节φ1.6m风管、多节φ1.8m风管和多节φ2.2m风管，所述风管的百米漏风率0.015，风管摩擦阻力系数0.02。优选的，所述风机包括变频风机、射流风机。优选的，所述小断面的规格为φ6.3m，所述大断面规格为φ9.0m。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)结合隧洞开挖施工方法设计配合的通风方法，以挖掘特长隧洞。(2)第一施工队和第二施工队的工作区域通过预留气流墙和隔断气流墙相隔离，这样，能够避免两个作业面排出污风的对作业区域的相互干扰。(3)第四施工队采用钻爆法扩挖平导隧洞，第二支管既用于向第四施工队的施工面供氧，又用于加快平导隧洞的污风排出。附图说明图1为云贵高原某隧洞出口段施工范围图。图2为隧洞施工通风风机选型系统软件界面图。图3为图1的隧洞施工中的平导隧洞开挖作业中，满足施工控制风量的通风设备的选型结果，具体为3×avh180(3×160kw)风机与φ1.6m风管。图4为图1的隧洞施工中的正洞开挖作业中，满足施工控制风量的通风设备的选型结果，具体为3×avh180(3×250kw)风机与φ2.2m风管。图5为图1的隧洞施工中的正洞开挖作业中出口工区第一阶段通风布置图，本阶段中，平导隧洞作业面供风量≥885m3/min，平导隧洞作业面通风风机11和第一通风管道12的最长通风距离为500m，正洞作业面供风量≥2248m3/min，正洞作业面通风风机21和第二通风管道22的最长通风距离为360m。图6为图1的隧洞施工中的正洞开挖作业中出口工区第二阶段通风布置图，本阶段中，平导隧洞作业面供风量≥885m3/min，正洞作业面供风量≥2248m3/min。图7为图1的隧洞施工中的正洞开挖作业中出口工区第三阶段通风布置图，本阶段中，平导隧洞作业面供风量≥885m3/min，平导隧洞作业面通风风机11和第一通风管道12的最长通风距离为5000m，正洞作业面供风量≥2248m3/min，正洞作业面通风风机21和第二通风管道22的最长通风距离为4500m。图8为图1的隧洞施工中的正洞开挖作业中出口工区第四阶段通风布置图，本阶段中，平导隧洞作业面供风量≥885m3/min，正洞作业面供风量≥2248m3/min。图9为图1的隧洞施工中的正洞开挖作业中出口工区平导隧洞扩挖施工通风布置图。图中，1-平导隧洞，11-平导隧洞作业面通风风机，12-第一通风管道，14-第一支管，15-第二支管，16-平导隧洞扩挖处，2-正洞，21-正洞作业面通风风机，22-第二通风管道，31-辅助通道，32-辅助通道，33-辅助通道，34-辅助通道，3n-1-辅助通道，3n-辅助通道，3n+1-辅助通道，4-隔断气流墙，5-射流风机。具体实施方式下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。表1为下述实施例进行通风计算的基础参数。表1通风计算基础参数表实施例1：一种特长隧洞施工用长距离通风方法，所述特长隧洞包括正洞2、平导隧洞1和用于连通正洞2和平导隧洞1的辅助通道，包括以下步骤：确定与施工区域需氧量、隧洞长度匹配的通风设备，通风设备包括通风管道、吹风机和排风机，吹风机选择变频风机，排风机选择射流风机；采用钻爆法开挖特长隧洞的端头区域，以使平导隧洞具备小型tbm机始发作业条件、正洞具备大型tbm机始发作业条件；其中，第一施工队小断面开挖平导隧洞，在所述平导隧洞内设置用于向第一施工队的施工面供氧的第一通风管道，所述第一通风管道采用压入式通风；第二施工队大断面开挖正洞，在所述正洞内设置用于向第二施工队的施工面供氧的第二通风管道，所述第二通风管道采用压入式通风；当所述第一施工队的施工面超前所述第二施工队的施工面至少一个辅助通道时，第三施工队小断面开挖辅助通道和正洞，在所述第一通风管道上设置用于向第三施工队的施工面供氧的第一支管。由于小断面较大断面开挖量少，所以平导隧洞具备小型tbm机始发作业条件的时刻早于正洞具备大型tbm机始发作业条件的时刻，在平导隧洞具备小型tbm机始发作业条件后，小型tbm机步进到达平导隧洞始发作业区，第一施工队采用小型tbm机续挖平导隧洞。此阶段，第一通风管道选择φ1.6m风管，第一支管选择φ1.6m风管，第二通风管道选择φ1.8m风管，第一通风管道的进风端连接有功率2×160kw的吹风机，第二通风管道的进风端连接有功率2×160kw的吹风机。在正洞具备大型tbm机始发作业条件后，大型tbm机步进到达正洞始发作业区后，第二施工队采用大型tbm机续挖正洞。此阶段，第二通风管道选择φ2.2m风管，所述第二通风管道的进风端连接有功率3×250kw的吹风机，将第一通风管道经正洞、大型tbm机后方的辅助通道和平导隧洞引入第一施工队的施工面、第三施工队的施工面，所述第一通风管道的进风端连接有功率3×160kw的吹风机。第三施工队采用钻爆法小断面开挖辅助通道和正洞。优选的，在接近第三施工队下次开挖辅助通道和正洞所需行经区域时第三施工队返回，以在第三施工队下次开挖辅助通道和正洞时，在正洞内、第三施工队的邻近两次挖掘区域形成预留气流墙；在第二施工队开挖正洞的过程中，每越过一个预留气流墙，在其后方的最近一个横向通道内设置隔断气流墙，以使平导隧洞与正洞间的污气排出气流相隔离。进一步的，第二施工队开挖的正洞能够形成ⅰ线隧洞，在第一施工队的施工面超前第二施工队的施工面≥1.5km后，第四施工队采用钻爆法扩挖平导隧洞，以使平导隧洞能够形成ⅱ线隧洞，在平导隧洞内的第一通风管道上设置第二支管，第二支管从大型tbm机前方向第四施工队的施工面供氧，第二支管选择φ1.6m风管。优选的，小断面的规格为φ6.3m，也就是小型tbm机的有效开挖直径为6.3m。大断面规格为φ9.0m，也就是大型tbm机的有效开挖直径为9.0m。优选的，平导隧洞的送风总长为11518m，平导隧洞的小型tbm机施工面需风量为：885m3/min；正洞的送风总长为13260m，正洞的大型tbm机施工面需风量为：2248m3/min；风机包括3台功率3×250kw的avh180风机、5台功率3×160kw的avh140风机，风管包括多节φ1.6m风管、多节φ1.8m风管和多节φ2.2m风管，风管的百米漏风率0.015，风管摩擦阻力系数0.02。在前述施工过程中，根据需要，在正洞、平导隧洞和辅助通道中的任意一条隧洞的过风断面较小处增设排风机，以加快污风排出速度。实施例2：一种特长隧洞施工用长距离通风方法，施工项目位于云贵高原某海拔1300米的隧洞，包括以下步骤：(1)计算获取经海拔修正后的控制风量；施工通风所需风量按洞内同时作业最多人数、洞内允许最小风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量、内燃机械设备总功率以及降温需风量分别计算，取其中最大值作为控制风量，最后进行海拔修正。主要计算如下：①按洞内同时作业最多人数计算q人＝q·n式中：q－作业面每一作业人员的通风量，取3m3/(人·min)；n－作业面同时作业的最多人数。经计算开挖面需风量为：240m3/min。②按洞内允许最小风速计算q风＝s·v式中:s—隧洞最大开挖断面积,m2；v—洞内允许最小风速，取洞内允许最小风速按表5-1取值。经计算开挖面需风量为：正洞钻爆法施工750m3/min、平导隧洞钻爆法施工540m3/min、正洞tbm法施工1905m3/min、平导隧洞tbm法施工750m3/min。③按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算式中：a－同时爆破炸药量，kg；t－通风时间，30min；l－通风换气长度，150m；f－隧洞断面积，m2。经计算开挖面需风量为：正洞699m3/min、平导隧洞606m3/min。④按内燃机械设备总功率计算q内＝h·q式中：h—同时作业内燃机械总功率，kw；隧洞作业面施工期间同时作业最大功率为出碴时1台装载机和1台出碴车同时工作计算。q—取内燃机械单位功率供风量，3m3/(kw·min)。经计算，正洞、平导隧洞开挖面需风量均为1074m3/min。⑤tbm设备散热需风量计算通常按设备总装机功率每1000kva需要2.5m3/s风量计算。经计算正洞需风量为1050m3/min，平导隧洞需风量为750m3/min。依据上述计算结果确定各工区开挖面控制风量如下：出口工区正洞为1905m3/min、平导隧洞为750m3/min。根据海拔修正系数，出口工区为控制风量的1.18倍。则通风量修正为：出口工区正洞为2248m3/min、平导隧洞为885m3/min。(2)根据隧洞长度选择合适的通风设备；风机选型原则：①根据开挖面风量及风管百米漏风率平均值计算出风机出风口需风量。②计算通风系统的阻力，即可得出风机需要提供压力。③选择能满足①、②中计算结果的风机，并保证提供此参数的风机能在高效区运行。④尽量选用变频风机，在隧洞前期开挖过程中可以大幅节约电能。风机出口风量按下式计算：式中：qf—风机出口风量，m3/min；qo—掌子面需风量，m3/min；β—百米漏风率,取值0.015；l—最长通风距离，m；风管阻力按下式计算：式中：p—风管阻力，pa；λ—风管摩擦阻力系数，取0.02；d—风管直径，m；ρ—空气密度，取1.2kg/m3；以通风最不利情况下为例进行通风计算，平导隧洞最长送风距离为11518m，正洞最长送风距离为13260m，正洞tbm机施工需风量为：2248m3/min，平导隧洞tbm机施工需风量为：885m3/min，正洞布设φ2.2m的风管较为合适，风管材质选择百米漏风率0.015，风管摩擦阻力系数0.02。利用计算软件，通过风机厂家给定的各种型号的风机，根据其提供的风机参数和曲线，tbm段正洞可选择3×avh180风机(功率3×250kw)，平导隧洞可选择3×avh180风机(功率3×160kw)，钻爆段正洞及平导隧洞均可选择2×avh140风机(功率2×160kw)并进行校核计算，tbm段校核计算结果如图2-4所示，其他类型不在赘述。(3)采取与施工方案匹配的通风方式，其中，所述施工方案是采用大型tbm机开挖正洞，大型tbm机开挖正洞能够一次成型形成ⅰ线隧洞，采用小型tbm机开挖平导隧洞，以便于正洞救援和对正洞进行超前探测，在小型tbm机掘进距离超前大型tbm机≥1.5km后，采用大型tbm机对平导隧洞进行扩挖作业，以使扩挖后的平导隧洞能够形成ⅱ线隧洞；由于大型tbm机开挖正洞的开挖量大于小型tbm机开挖平导隧洞的开挖量，所以小型tbm机开挖平导隧洞的行进速度大于大型tbm机开挖正洞的行进速度。在小型tbm机掘进距离超前大型tbm机＜1.5km时，采用压入式通风。具体如下，第一阶段：正洞和平导隧洞均采用2×avh140风机(功率2×160kw)，平导隧洞匹配φ1.6m风管、正洞匹配φ1.8m风管送风。布置图见图5。第二阶段：钻爆法施工，独头压入式通风；通过96#横通道增设一个正洞开挖面，增设面通过平导隧洞风机进行三通分流通风。正洞和平导隧洞均采用2×avh140风机(功率2×160kw)平导隧洞匹配φ1.6m风管、正洞匹配φ1.8m风管送风。布置图见图6。第三阶段：tbm机施工，独头压入式通风。小型tbm机步进到达平导隧洞tbm机始发区域后，大型tbm机步进到达正洞tbm机始发区域前，采用独头压入式通风；正洞和平导隧洞均采用2×avh140风机(功率2×160kw)，平导隧洞匹配φ1.6m风管、正洞匹配φ1.8m风管送风，两台风机分别布设在两个洞口。在过风断面较小处增设射流飞机射流风机加压导流；布置图见图7。第四阶段：tbm施工，独头压入式通风。大型tbm机步进到达正洞tbm机始发区域后，将平导隧洞风机移到正洞洞口，平导风管沿钻爆法施工的辅助通道形成的三叉口进入平导隧洞。正洞风机调整为进口3×avh180(3×250kw)，匹配φ2.2m风管；平导隧洞风机调整为进口3×avh180(3×160kw)，匹配φ1.6m风管；根据现场实际情况，局部增设射流风机加压导流，确保现场通风效果。布置图见图8。在小型tbm机掘进距离超前大型tbm机≥1.5km后，可进行平导隧洞同步扩挖；平导通风管沿正洞布设，在距正洞最近辅助通道进入ⅱ线，可采用风管三通将新风送入小型tbm机施工面后方和钻爆法扩挖作业的施工面前方，根据钻爆法扩挖处的现场情况增设射流风机，加速污风排出速度。布置图见图9。其中，随着小型tbm机或大型tbm机的隧洞作业面的推进或转移，根据需要拆装风管或接长管路，以使管路出风口紧跟作业面。风管的安装与拆卸要满足以下要求：①风管的安装位置和管路出风口到工作面的距离要按照方案实施细则的要求进行；②风管的连接方向，应使有内衬里的一头朝向风流的方向；③风管吊挂牢固，接头连接紧密，拉链拉好后，把外密封反边翻好到位；④安装好的管路要保证平直、顺畅，转弯自然；⑤风管的安装时间应尽量避免在工作面需要供风之时；⑥在延长通风管路时，新风管接在中间，末端风管向前移动；⑦tbm施工时，由于tbm最后一个拖车上设有风管存储仓(两个轮换使用)，因此事先在存储仓中存放200m风管，采用8#铁丝牵线至主控室上方，随着tbm的推进，风管被自动拉出，值班人员将风管吊环挂至铁丝上，并把风管拉直。⑧当tbm停止向前掘进时，应及时将风管扎紧在风管存储器上，以免漏风；如风管存储器中预留风管少于10m，应及时向存储器中补充风管备用。⑨由于风管在挂设过程中会穿过较多台车、台架，因此为减小通风管路风阻，所有台车、台架均应留有足够空间供通风管路通过(正洞2.2m、平导1.6m)。台车、台架前后的风管要满足平、顺、直、不拐死角的要求，走台车时，值班通风人员应时刻关注，并保证风管不被刮破。在施工过程中，要做好管路的巡检、维护工作，以获知管路信息，所述管路信息包括风管破损情况、接头拉链是否损坏以及吊挂是否牢固等，及时修补或更换风管，以减少管路漏风。具体如下：管路的维护和更换要求如下：①对管体受损严重、漏洞较多或较大的风管、接头拉链损坏的风管；②对于已衬砌或进入安全地段的风管，要换成200或300米一节风管；③在易损地段更换风管时应采用10米节长的短风管；④对于可能损坏风管的出露锚杆，要及时进行处理；⑤对于车辆经常碰到的通风管路，要及时抬高；⑥检底作业时，要对附近的管路采取保护措施；⑦放炮作业时，要提前通知风机司机停风保护。钻爆法施工中，开挖、检底、剥皮、台车移动和车辆运行等经常会造成风管的损坏。为减少风管漏风，降低成本，需要对更换下来的破损风管进行修补。要求：①管体漏洞采用焊枪进行修补；②更换拉链使用补鞋机；③补好的风管要清洗干净，凉干叠好，入库备用。在施工过程中，要做好施工现场的通风系统检测工作，以在出现突发状况时及时采用应急措施。具体如下：(1)检测方法。对新风区、工作面和回风区分别布点进行检测，利用温、湿度计检测温度和湿度，利用风速仪检测风速利用空盒气压计检测大气压力，利用精密数值压差计和皮托管检测风机和风管内风压，利用功率输出仪检测风机工况，然后结合各项检测结果对通风系统的可靠性和满足设计要求的程度进行分析。检测频次可以采取每天检查1次，并及时记录检测结果，在相关项目出现异常时，要加大检测频次，例如每天2-3次。(2)检测项目及仪器表2某隧洞作业环境检测项目及设备表序号检测项目检测仪器备注1一氧化碳浓度co检测仪2二氧化氮浓度no2检测仪3二氧化碳浓度co2检测仪4氧气浓度o2检测仪5粉尘浓度微电脑粉尘仪6隧洞风速风速仪7隧洞气温、湿度数字温湿度表(3)控制标准在隧洞整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：①空气中氧气含量，按体积不得小于20％。②隧洞内允许最小风速正洞vmin＝0.15m/s、辅助坑道vmin＝0.25m/s。③隧洞内气温不得高于28℃。④粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10％以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg，每立方米空气中含有10％以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg。⑤爆破30min后，有害气体二氧化氮不得大于5mg/m3，一氧化碳不超过30mg/m3、二氧化碳不超过0.5％。(4)检测断面。每个开挖口选择掌子面开挖、仰拱施工、二次衬砌施工3个检测断面。检测位置选择在开挖底面1.5m高、距离隧洞壁1m处，每个断面均测试3次，取最大值作为该断面检测浓度。根据施工过程的检测结果记录，所有记录均符合职业健康及安全标准，同时也满足设计与施工要求，未发现异常记录。上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属
技术领域：
的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。当前第1页12