隧道通风专项方案
⑴《铁路工程基本作业施工安全技术规程》(TB10301-2009)
⑵《铁路隧道工程施工安全技术规程》(TB10304-2009)
⑶《新建崇礼铁路工程先期开工段GLSG-1标实施性施工组织设计》
⑷《正盘台隧道说明》;
⑸《铁路隧道施工规范》(TB10204-2002);
⑹《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120-2002)。
(1)科学配置的原则
科学配置通风设施,风机型号,功率与风管直径必须配套,达到低风阻,满足低损耗高送风量要求。
(2)经济合理的原则
理论计算隧道内需风量,风量以满足国家标准为原则,达到既满足现场施工,又节约能源的目的。
(3)利用现有设施的原则
尽量利用现场现有的通风设备,既达到合理利用又满足施工通风的要求。
⑴本标段起点及正盘台隧道进口位于宣化县李家堡乡小白杨村北侧,标段终点位于赤城县龙关镇西青羊沟村。其中正盘台隧道优化后的3#斜井、4#斜井分别位于赤城县龙关镇窑湾村西侧和后侧,隧道出口位于赤城县龙关镇西青羊沟村左侧鹰窝沟内。具体平面位置见图1。
⑵各斜井与隧道均采用斜交单联式联接,采用无轨运输双车道衬砌断面形式,斜井内净空根据运输要求,结合机械设备、管线布置、人行道、安全间隙等方面考虑,同时兼顾大型挖机及三臂凿岩台车同行条件,车辆空间具体尺寸为6m×4m(宽×高)。斜井净宽7.5m(6m车道宽+0.8m人行道宽+0.7m余宽),斜井净高6.2m(车辆高度4m+风管直径1.5m+通风管与车辆间安全距离不小于0.3m)。斜井建筑限界及衬砌内净空见图2。
图1 线路平面示意图
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图2 斜井建筑限界及衬砌内轮廓图
⑶优化后3#斜井位于线路前进方向右侧,3#-1-1支洞与线路左线相交于DK37+600里程处,平面交角90°,斜井水平投影长度1195m,隧道最大坡度7.6%;3#-1-2支洞与线路左线相交于DK37+900里程处,平面交角90°,斜井水平投影长度184m,隧道最大坡度5%;3#-2支洞与线路左线相交于DK38+500里程处,平面交角90°,斜井水平投影长度500m,隧道最大坡度10.2%。
⑷优化后新增4#斜井位于线路前进方向右侧,与线路左线相交于DK40+500里程处,平面交角90°,斜井水平投影长度585m,隧道最大坡度7.13%。
⑸正盘台及各斜井设计情况表。
表1 正盘台隧道出口分部各斜井设计情况表
⑹正盘台隧道出口分部各斜井平面示意图
出口分部各斜井布置示意图
3.3工程地质及不良地质
3.3.1工程地质
正盘台隧道进口位于张家口市宣化区前坝村东北侧,出口位于张家口市赤城县,地面高程1047.00~1888m,最大高差841m,地形起伏较大,山势陡峭,山体处大部分可见基岩出露,地表植被发育。
据地质调绘及现场勘探揭示,隧址区地层岩性主要为:1)第四系全新统冲洪积层(Q4pl+al)漂石土、粗角砾土。2)第四系上更新统冲洪积层(Q3pl+al)砂质黄土、粗角砾土、细角砾土。3)侏罗系上统张家口组(J3z)喷出岩,为一套酸性及中偏碱性的火山喷出岩,主要岩性有粗面岩、流纹岩、凝灰质砾岩及粗面安山岩。4)燕山早期(γ5z)花岗岩,强-弱风化状态。5)太古界桑干群化家营组(Arh)花岗质混合岩,强-弱风化状态。
据区域地质资料及地质调绘,本区受北部区域外东西向崇礼—赤城断裂影响,使本区产生多次褶皱,形成北西向的倒转背、向斜,受地应力影响,产生一系列的张性及压性节理,但后期构造活动减弱,未形成深大断裂。
根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2015),沿线地震动参数见下表。
表1.4-1地震动峰值加速度划分表
本标段在小里程端洞顶以上的多个冲沟有泉水发育,隧道左侧山体坡脚亦有泉水出露,泉水为正盘台和坝口村村民牲畜的主要饮水来源。泉水可以直接供村民饮用,水质良好。勘察期间发现2处泉眼。
1号泉眼位于后坝口村东侧山坡上,DK32+200右侧130 m处,隧道底板高程为1101m,泉眼高程为1215m,为前坝口村村民饮用泉,常年有水,原水量较大,供前坝口30户村民饮用,随着1#斜井开挖掘进现已断流。
2号泉眼位于后坝口村北侧山坡上,DK32+800左侧290m处,隧道底板高程为1118m,泉眼高程为1211m,主要为后坝口村浇地及牲畜用水,常年有水,原水量较大,随着1#斜井开挖掘进水量急剧减小。
本隧道受各类风化及地质作用的影响,节理、裂隙发育,地下水赋存于节理、裂隙中,水量较大,尤其是沟谷、破碎带及岩性接触带。
根据现场调查、区域资料综合分析,隧道涌水量情况见下表:
表1.4-2 隧道涌水量表
综合分析预测隧道正常涌水量37211 m3/d,最大涌水量为74422m3/d。
根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005-2010)侵蚀性标准,初步判定地表水及地下水对普通混凝土结构无侵蚀性。
隧道不良地质及特殊岩土
⑴花岗岩地层存在差异风化现象;⑵侏罗系火山喷出岩为多期喷发,洞身夹有软弱层,多为夹层及透镜体形式出现,分布不均匀,软弱层较破碎,岩性较软,工程形式较差,易产生大变形,会导致产生掉块,甚至坍方、冒顶等危险。⑶DK36+700- DK37+100段埋深较大,可能存在岩爆风险。⑷隧道所通过的范围内的特殊岩土为砂质黄土。
4.通风方式选择(罗总)
⑴3#斜井工区,Y形支洞分三个支洞共计五个正洞面和一个平导面施工,采有无轨运输方式,可采用独头压入式通风,中后期采用压入式和轴流通风相结合。
⑵4#斜井工区,采用无轨运输方式,可采用独头压入式通风。
⑶出口工区,单正洞施工,采有无轨运输方式,采用独头压入式通风,随着隧道深入加大送风量。
5.选型计算(罗总)
5.1计算参数
风量和风阻计算需要一定的边界条件和相关参数,根据设计依据所提供的相关资料,对计算参数进行了整理,具体数据见表5-1。
表5-1 施工通风计算参数表
5.2风量计算
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和瓦斯涌出量分别计算,取其中最大值作为控制风量。
(1)按洞内同时作业最多人数计算
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计算可知:正洞需风量为300 m3/min,平导需风量为150 m3/min。
(2)按洞内允许最小风速0.25m/s计算
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计算可知:正洞需风量为2040 m3/min,平导需风量为750m3/min。
(3)按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算
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式中:7fc56270e7a70fa81a5935b72eacbe29.png
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计算可知:正洞需风量为1595 m3/min,斜井(平导)需风量为818m3/min。正洞按照三台阶开挖考虑,平导按照全断面开挖考虑,一次性爆破炸药量均较少。
(4)按内燃机械设备总功率计算
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3#斜井工区和4#斜井、出口工区为无轨运输工区,除开挖面装碴内燃机械外,洞内交通运输设备均为内燃机械,在送风距离最远的最不利通风条件下洞内按4台出碴车考虑,所以总功率为165kw+4×211kw=4036kw。计算可知正洞开挖面需风量为4036 m3/min
经计算可知,正洞无轨运输时单开挖作业面所需控制风量为4036m3/min(按内燃机械总功率计算值最大),单斜井(平导)开挖面所需控制风量为818m3/min。
5.3通风设备选型计算
5.3.1轴流风机选型计算
通风阻力因选择的风管直径和风机型号以及送风距离的不同会有很大差距,需要指出的是,如果选择的风管直径过小,会导致通风阻力过大,不能满足送风需要;如果选择的风管直径过大,又会造成浪费,且不利于施工组织。
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式中:44c29edb103a2872f519ad0c9a0fdaaa.png
下面我们只针对每个工区的实际情况,结合风机特性曲线和送风长度对通风阻力进行模拟计算,同时也对风机风管进行选型匹配。风管阻力曲线计算公式见式5-1。
(1)进口工区
进口工区由于采用射流巷道式通风,根据施工组织进度计划可知,其正洞和平导送风管路最大长度不超过1000m,正洞开挖面需风量为2040 m3/min、平导开挖面需风量为880 m3/min,这也是风管出口风量,按照平均百米漏风率1.5%计算可知:正洞需要风机提供风量为2373 m3/min、平导需要风机提供风量为1024 m3/min。通过反复计算可得出:正洞选用2×132kw轴流风机与Φ1.6m风管匹配比较合理;平导选用2×75kw轴流风机与Φ1.2m风管匹配比较合理。其模拟计算曲线图如图5-1和5-2所示。
图5-1 进口工区正洞模拟计算曲线图
图5-2 进口工区平导模拟计算曲线图
计算结果如下:
进口工区正洞:风机风量为2871 m3/min>2373 m3/min,风机静压为3828Pa,风管出口风量为2469 m3/min>2040 m3/min,风管风阻值为1.67Ns2/m8。
进口工区平导:风机风量为1524 m3/min>1024 m3/min,风机静压为4496Pa,风管出口风量为1310 m3/min>880 m3/min,风管风阻值为6.96Ns2/m8。
(2)1#、2#斜井工区
1#、2#斜井工区也采用射流巷道式通风,根据施工组织进度计划可知,其正洞和平导送风管路最大长度也不超过1000m。其风机风管匹配和计算结果与进口工区相同,这里不再赘述。
(3)3#斜井工区
3#斜井工区只采用独头压入式通风,根据施工组织进度计划可知,其正洞送风管路最大长度为2194m(斜井510m、正洞1684m),正洞开挖面需风量为4036m3/min(风管出口风量),按照平均百米漏风率1.5%计算可知:正洞需要风机提供风量为5628 m3/min,单台风机很难满足如此大的风量。通过计算得出正洞选用2×132kw轴流风机与Φ1.8m风管匹配比较合理,但是必须布置两台风机和两路风管方可满足风量要求。其模拟计算曲线图如图5-3所示。
图5-3 3#斜井工区正洞模拟计算曲线图
计算结果如下:
风管风阻值为1.69Ns2/m8,风机风量为2×2866m3/min=5732m3/min>5628 m3/min,风机静压为3853Pa,风管出口风量为2055 m3/min×2=4110 m3/min>4036 m3/min。
(4)出口工区
出口工区只采用独头压入式通风,根据施工组织进度计划可知,其正洞送风管路最大长度为1763m,正洞开挖面需风量为4036m3/min(风管出口风量),按照平均百米漏风率1.5%计算可知:正洞需要风机提供风量为5297 m3/min,单台风机也很难满足如此大的风量。通过计算可得出正洞也选用2×132kw轴流风机与Φ1.8m风管匹配比较合理,同样也是必须布置两台风机和两路风管方可满足风量要求。其模拟计算曲线图如图5-4所示。
图5-4 出口工区正洞模拟计算曲线图
计算结果如下:
风管风阻值为1.45Ns2/m8,风机风量为2×2946m3/min=5892m3/min>5297 m3/min,风机静压为3485Pa,风管出口风量为2257 m3/min×2=4514m3/min>4036 m3/min。
5.3.2射流风机选型计算
射流风机工作风压ba525019128ace37c7e2aa00f57f7fac.png
射流风机产生的压力必须得以克服整个系统的阻力,即:
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经计算,进口工区和1#、2#斜井工区各需要两台SSF-№16型射流风机(55kw)。
6.通风设备配置(李健康)
各工区因通风条件不同对通风设备要求的型号和数量也不同,其所需的通风设备建议参数和数量见表6-1和6-2。
表6-1 通风设备参数表
注:瓦斯工区设置在洞内的风机需采用防爆型风机。
表6-2 通风设备数量表
7.通风布置(董晓亮平面图)
7.1出口工区
(1)3 #斜井工区
3#斜井工区通风布置共分四个阶段:
第一阶段,在3-2进入正洞之前(节点工期2018年3月23日之前),只有3-1支洞、3-2支洞两个开挖面,均采用独头压入式通风,斜井洞外采用2台SDF(C)-№13型风机和Φ1.8mPVC风管送风,分别送风到3-1和3-2支洞两个开挖面,布置图如图7-9所示,送风距离最长1564米,风机需要全功率运转。
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图7-9 3#斜井工区第一阶段通风布置图
第二阶段,3-2支洞进入正洞施工后(节点工期2018年5月9日之前),有3-1-1支洞,3-1-2支洞,3-2小里程,3-2大里程4个开挖面,开始采用射流巷道式通风,在洞外设置一台SDF(C)-№13型风机和Φ1.8mPVC风管为正洞送风,另一台SDF(C)-№13型风机移到3-2三岔口向内位置,为3-1-1支洞和3-1-2支洞送风。风流总体方向为3-2支洞大小里程开挖面进新鲜风,3-1-1支洞和3-1-2支洞排出污风,布置图如图7-10所示,送风距离均大于1000m,风机需要全功率运转。
word/media/image55.gif图7-10 3#斜井工区第二阶段通风布置图
第三阶段,3-1-2支洞进入正洞(节点工期2018年6月13日前)有3-2小里程,3-2大里程,3-1-2小里程,3-1-2大里程,3-1-1支洞5个开挖面,在3-1-2支洞内增加1台射流风机,为3-1-2小里程,3-1-2大里程开挖面送风,采用SDF(C)-№13型风机和Φ1.8mPVC风管。布置图如图7-11所示,送风距离均大于1000m。风机需要全功率运转。
word/media/image56.gif图7-11 3#斜井工区第三阶段通风布置图
第四阶段,3-1-1支洞进入正洞,有3-2小里程,3-2大里程,3-1-2小里程,3-1-2大里程,3-1-1小里程5个开挖面,开挖面未增加,但进入正洞断面增加,需风量增加,3-2三岔口风机向内移动,其通风布置图如图7-12所示,送风距离均小于1000m。
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图7-12 3#斜井工区第四阶段通风布置图
(2) 4#斜井工区
4号斜井进入正洞施工,有正洞2个开挖面,采用独头压入式通风,但是送风距离较长、开挖断面增大,需风量大大增加,采用两台SDF(C)-№13型风机和两路Φ1.8mPVC风管送风,直到隧道贯通。布置图如图7-14所示。
word/media/image58.gif图7-14 4#斜井工区第二阶段通风布置图
(3)出口工区
出口施工只有一个开挖面,采用独头压入式通风,送风距离在500m以内时,洞内内燃机械数量相对较少,需风量也相对较小,采用一台SDF(C)-№13型风机和Φ1.8mPVC风管送风,风机可以小功率运转。当施工距离超过500m时,隧道内运输行走的内燃机车辆增加,需要稀释的尾气量加大,送风距离延长导致送到开挖面的有效风量减少,仍然采用独头压入式通风,风机全功率运行。布置图如图7-16所示。
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图7-16 出口工区第二阶段通风布置图
8.施工通风管理(董晓亮)
8.1管理机构设置及人员编制原则
(1)专业化原则。技术人员、通风工人等均要专业化。
(2)统一管理原则。技术、人员、设备和材料统一管理。
(3)机构和人员以满足通风需要为原则。
8.2机构和人员
正盘台隧道出口分部各工区施工通风设置专人负责,专人管理,并成立出口分部通风应急管理领导小组。
组长:李健康
副组长:李川
组员:韩长城、秦瑞虎、柏思宇
3号斜井、4号斜井和出口工区各成立通风组,每个通风组的机构设置及人员编制如图8-1所示。
图8-1 通风组机构设置图
通风组人员职责分工情况见表8-1。
表8-1 项目主要人员和小组职责表
8.3管理制度与评价
(1)工作制度
所有工人先进行培训,考试合格后再上岗。
风管安拆组和风机司机全部执行三班轮换、洞内交接班制度;风管修补工为常白班,每班工作八小时。
(2)通风技术管理
通风技术管理包括通风方案的实施,方案的局部调整,过渡方案的设计,通风效果的监测与评价等;这些都由专业技术人员来完成。
1)通风方案的实施
通风设计方案只是一个基本模式,要在现场实施,还要进一步细化并绘制出方案实施图。要求技术人员根据设计图和现场具体情况,把方案具体化,绘制实施图,及时制定出方案实施细则,及时进行方案动态调整。
2)通风方案的局部调整
通风方案一般都是根据施工方法和施工组织来设计的,在施工过程中施组和施工方法,通常会根据地质情况的变化而变化,如增开工作面或增加运输通道等,通风方案也需要作相应的变化。要求技术人员根据施组和施工方法的变化对通风设计方案进行局部调整。
3)过渡方案的设计
通风方案都是分阶段设计的,每个阶段之间都存在过渡的问题,在施工现场从一个阶段到另一个阶段一般需要两三天时间,决不能因为实施下一阶段通风方案而影响正常施工。要求技术人员必须根据现场具体情况做好通风过渡方案。
(3)通风效果的检测与评价
通风方案实施以后,实施的方案能否达到设计要求,或者设计本身是否存在问题,这些都需要通过温度、湿度、管路的进出口风量、管路的百米漏风率、通风阻力以及工作面有害气体浓度变化等项目的测试,来检查方案落实情况(主要是通风管路安装质量),评价设计方案。要求技术人员在方案实施后尽快测试,以便对存在的问题及时修正。另外,也要求技术人员对通风效果(主要工作面的有害气体浓度变化情况)进行经常性的检测,以检查通风管路的安装维护质量。
9. 通风对施工的要求
(1)组建专业队伍进行现场施工通风管理和实施,风管安装必须平、直、顺,通风管路转弯处安设钢性弯头,并且弯度平缓,避免转锐角弯,以减小管路沿程阻力和局部阻力,并且要加强日常维修和管理。
(2)必须配有专业技术人员对现场通风效果进行检测,根据检测结果及时优化通风方案。
(3)必要时可以根据检测结果及时对通风系统作局部调整,必须保证洞内气温不得高于28℃、一氧化碳(CO)和二氧化氮(№2)浓度在通风30 min后分别降到30mg/m3和5mg/m3以下,以满足施工需要。
(4)风机必须配有专业风机司机负责操作,并作好运转记录,上岗前必须进行专业培训,培训合格后方可上岗。
(5)电工必须定期检修风机,及时发现和解决故障,保证风机正常运转。
10. 气体监测
10.1主要有害环境因素
隧道在整个施工过程中,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)隧道内允许最小风速Vmin=0.25m/s。
(3)隧道内气温不得高于28℃,隧道内噪音不得大于90dB。
(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,有害气体二氧化氮体积不得大于5mg/m3,一氧化碳不超过30mg/m3,瓦斯浓度不得超过0.5%一1.0%。
10.2污染防治措施
为了达到国家的有关规定,必须对作业环境进行定期检测,同时施工中必须采取必要的措施来改变施工环境,可采取防污染的主要措施有: (1)采用湿式凿岩机,严禁使用干式凿岩机;采用湿式凿岩与干式凿岩相比,可降低80%的粉尘。
(2)喷射混凝土采用湿喷法,用湿喷法比干喷法可降低粉尘85%。 (3)水幕降尘:把水雾化成湿水滴喷射到空气中,使之与空气中的粉尘碰撞,则尘粒附于水滴上,潮湿的尘粒凝聚成大颗粒,从而加快其降落速度,从而达到除尘的目的。爆破后及出渣中的降尘有明显的效果。
(4)机械通风:通风要保证有足够的风量、风压、风筒基本完好无损且吊挂平、顺、直。因此,施工中采取了适当的通风方法来确保达到上述目标。
(5)机械净化:主要是调整喷油嘴的喷油效果,采用涡轮增压器原理,使燃油燃烧更充分,产生的有害气体更少,并且在尾气排放装置上安装尾气净化器。
(6)个人防护:按规定佩带防尘口罩等安全防护用品。
另外,在隧道路面上定期洒水,防止车辆运行时或爆破冲击波而造成积尘二次飞扬。隧道施工时在洞内对施工机械,如空气压缩机,送风机等加设消音器等设施。
10.3主要检测对象
对于无轨运输隧道,出碴等行驶的机动车辆,其排放的尾气中气态的CO、氮氧化物是主要的有害成分。目前,对隧道空气污染的治理方法是以稀释有害成分浓度为目的的通风换气法。
相关部门应该对风速、风量、CO浓度、№2浓度等各项指标都有严格要求,定期对风速、风量、CO浓度、№2浓度进行检测,以上述四项指标为基准,决定各项施工工序的合理性,如果某项指标超标,立即上报安全环保部,理顺环境保护与隧道施工的关系,重视其环境危害,积极主动采取合理措施,使其危害降到最低限度。
10.4测对象、仪器和检测频率。
表10-1 主要检测对象、仪器参数和检测频率
11.5气体检测和应急警报系统
表格内检测频率为正常情况下次数,如果出现浓度偏高的情况,应及时增加检测频率,并且及时通知现场值班领导,做到早发现早采取措施,将损失降到最小。如果发现气体浓度超标,需及时上报项目部安部,分析处理执行不同的处理方案。
11.6上报频率
每天检测后由技术组上报工区安检和工程部,每周一次上报给项目部安全环保部,并对每次的空气质量进行评价分析处理,以便对存在的问题及时修正。
¥29.8
¥9.9
¥59.8