隧道辅助导坑洞内调压分配室通风施工方法 【技术领域】
本发明涉及铁路隧道施工技术领域，尤其是涉及一种隧道辅助导坑洞内调压分配室通风施工方法。
背景技术
现如今国内外长大隧道采用钻爆法进行施工时，一般都需设置辅助导坑，如平行导坑、斜井、竖井等，其辅助导坑在施工起到探明地质和提供施工工作面并有效减少单口掘进长度的作用。但出于减少工程投资的目的，一般辅助导坑均采用较小的开挖断面，如隧道的开挖断面积一般在70—160m2，而辅助导坑的成型断面积多为30m2左右。众所周知，隧道施工中的通风是一道关键工序，其作用是从洞外向洞内输送足够的新鲜空气，排出洞内爆破和运输产生的炮烟和有害气体，以最终保证洞内作业人员和机械对新鲜空气的需要，使洞内空气达到国家和行业规定的标准。在长大隧道施工中通风效果的好坏，直接影响到工程的进度和作业人员的身体健康。
目前，国内外隧道施工通风大多采用管道压入式的通风方式，在洞口外设置轴流风机，该轴流风机通过与其相连的通风管道即柔性风管将新鲜空气送至隧道掘进工作面，洞内的污浊空气在送入洞内新鲜空气的挤压作用下，沿已开挖好的洞身排至洞外。此种通风方式随着国内外轴流风机和通风管道性能的提高，可以解决隧道由洞口两端向前掘进的通风，通过安装单个轴流风机可以通风3km左右，国内多采用直径为1—2m的柔性风管，国外采用柔性风管5的直径为1.5—3m。在隧道较长时，采用多个轴流风机并、串联的方式以提高风量和送风距离。
而在采用辅助导坑进行隧道施工时，施工通风则较为困难，特别是在通过辅助导坑施工的工作面与进出口掘进工作面没有贯通时，一般仍采用管道压入式通风方式，而与进出口工作面贯通后可采用巷道通风与管道通风相结合的方式。具体如下：在通过辅助导坑进行正洞掘进且没有与进出口掘进工作面贯通前，采用管道压入式通风，此时由于辅助导坑成型断面的面积有限，如一般平导、横通道、斜井的成型断面积在30m2左右，即：高度不超过6m，宽度在5m左右；而辅助导坑上要担负洞内出碴、运进材料、供应高压风和水、电等工作，因而上述设施占据了辅助导坑有限断面面积的相当部分，使通风管即柔性风管的直径受到极大的限制，而通风管的直径大小直接关系到施工通风的效果。在辅助导坑成型断面积为30m2左右的情况下，从其中扣除上述各部分所需要的空间尺寸后，剩余通风管占据空间非常小，其所能容纳通风管的直径一般不超过1.3m，这样就极大地限制了施工期内向洞内送入的新鲜风量和输送距离。因为根据流体力学的原理，送风系统的管道摩擦阻力与管道直径的五次方成反比，而管道摩擦阻力又是通风系统的主要阻力，一般要占到总阻力的90％以上，因而，如何克服管道阻力是做好长大隧道施工通风的关键所在。而在隧道通过辅助导坑进行正洞掘进且与进出口工作面贯通后，此时由于可以利用贯通的隧道洞身进行送风和排烟，因而能够使施工通风工作简化，能够轻易取得较好的通风效果。
综上，设计长度在6km以上且采用钻爆法进行施工的交通隧道(铁路、公路)，一般都设计有辅助导洞，包括斜井、横洞、竖井、横通道洞等，这些辅助导洞都要承担正洞的开挖掘进任务，但辅助导洞的断面均远远小于正洞的施工断面。如果辅助导洞的长度较长，在到达与正洞的交汇处后且要承担向两个方向的掘进任务时，仅用一个风机不能够将空气送到正反向的两个掘进工面；而采用两个以上风机串联，则由于风压匹配不好，造成通风不畅；而且，由于受到辅助导洞巷道断面大小的限制，施工中通风受到极大的制约，长距离的管道阻力消耗了风机所提供的功能，使得洞内得不到足够的新鲜空气，影响工程进行。而解决此问题的一般常用办法：一是加大通风管直径，减小风管的阻力；二是提高通风机的功率；还有就是增加通风管道的数量。但由于受到辅助导洞断面的限制，通风管的直径不可能随意增大，也不可能增减通风管道的数量；而增加通风机功率，则受到国内风机设备生产厂的制约，同时将会造成较高的耗能。因而，通过这几个渠道解决通风问题是难以做到的。
现有国内长大隧道通过辅助导洞掘进施工，所采用的通风方法是直接压入式，并且该方法主要应用于辅助导坑进入正洞后向两个方向掘进时的施工通风。大致分为以下两种：1、单机直接压入式，即在辅助导坑的洞口处安装一个轴流风机并通过柔性风管送至辅助导坑与正洞的交汇处，再通过一个三通管将空气分配至两端的掘进工作面，有时也需要在三通管后串联轴流风机。此种方法在辅助导坑承担正洞掘进不长(两端分别掘进不超过1km)时是可行的，但对于大断面隧道以无轨运输进行时，则明显出现送入的新鲜空气量不足，洞内空气混浊，作业环境极差的情形。同时，由于串联风机在主送风管道产生负压区，致使柔性风管在负压区缩径，造成通风系统效率下降；2、多机多管道压入式，即采用多个风机及多个管道压入式通风的方式，通过在辅助导坑的洞口处安装两个轴流风机和两套送风管道，将新鲜空气分别送至两个掘进工作面；虽然通风效果容易得到保证，但加大了辅助导坑的要求，既要有足够的断面安装两套管路，还要不影响运输，同时也带来较高的能耗。在一些工程施工中出于施工通风的考虑，将辅助导洞的断面予以加大，但最终造成工程成本的大幅增加。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道辅助导坑洞内调压分配室通风施工方法，其施工步骤简单、成本低、投资少且通风效果好，能有效解决长大隧道辅助导坑施工中的通风问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道辅助导坑洞内调压分配室通风施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)根据常规方法计算施工时所施工隧道正洞内一个或两个方向相反的掘进工作面所需的通风量；
(b)在所施工隧道正洞与辅助导坑的交汇处设置调压分配室，调压分配室的容量为主送风机单位时间内最大风量的18-23％；调压分配室通过主送风管道与设置在辅助导坑洞外的主送风机相接主送风机相接，调压分配室通过设置在其一侧或两侧的洞内送风机及与洞内送风机相接的分送风管道分别向一个或两个方向相反的掘进工作面送风，向各掘进工作面送风的洞内送风机风量不小于此掘进工作面所需通风量的120％；主送风机的风量不小于所有洞内送风机风量总量的120％；调压分配室设置在所施工隧道正洞内且距离所述交汇处80-200m。
步骤(b)中所述调压分配室距离所述交汇处80-120m。
步骤(b)中所述调压分配室的容量为主送风机单位时间内最大风量的20％。
步骤(b)中所述调压分配室设置在正洞的拱部或侧壁。
所述调压分配室通过由型钢做成的门架平个固定在正洞的拱部。
步骤(b)中所述调压分配室为由角钢铁皮或薄钢板及密封材料组成的密封室。
步骤(b)中所述调压分配室设置在正洞内与主送风管道连通平顺的一侧。
步骤(b)中所述各掘进工作面送风的洞内送风机的数量为多个且多个洞内送风机间相串联。
步骤(b)中所述主送风机和洞内送风机为同一类型或性能曲线接近的轴流风机。
步骤(b)中所述洞内送风机和分送风管道的接口处设置有风量调节阀。
本发明与现有技术相比具有以下优点，1、施工步骤简单且成本低；2、与单机直接压入式通风方式相比，采用本发明在洞内设调压分配室的方法，可以避免现有单机直接压入式所产生的不良问题，其通过调压分配室使送风系统的压力处于平衡状态，在主送风管道上不产生负压区，因而能够保持送风管道的良好形状，保证进风风量，最终提高了通风效果；另外，在调压分配室向两个掘进工作面送风的管道处，还可以设置风量调节阀，以随时调节洞内的空气分配，适应施工的需要；3、在不增大辅助导坑断面面积的情况下，由于辅助导坑一般不是永久工程，仅是在施工期提供施工通道，完工后还需要封闭，这样增大其断面无疑是浪费，采用本发明通过调压分配室只需安设一套通风管路室即可实现向两个掘进工作面的施工通风，与现有的多机多管道压入式通风方式相比，具有节约费用，减少通风设备等投资的优点。总之，本发明的核心是在所施工隧道正洞洞内适当地段设置与洞内外通风管道相连的调压分配室，将各自孤立的洞内外通风系统有机地联系在一起，使之形成一个相互联系的风压自动调配系统，充分发挥通风机的效率，在现有辅助导坑断面、送风管道直径、风机功率不变的情况下有效提高通风效率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为本发明具体施工隧道的施工结构示意图。
图2为本发明调压分配室的正面结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为图2的左视图。
附图标记说明：
1—调压分配室；2—正洞； 3—辅助导坑；
4—主送风通道；5—主送风机； 6—洞内送风机；
7—分送风管道；8—掘进工作面；9—门架平个。
【具体实施方式】
如图1所示，本发明一种隧道辅助导坑洞内调压分配室通风施工方法包括以下步骤：
第一步、根据常规方法计算施工时所施工隧道正洞2内一个或两个方向相反的掘进工作面8所需的通风量。实践中，可以根据常规的风速计算方法、隧道内稀释有害气体浓度的方法或隧道洞内工作人员及所用设备所需求空气量的计算方法计算所施工隧道正洞2内各掘进工作面8所需的通风量M。本实施例中，所述辅助导坑3为位于正洞2下方的自左向右倾斜导坑，并且正洞2内向左右两个方向进行掘进。
第二步、结合图2、图3及图4，在所施工隧道正洞2与辅助导坑3的交汇处设置调压分配室1，调压分配室1的容量为主送风机5单位时间内最大风量的18-23％；调压分配室1设置在所施工隧道的正洞2内且距离所述交汇处80-200m，调压分配室1通过主送风管道4与设置在辅助导坑3洞外的主送风机5相接主送风机5相接，调压分配室1通过设置在其一侧或两侧的洞内送风机6及与洞内送风机6相接的分送风管道7分别向一个或两个方向相反的洞内掘进工作面8送风，洞内送风机6安装在调压分配室1外侧。因而，采用本发明向所施工隧道正洞2内的两个反向掘进工作面8送风时，要用三个轴流风机(即一个主送风机5和两个洞内送风机6)。相应地，向所施工隧道正洞2的一个方向掘进工作面8送风时，要用两个轴流风机(即一个主送风机5和一个洞内送风机6)。另外，洞内送风机6和分送风管道7的接口处设置有风量调节阀。
所述主送风机5和洞内送风机6为同一类型或性能曲线接近的轴流风机，并且优先选择具有节能功能的风机，如变频风机或其他变速风机。另外，主送风机5的风压能够满足自辅助导坑3洞口至调压分配室1的主送风管道4的送风距离要求；洞内送风机5应满足各自的分送风管道7的送风距离要求，且均应有20％的风压富裕。也就是说，分别向各掘进工作面8送风的洞内送风机6风量不小于此掘进工作面8所需通风量的120％；主送风机5的风量不小于所有洞内送风机6风量总量的120％。本实施例中，针对两个方向相反的掘进工作面8分别设置有一个洞内送风机6，实践中，当一掘进工作面8距离较长时，其洞内送风机6的数量为多个且多个洞内送风机6间相串联。
本实施例中，调压分配室1设置在所施工隧道的正洞2内且距离所述交汇处100m，一般调压分配室1设置在距离所述交汇处80-120m处为宜；并且，调压分配室1设置在所述交汇处的右侧，也就是说，设置在正洞2内与主送风管道4连通平顺的一侧。另外，所述调压分配室1的容量为主送风机5单位时间内最大风量的20％。
本实施例中，所述调压分配室1为由角钢铁皮或薄钢板及密封材料组成的密封室；同时，为节省成本、消耗材料少以及封闭简便的目的，将调压分配室1设置在正洞2的拱部，并且调压分配室1通过由型钢做成的门架平个9固定在正洞2的拱部。实践中，在所施工隧道正洞2有扩大开挖断面的情况下，也可将调压分配室1设置在所施工隧道正洞2的侧壁。
综上，本发明提出了一种在辅助导坑3与正洞2交汇后在正洞2内的适当地点设置调压分配室1，通过辅助导坑3洞外的一台具有较大风量的主送风机5和主送风通道4将新鲜空气送至正洞2内的调压调节室1，再在具有足够空间的调压分配室1处安装向左右两个方向的洞内送风机6和分送风管道7，将空气送至掘进工作面8。这样可以使数个风机组合成一个完整的整体，从而提高改善通风效果。也就是说，本发明利用已开挖好的正洞2洞身(有条件时在做好二次衬砌地段)设置一个具有相当容量的调压分配室1，将设置在辅助导坑3洞口的主送风系统即主送风机5的新鲜空气引入调压分配室1中，在调压分配室1上设置向左右两个方向进行送风的洞内送风机6和分送风管道7，将空气接力送至掘进工作面8。本发明使所有通风管(即柔性风管)均处于正压状态，三个风机的风压联合作用，特别是将两个洞内送风机6的剩余风压传递到主送风系统，从而使主送风机5处于低风压、高风量的运行状态，从而在不增设管道、不加大主送风系统通风管直径、不增加能耗的情况下，实现较好的通风效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。