【正文】 圍巖開挖暴露后的冷卻過程因熱源不同、地質(zhì)條件不同、施工方法不同而異，隧道設(shè)計(jì)過程若能考慮這些因素的影響，提供相關(guān)數(shù)據(jù)，就可以在隧道開挖前就完成通風(fēng)降溫設(shè)計(jì)或?yàn)槭┕ぶ械脑O(shè)計(jì)提供幫助。不僅為無軌運(yùn)輸?shù)母叩販厮に矶础⒁矠橥惖墓?、鐵路隧道施工提供了經(jīng)驗(yàn)，高地溫隧洞是否需要特殊襯砌？不能根據(jù)開挖前預(yù) 測(cè)的地溫決定，應(yīng)根據(jù)開挖后巖溫因風(fēng)流的的變化情況慎重考慮。 通過施工，驗(yàn)證了有關(guān)高溫圍開挖暴露后，由于比原巖溫度低的風(fēng)流作用，隨暴露時(shí)間的增加，調(diào)熱圈半徑增大，隧道周圍高溫圍巖相應(yīng)被冷卻，溫度不斷下降的規(guī)律，為同類隧道提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 在施工中，運(yùn)輸冰塊降溫、進(jìn)風(fēng)口空氣制冷預(yù)案未采用，只是占了洞外環(huán)境溫度較低的便宜而已；因?yàn)榈貐^(qū)溫度的差異，季節(jié)溫度的差異，在以后洞外環(huán)境溫度較高的同類隧道施工中，這些方案仍可作為預(yù)案或必須實(shí)施的方案。 在計(jì)算方法方面，除去圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)外，其余計(jì)算公式及方法均為我們獨(dú)立研究開發(fā)，通過研究創(chuàng)新，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高地溫?zé)o軌運(yùn)輸施工 隧道通風(fēng)降溫計(jì)算方法的空白。 表 2 計(jì)算與實(shí)測(cè)風(fēng)溫對(duì)照表 環(huán)境溫度 ℃ 14 19 19 19 19 19 19 備注 最高巖溫 ℃ 75 75 75 65 60 50 40 開挖面 通風(fēng)時(shí)間 h 3 3 6 4 3 2 1 連續(xù)時(shí)間 計(jì)算風(fēng)溫 ℃ 31 距開挖面 110m 實(shí)測(cè)風(fēng)溫 ℃ 30 35 33 30 30 28 27 距開挖面 110m 根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工的施工工藝如圖 4 所示。 實(shí)際施工時(shí)，為了滿足進(jìn)度要求，有時(shí)需要一天開挖兩個(gè)循環(huán)，計(jì)算參數(shù)選擇每日 8 時(shí)與 20 時(shí)的溫度。 按有關(guān)公式計(jì)算得： 風(fēng)機(jī)供風(fēng)量應(yīng)不小于： min/16 48 3mQ ?需 隧道總風(fēng)壓： h 總 =3612pa 根據(jù)計(jì)算的風(fēng)壓、風(fēng)量，在立足現(xiàn)有、國(guó)產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，選用咸陽(yáng)風(fēng)機(jī)廠產(chǎn) SDDY－ 1N011A11 型風(fēng)機(jī)， 其功率為 2 75KW，風(fēng)量 9600～ 7100 m3/h，風(fēng)壓 4000～ 5600Pa，完全可滿足要求。 6 通風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算及設(shè)備選擇 1 號(hào)支洞長(zhǎng) 293m，交叉點(diǎn)里程 SD0＋ 664， 1支洞內(nèi)高地溫起點(diǎn) SD1＋ 300， 2支洞內(nèi)高地溫起點(diǎn) SD2＋ 500，施工時(shí)，預(yù)計(jì)最高溫段在其中部，即 SD3＋ 900 處，從洞口到 SD1＋ 900 長(zhǎng) 1529m,計(jì)算時(shí)通風(fēng)管長(zhǎng)度按 1500m計(jì) ，選用直徑 1400mm 風(fēng)管 。 根據(jù)通風(fēng)量隨時(shí)間的變化規(guī)律，高溫圍巖隨時(shí)間的推移不斷冷卻，通風(fēng)量隨時(shí)間的推移不斷減少，但隨著隧道不 斷的掘進(jìn)，新開挖的高溫不斷出現(xiàn)，所以選擇掘進(jìn)頭進(jìn)行通風(fēng)降溫計(jì)算是合理可行的。我們采用的計(jì)算公式充分體現(xiàn)了隨著通風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng)，原巖給予隧道的熱量逐漸減少，隧道風(fēng)溫隨時(shí)間及距離變化，為一不穩(wěn)定換熱過程。我們認(rèn)為 ，其差異在于時(shí)間、在于需求，對(duì)于忽略了時(shí)間的簡(jiǎn)化公式，需要短時(shí)間達(dá)到目的數(shù)值就大，需要較長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到目的數(shù)值就小，其規(guī)律如圖 3 所示。 計(jì)算結(jié)果分析 關(guān)于降溫通風(fēng)計(jì)算，我們參照了各種文獻(xiàn)資料中給定的換熱系數(shù)計(jì)算公式。這種變化也揭示了圍巖的冷卻過程，用來解釋為什么隧洞貫通后僅依靠自然通風(fēng)就可以使圍巖表面溫度維持在 32℃左右。 計(jì)算不同時(shí)段的通風(fēng)流量 假定開挖后停止掘進(jìn)，環(huán)境溫度為恒溫，通風(fēng)為不間斷連續(xù)的，計(jì)算不同時(shí)段降溫所需 的通風(fēng)流量并繪制降溫通風(fēng)時(shí)間與流量關(guān)系曲線，用于分析比較。 根據(jù)選擇的參數(shù)采用公式（ 11） 、 公式（ 4） ，計(jì)算 通風(fēng)量 得： smV / 3?? 洞內(nèi)風(fēng)速： smv / 2 ?? ?＞ ，滿足要求，計(jì)算風(fēng)流斷面不計(jì)超挖等擴(kuò)大、風(fēng)管等縮小因素。 代入?yún)?shù)，按公式（ 10）計(jì)算得通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫： ℃ ?????? beb MNKtt 若按計(jì)算值增加 2～ 4℃估算風(fēng)管出口風(fēng)溫， 與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相差不大，其誤差原因與計(jì)算參數(shù)選取有關(guān)。對(duì)于小斷面的巷道來說，風(fēng)管出口風(fēng)溫即初始風(fēng)溫，但對(duì)于大斷面或接近大斷面的隧道來說，情況就復(fù)雜了，可按洞內(nèi)初始風(fēng)溫大于風(fēng)管出口風(fēng)溫 1～ 3℃考慮，本次計(jì)算取初始風(fēng)溫 t0 =20℃ 。沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)， 掌子面巖溫依據(jù)地質(zhì)資料，距掌子面 100～ 120m處巖溫按掌子面巖溫的 60～ 80%計(jì)（ tr0乘以 ～ 的系數(shù)），開挖后根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正。 ⑸ 圍巖溫度 :隧洞掘進(jìn)到 SD1＋ 600 時(shí)，出現(xiàn) 60℃高地溫，需要進(jìn)行通風(fēng)降為計(jì)算，因?yàn)楦叩販氐某霈F(xiàn)為不可預(yù)料事件，當(dāng)時(shí)只能按預(yù)計(jì)最高巖溫 70℃計(jì)算，取平均值 tr =65℃。 ⑶ 計(jì)算長(zhǎng)度：根據(jù)鉆孔、出渣、初期支護(hù)的工作的需求，選取掘進(jìn)頭長(zhǎng)度 3l =110m。糯扎渡電站洞室?guī)r石導(dǎo)熱系數(shù) λ= ⑵ 導(dǎo)熱、導(dǎo)溫系數(shù)：因事發(fā)突然，計(jì)算參數(shù)只能查閱參照 有關(guān)資料，根據(jù)表 1：白云巖的導(dǎo)熱系數(shù)λ =～ 103KW/m.℃，取平均值 λ= 103KW/m.℃； 導(dǎo)溫系數(shù) a=～ 106m2/s，取平均值a= 106m2/s= 103m2/h。因?yàn)闊崃恐饕獊碓从趲r溫，為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮圍巖溫度以外的機(jī)械設(shè)備放熱、棄渣放熱等其它熱源影響。 隧道在掘進(jìn)期間，人員并不是沿全隧工作，一般只在掘進(jìn)面或襯砌段工作。對(duì)于 60℃以上高地溫隧道來說 ， 高溫隨 開挖出現(xiàn)，隨風(fēng)流降低 。 5 祿勸鉛廠引水隧洞降溫通風(fēng)量計(jì)算 因?yàn)殚_挖掘進(jìn)的工作面隨著循環(huán)作業(yè)有規(guī)律的不斷的向前推進(jìn)，每一個(gè)開挖循環(huán)都有新的圍巖暴露，新暴露的圍巖熱交換強(qiáng)烈。 風(fēng)管出口風(fēng)溫計(jì)算 ⑴ 通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫確定 風(fēng)流通過通風(fēng)機(jī)后，其出口風(fēng)溫一般可按下式確定： 1011 beb MNKtt ?? ，℃ (11) 式中 Kb ─通風(fēng)機(jī)放熱系數(shù)，可取 ～ ； t01 ─通風(fēng)機(jī)入口處的風(fēng)溫；℃； Ne ─通風(fēng)機(jī)額定功率， KW； Mb1 ─通風(fēng)機(jī)的 吸風(fēng)量， Kg/s?！?； a─巖石的導(dǎo)溫系數(shù)，實(shí)測(cè)或按表 2選取， m2/h； τ 3─掘進(jìn)頭通風(fēng)時(shí)間， h； 3l ─掘進(jìn)頭近區(qū)長(zhǎng)度， m?！? （ 10） 其中 ： F??? ； 20303 RlRR ?? ； SR ? ；20303 RaF ??。由于不穩(wěn)定傳熱系數(shù)的解析解相當(dāng) 復(fù)雜，沒有統(tǒng)一