高瓦斯隧道施工通风设计

第34卷第13期西建筑 Vol.34No.13 山2008年5月May. 2008SHANXI ARCHITECTURE

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文章编号:1009-6825(2008)13-0329-03

高瓦斯隧道施工通风设计

郑 涛

摘 要:通过云顶高瓦斯隧道施工通风,详细介绍了瓦斯隧道通风方案、通风计算、风机的选型,以完善高瓦斯隧道的通风设计,保证高瓦斯隧道的施工安全,对类似瓦斯隧道施工通风具有借鉴作用。关键词:瓦斯,隧道,通风,巷道,风机中图分类号:U455

文献标识码:A

1)采用巷道式通风。2)进出口增设抽风巷道。3)横通道间距缩短到250m,减少压入式通风距离。具体方案如图1所示。

1 工程概况

达成铁路扩能改造工程云顶隧道位于四川成都淮口至石板滩车站之间,全长7858m,是我国第一条长大高瓦斯隧道。隧道洞身围岩主要以砂岩、泥岩为主。为解决隧道施工通风及缓解工期压力,于线路前进方向左侧设置贯通平导。平导与正洞之间每隔500m设置一处联络横通道。

正洞施工采用混合运输方式:有轨运输无轨装碴,平导采用有轨运输有轨装碴。

主要不良地质:天然气源自距隧道垂深约3000m的须家河组含煤地层。洞身段存在天然气聚集的可能。

天然气涌出的可能性:当隧道开挖遇到裂缝型游离瓦斯为主的天然气时,就有天然气涌出的可能性。

3 通风的风量计算

根据5铁路瓦斯隧道技术规范6和有关施工通风手册及专家审查意见,计算本隧道巷道通风、压入式通风有关参数,以便据此

2 云顶隧道施工通风方案

处存在缺陷。对于缺陷处进行重复检测、分析和判断。综合以上分析可看出,除在桩顶及A)B剖面的0m~3.2m左右处存在缺

陷外,其余部分桩的质量基本完好。根据5规范6要求,该桩可判为二类桩。由现场钻芯取样分析结果可知,上述判断是基本正确的,因而该检测和分析方法是可行的,可在实际工程中应用推广。

使得声测管对基桩缺陷进行处理成为可能,对这方面进行研究将开辟一条集检测与补强加固于一体的、安全可靠的、经济有效的途径,使声波透射法基桩检测更为经济可靠。3)现阶段对桩基础的无损检测结果判定只是停留在定性的水平上,没有做出定量分析,对于要求较高的桩基检测这是不够的,有待于进一步研究。参考文献:

[1] 林维正,苏 勇,洪有根.混凝土裂缝深度超声波检测方法[J].无损检测,2001(8):49.

[2] 岳 丹,王 菊.混凝土框架梁内部缺陷的超声波检测及分析[J].东北煤炭技术,1999(8):104.

[3] 高春昱.超声波透射法在质量检测中的应用[J].中国计量,2004(11):97.

[4] 蔡林根.超声波法检测桥梁桩基的试验研究[J].山西建筑,2007,33(1):260-261.

[5] 马建军,南金生.钻孔灌注桩的超声波透射法检测[J].地震学刊,2001(6):71.

[6] 刘金砺.桩基工程检测技术[M].北京:中国建筑工业出版

社,1995.

3 展望

随着国家检测技术的发展,桩基将得到更广泛的应用。声波透射法基桩检测技术已广泛应用于大型灌注桩或对桩身混凝土质量要求较严格的桩型的检测,对有严重缺陷的桩的检测以及缺陷桩的补救及评价基桩质量做出积极的贡献。如何提高桩基检测数据和评价结果的准确性和可靠性,是工程界面临的问题。展望声波透射法基桩检测的前景,建议从以下几方面考虑:

1)现阶段对基桩桩身完整性的评判采用波速、波幅、频率等单一的指标或者简单的两种指标的组合作为判断方法,没有考虑这几个指标的综合作用对基桩质量评判的结果,结合工程实际改善数学模型,加强理论研究,对声学参数进行频谱分析,并将它纳入到混凝土强度和混凝土缺陷检测中去,可大大提高检测结果的精确性,减少误判率。2)声波透射法基桩检测要求预埋声测管,

Applicationoftheultrasonicmethodinthepilefoundationworkofbridge

LAIQing-qiu

Abstract:Combiningwiththetestexampleofsomebridgepilesexpatiatestheprincipleoftheultrasonictestmethodandthedetailedpilequa-lityteststepswhenusingtheultrasonictestmethod.Intheend,discussedtheprospectoftheultrasonictestmethod,toacceleratetheresearchandapplicationofthistechnique.

Keywords:pile,test,ultrasonictestmethod,deflect,prospect

收稿日期:2008-01-16

作者简介:郑 涛(1984-),男,助理工程师,中铁十二局集团第二工程有限公司,山西太原 030032

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选择风机类型。

第34卷第13期

2008年5月

山西建筑

5)按同时起爆炸药量计算:

Q5=5Ab/t=5@60@40/30=400m3/min。6)平导工作面所需风量。

从以上计算中取最大值,加上瓦斯隧道百米漏风率不大于2%计算为工作面的所需供风量,则有:

Q需=1246+1246@2%=1270m3/min。

3.1 正洞采用有轨运输无轨装碴所需风量3.1.1 风量计算

1)按洞内最小允许风速计算:

Q1=60VS=60@127.81@0.3=2300m3/min。2)按洞内同一时间最多人计算:

Q2=4KN=4@1.25@150=750m3/min。

3)按瓦斯绝对涌出量计算:

Q3=KQ绝/(Bg允-Bg送)=2@3.03/(0.5%-0)=1212m3/min。

4)按稀释和排炮烟及排除内燃机废气所需风量计算:Q4=7.8@[A@(S@L)]

21/3

3.2.2 阻力计算

1)摩擦阻力计算:H摩总=6.5ALQ2/d5=2339Pa。

其中,A为风筒通风摩擦阻力系数,A=0N#s2/m4~0.004N#s2/m4,取0.004;L为风筒长度,取500m;d为风筒直径,取1.2m;Q为风量,取21.16m3/s。

2)风筒接头局部阻力计算:H局部=nN2QQ2/2S2=1.7Pa。

其中,n为风筒接头数目,取50;N2为风筒接头局部阻力系数,无因次N2=0.05~0.15,取0.15;Q为空气密度,kg/m3;S为风筒截面积;Q为风量,取21.16m3/s。

3)风筒转弯处局部阻力计算:

考虑到风筒从横通道进入平导要转2个40b的弯,则有:

H转=

其中,

/t+Kn=7.8[30@(127.81@

300)2]1/3/30+0.07@329=2002m3/min。

5)按同时起爆炸药量计算:

Q5=5Ab/t=5@300@40/30=2000m3/min。

6)正洞工作面所需风量。

从以上计算中取最大值,加上瓦斯隧道百米漏风率不大于2%计算为工作面的所需供风量,则有:

Q需=2300+2300@2%=2346m3/min。

EN3QQ2/2S2=0.45Pa。

3.1.2 阻力计算

1)摩擦阻力计算:H摩总=6.5ALQ/d=1570Pa。其中,A为风筒通风摩擦阻力系数,A=0N#s2/m4~0.004N#s/m,取0.004;L为风筒长度,取300m;d为风筒直径,取1.5m;Q为风量;取39.1m3/s。

2)风筒接头局部阻力计算:H局部=nN2QQ2/2S2=2.5Pa。其中,n为风筒接头数目,取30;N2为风筒接头局部阻力系

3

数,无因次N2=0.05~0.15,取0.15;Q为空气密度,kg/m;S为

2

4

2

5

无因次N3=0~1.0,取1.0;Q为空气密度,kg/m3;S为风筒截面积;Q为风量,取21.16m3/s。

4)总阻力计算:H总=H摩总+H局部+H转=2341.1Pa。

E

为转弯数目,取2;N3为风筒接头局部阻力系数,

3.2.3 平导压入式风机选择及验算

根据平导开挖掌子面所需风量最大值1270m3/min确定风机,采用山西侯马鑫丰康风机有限公司生产的隧道专用防爆压入

式轴流通风机SDF(C)-11型2@55kW风机,风机置于正洞,风管直径1200mm,通过横通道向平导开挖掌子面前移压入式通风,其性能为:高速风量1985m3/min>1270m3/min,风压4150Pa>2341.1Pa。

风速验算:按取风机抽出能力最大风量1985m3/min,平导断面S=20.76m2进行风速验算,最大风速为:1985A20.76A60=1.59m/s。

风筒截面积;Q为风量,取39.1m3/s。

3)总阻力计算:H总=H摩总+H局部=1572.5Pa。

3.1.3 正洞压入式风机选择及验算

根据正洞开挖掌子面所需风量最大值2346m/min确定风机,选用山西侯马鑫丰康风机有限公司生产的隧道专用防爆压入式轴流通风机SDF(C)-12.5型2@110kW风机,随正洞开挖掌子前移压入式通风,风管直径1500mm,其性能为:高速风量2910m3/min>2346m3/min,风压5355Pa>1572.5Pa。风速验算:按最大风量2910m/min采用Ó级断面S=127.81m2验算,最大风速为2910A127.81A60=0.38m/s;因0.38m/s<1m/s,在隧道正洞顶部可能形成瓦斯层流,现场采取在新鲜风流巷中安设辅助局部扇风机,巷内轴向层流中设置风筒,风筒相应长度开孔对准顶板,冲淡吹散层流中的瓦斯。

3

3

3.3 巷道(平导)抽出式风机选择及验算

根据巷道式通风抽出总通风机能力必须大于压入通风机能力的原则,正洞开挖掌子面所需风量最大值2346m3/min,平导开挖掌子面所需风量最大值1270m/min确定风机,采用山西侯马鑫丰康风机有限公司生产的FBDCZ-19型2@110kW煤矿地面防爆抽出式对旋轴流通风机,在平导口固定安装1台实施负压抽风,单机高速风量2550m3~5430m3/min,风压116Pa~3417Pa;风机抽出最大风量为5430m/min大于风机压入最大风量4895m3/min,能够满足巷道式通风要求。

最大风速验算:按取风机抽出能力最大风量5430m3/min,平导断面S=20.76m2进行风速验算,最大风速为:5430A20.76A60=4.36m/s。

风速验算:按取风机抽出能力最小风量2550m3/min,平导断面S=20.76m2进行风速验算,最小风速为:2550A20.76A60=2.05m/s>1m/s,符合驱散瓦斯聚集的最低风速要求。用专家组审查意见推荐的公式验算风速:5430m3/min>240@20.76=4982.4m3/min,2550m3/min>30@20.76=622.8m3/min,622.8A20.76A60=0.5m/s,现场配置风机的最小风速2.05比其大1.55,也是满足要求的。

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3.2 平导有轨运输风量计算3.2.1 风量计算

1)按洞内消除瓦斯积聚的最小风速计算:

Q1=60VS=60@20.76@1=1246m3/min。2)按洞内同一时间最多人计算:

Q2=4KN=4@1.25@50=250m/min。3)按瓦斯绝对涌出量计算:

Q3=KQ绝/(Bg允-Bg送)=2@3.03/(0.5%-0)=1212m3/min。

4)按稀释和排炮烟所需风量计算:Q4=7.8@[A@(S@L)2]1/3/t

=7.8@[60@(20.76@500)2]1/3/30=484m3/min。

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第34卷第13期西建筑 Vol.34No.13 山2008年5月May. 2008SHANXI ARCHITECTURE

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文章编号:1009-6825(2008)13-0331-02

悬链线无铰肋拱桥的抗震性能分析

刘重霄 许长城

摘 要:分析各向地震激励作用下无铰石肋拱桥的动力特性,通过工程实例,给出了地震位移响应谱表达式的适用形式,并利用大型通用有限元程序建立了三维空间有限元模型,应用现有的抗震理论,分析了这种情况下的各向地震激励对结构的影响。

关键词:无铰石肋拱桥,模态分析,谱分析,地震位移响应谱中图分类号:U448.22

文献标识码:A

表1 恒载作用下典型截面最大弯矩和轴力

截面位置弯矩/kN#m轴力/kN

拱脚2168.0-7198.0

1/8跨1498.3-6611.2

1/4跨454.4-6211.8

拱顶1684.8-5923.2

1 结构概况

广元市朝天镇块石肋拱桥位于广元市朝天镇场口,跨嘉陵江支流铁厂河与国道108接线,全长123.659m,主拱为空腹式悬链线块石拱肋,净跨85m,矢跨比1/6,拱轴系数2.814。车道宽7m,拱圈采用两条等宽等厚的石肋,肋厚1.6m,宽2m,两肋中距5m,净距3m。两肋设置14根钢筋混凝土横系梁,桥面两肋之间空隙部分搭铺行车道板及横挑梁。主拱肋石料强度按60号计算,拱肋内力按悬链线无铰拱计算。

4 结构动力特性分析

按照上述计算模型,计算了结构的前10阶振型、周期及频率。可以得出该结构的自振特点:1)自振周期较短。根据对跨度20m~100m的单孔拱桥基频的实测统计,基本周期在0.3s~0.4s以下为刚性结构[2],而振形1的周期为0.7s左右,说明该结构为较刚性结构。2)振形较为稀疏。从振形1的频率1.343Hz到振形10的8.6309Hz,平均0.72Hz左右分布1个振形。说明在较窄的频带上,不同的振形不易被同时激发。

2 有限元计算模型

根据广元市石拱桥的设计要点,拱上建筑为钢筋混凝土预制桥面板及双柱式排架,所以拱上建筑对主拱的刚度影响较小。在动力时程分析时,可将拱上建筑的质量近似为一系列集中质量作用在立柱与拱肋连接处,利用ANSYS有限元分析程序建立的抗震分析模型,采用空间梁单元Beam44模拟主拱结构,根据节点生成单元,每个拱肋共划分为2@20=40个单元(见图1)。

5 结构抗震分析5.1 反应谱法

根据反应谱理论,对顺桥向、竖向、横向地震荷载分别按7度地震进行地震反应计算。抗震设计中通常只需地震作用的最大值,其值可表示为:

F=mAmax=(W/g)Amax=aW

(1)

其中,W为质点重量,W=mg,g为重力加速度;a为水平地震影响系数,a=Amax/g。

我国学者根据国内外数百条地震记录的反应谱进行统计分

3 悬链线无铰拱在自重作用下的弯矩及轴力

由有限元程序计算得该拱在恒载作用下典型截面的弯矩和轴力如表1所示。

析后,建立了地震响应系数a与结构体系自振周期T的关系曲线a(T),如图2[5]所示。

其中,T为结构周期;Tg为特征周期值;F为阻尼比。曲线下降段的衰减指数r=0.9+(0.05-F)/(0.5+5F)。[1] TB10120-200,铁路瓦斯隧道技术规范[S].

[2] 中华人民共和国煤炭部.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2006.

[3] 李永红.长大隧道通风技术研究与应用[J].山西建筑,

2007,33(17):327-328.

4 结语

高瓦斯隧道通风设计是瓦斯隧道施工安全的重要保证措施

之一,一个好的通风方案没有有效的管理是达不到设计效果的。只有将超前探测、瓦斯隧道安全管理、瓦斯监控、瓦斯检测、设备选型有机结合,才能确保瓦斯隧道施工安全。参考文献:

Designofconstructionventilationinhighgastunnel

ZHENGTao

Abstract:AccordingtotheconstructionventilationinYundinghighgastunnel,theauthorintroducedtheaerationmethod,theventilationca-lculationandthefanselection,whichprovidedthereferencetoconstructionventilationinthesamegastunnel.Keywords:gas,tunnel,aeration,roadway,ventilation

收稿日期:2008-01-14

作者简介:刘重霄(1982-),男,重庆交通大学桥梁与隧道工程专业硕士研究生,重庆 400074

许长城(1979-),男,重庆交通大学桥梁与隧道工程专业硕士研究生,重庆 400074