大跨度特長公路隧道多斷面施工通風(fēng)技術(shù)探討

張勝利

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，地方基礎(chǔ)建設(shè)也日趨增多。在我國中西部地區(qū)，已施工的鄭西、石太客專，忻阜、太佳高速公路及目前正在施工的陽左、平陽高速公路，出現(xiàn)了很多大跨度特長公路隧道。然而在目前的公路隧道建設(shè)中我們發(fā)現(xiàn)，隨著隧道掘進(jìn)速度的加快，長度的增加，施工通風(fēng)問題已經(jīng)成為影響和控制隧道快速安全施工的關(guān)鍵問題之一，如何解決好隧道施工通風(fēng)問題是擺在我們面前的一個(gè)急需解決的課題。

1 工程概況

陽曲1號(hào)隧道位于山西省太原市陽曲縣，穿越凌井小盆地、陽曲小盆地和太原盆地3個(gè)大地構(gòu)造單元，隧道右線全長4 711 m，左線全長4 685 m，為分離式雙洞雙向六車道高速公路特長隧道。由于建設(shè)工期壓力，單口掘進(jìn)的方案難以實(shí)現(xiàn)，為確保建設(shè)工期的實(shí)現(xiàn)增設(shè)了1號(hào)，2號(hào)斜井作為隧道的施工出碴、通風(fēng)、材料運(yùn)輸及人行通道。1號(hào)斜井長270 m，2號(hào)斜井長110 m，每個(gè)橫洞承擔(dān)4個(gè)工作面施工通風(fēng)任務(wù)，其平面布置見圖1。

2 隧道通風(fēng)難點(diǎn)及解決辦法

斜井進(jìn)入主洞施工后工作面通風(fēng)難點(diǎn)在于所需風(fēng)量大，斜井?dāng)嗝嫘。ぷ髅孑^多，爆破量大，機(jī)械設(shè)備數(shù)量多，產(chǎn)生的廢氣量大，而所有廢氣只能從斜井一個(gè)口排出，排煙較為困難，尤其是斜井與正洞交界處形成渦流區(qū)，是排風(fēng)的咽喉。

通過施工過程中不斷的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的基本形式主要有壓入式、抽出式、混合式。在陽曲1號(hào)隧道工程施工過程中通風(fēng)方案采用混合式通風(fēng)，結(jié)合本隧道的特點(diǎn)，以壓入式為主，壓出式、抽出式為輔，通過2根總管，多個(gè)支管，利用三通閥門分配風(fēng)量，壓入式通風(fēng)把新鮮空氣通過風(fēng)筒壓入掌子面，快速把掌子面的炮煙攪拌均勻并排出，使掌子面快速形成一個(gè)工作區(qū)，縮短工序交接時(shí)間。同時(shí)在斜井與正洞交界的咽喉區(qū)增設(shè)2臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)，壓出此區(qū)的渦流風(fēng)，加快污濁風(fēng)流出斜井的速度，在主洞左右線距斜井200 m左右的地方各增設(shè)一個(gè)臨時(shí)通風(fēng)豎井，各安設(shè)一臺(tái)抽風(fēng)機(jī)，輔助排煙。

圖1 通風(fēng)平面布置圖（單位：m）

3 通風(fēng)計(jì)算

3． 1 風(fēng)量計(jì)算

多支管路通風(fēng)量等于多個(gè)工作面爆破時(shí)所需風(fēng)量加其他工作面所需風(fēng)量之和。

式中:Q爆——爆破工作面所需風(fēng)量，m3;

t——爆破時(shí)間;

A——炸藥用量;

Ld——排煙長度，m;

S——隧道斷面積，m2。

式中:Qj——非爆破工作面所需風(fēng)量，m3/s;

n——該工作面工作人數(shù);

q——每人每分鐘所需風(fēng)量，一般取3 m3/(人·min)。

3． 2 通風(fēng)壓力計(jì)算

λ——風(fēng)管摩阻系數(shù);

Lmax——風(fēng)管最長距離，m;

d——風(fēng)管直徑，m;

ρ——空氣容重，N/m3;

Qj——主扇風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量，m3;

S——風(fēng)管橫斷面積。

4 資源配置

隧道通風(fēng)方案的關(guān)鍵在于通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理，風(fēng)機(jī)與通風(fēng)管的能力能否互相匹配，隧道資源配置是否合理。在陽曲1號(hào)隧道施工過程中，由于當(dāng)?shù)仉娏Y源限制，只能分配極少的電力資源供通風(fēng)設(shè)備使用，因此，在主洞左右線大里程方向距1號(hào)斜井與主洞交界200 m處各增設(shè)一個(gè)臨時(shí)通風(fēng)豎井以緩解通風(fēng)壓力。

4． 1 通風(fēng)機(jī)配置

常規(guī)的通風(fēng)機(jī)主要有子午加速式軸流通風(fēng)機(jī)、對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)、變特性隧道軸流風(fēng)機(jī)等。由于變特性風(fēng)機(jī)價(jià)格較高，施工單位一般較少采用。通過鄭西、石太客專，忻阜、太佳等高速公路特長隧道施工的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從通風(fēng)效果看，本項(xiàng)目壓入通風(fēng)機(jī)采用旋式軸流通風(fēng)機(jī)，壓出通風(fēng)風(fēng)機(jī)選用TZ軸流通風(fēng)機(jī)。

4． 2 風(fēng)管選擇

隧道通風(fēng)過程中，除了風(fēng)機(jī)配置合理外，還應(yīng)慎重選擇通風(fēng)管，一般要求風(fēng)管風(fēng)阻系數(shù)低，漏風(fēng)率低，直徑合理。本隧道通風(fēng)全部采用維尼龍膠布風(fēng)管，它具有運(yùn)輸存放容易和方便、接長簡單、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，襯砌臺(tái)車行走或隧道裝修等施工作業(yè)時(shí)可方便的移動(dòng)。

5 施工通風(fēng)注意事項(xiàng)

根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，多數(shù)施工隊(duì)伍對(duì)隧道施工通風(fēng)工作不夠重視，洞內(nèi)空氣質(zhì)量差，施工環(huán)境惡劣，管理人員缺乏通風(fēng)技術(shù)、通風(fēng)管理知識(shí)，造成資源配置不當(dāng)，隧道通風(fēng)效果不明顯。導(dǎo)致開挖、出碴及后續(xù)工序與通風(fēng)不協(xié)調(diào)，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度及施工人員的身體健康。盡管大多數(shù)隧道工程施工為取得良好的施工通風(fēng)效果，積極組織通風(fēng)技術(shù)服務(wù)，但是，由于通風(fēng)技術(shù)掌握的熟練程度和管理缺陷等諸方面的原因，導(dǎo)致良好的通風(fēng)系統(tǒng)得不到好的通風(fēng)效果。因此，施工單位應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的管理，在工程建設(shè)款中單獨(dú)劃撥隧道通風(fēng)費(fèi)用，保證隧道施工過程中?？顚Ｓ?，按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求配置合理的通風(fēng)設(shè)備，爆破后及時(shí)送風(fēng)，為洞內(nèi)及時(shí)壓入新鮮空氣，創(chuàng)造出良好的工作面。為避免車輛在洞內(nèi)行駛時(shí)，揚(yáng)起的塵土較大，應(yīng)安排專人灑水，使洞內(nèi)路面保持濕潤但不泥濘。充分發(fā)揮通風(fēng)系統(tǒng)的整體功能效應(yīng)作用，為施工創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境條件。

6 結(jié)語

施工通風(fēng)是隧道施工的重要配套工藝之一。合理的通風(fēng)系統(tǒng)、理想的通風(fēng)效果是實(shí)現(xiàn)隧道快速施工、施工人員身心健康及施工安全的重要保證。設(shè)計(jì)科學(xué)、先進(jìn)、合理的通風(fēng)系統(tǒng)，配置高效的通風(fēng)機(jī)械是解決通風(fēng)難題的根本。此外，高水平的施工通風(fēng)管理也是保證通風(fēng)效果的關(guān)鍵。本工程采用混合式通風(fēng)方案，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、有效的通風(fēng)方式，提高了工程進(jìn)度。同時(shí)，也為以后類似工程施工通風(fēng)提供了參考實(shí)例。

［1］ 王毅才．公路隧道［M］．北京:人民交通出版社，1987．

［2］ 關(guān)寶樹．隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［3］ 鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院．鐵路隧道設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．北京:中國鐵道出版社，1995．

［4］ 李俊法．歌樂山隧道主要施工技術(shù)問題的探討［J］．西部探礦工程，2001(15):86-88．