隧道施工通風(fēng)技術(shù)探討

馬俊紅

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西太原 030006)

0 引言

進(jìn)入“十二五”以來，我國高速公路路網(wǎng)建設(shè)日趨完善，全國通行高速公路里程已達(dá)8.5萬 km，隨著科技的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)市場的日益強(qiáng)大，在建高速公路穿越山嶺重丘日趨增多，長隧道、特長隧道、隧道群、連體隧道等日益成為高速公路建設(shè)首選穿越方案。目前高速公路隧道的施工大部分仍采取新奧法施工，鉆爆、排風(fēng)、出渣、支護(hù)再進(jìn)行下一循環(huán)施工成為當(dāng)前施工階段的必然途徑。在隧道施工中，我們需要關(guān)注的是以人為本，一切要從施工人員身體健康與安全出發(fā)來考慮隧道施工?；诖?，隧道施工中，我們重點(diǎn)要關(guān)注其中之一——隧道的施工通風(fēng)。當(dāng)前短隧道通常是自然通風(fēng)，而中長隧道，特別是特長隧道，則必須要細(xì)致計(jì)算并確定切實(shí)可行的施工通風(fēng)才可以。山西省高平至河南新鄉(xiāng)高速公路在省界處以隧道形式進(jìn)行對(duì)接，其中山西段王莽嶺隧道洞身長1 894.34m，單口掘進(jìn)長度1 894.34m，本文通過分析王莽嶺隧道通風(fēng)實(shí)踐，使我們重視隧道施工過程中的通風(fēng)，進(jìn)一步推進(jìn)隧道施工的規(guī)范化，使其在今后的施工建設(shè)中能創(chuàng)造良好施工環(huán)境，符合以人為本的宗旨。

1 作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

在隧道施工中，因?yàn)槎瓷肀剖┕?、棄渣運(yùn)輸?shù)仍斐啥磧?nèi)產(chǎn)生了鉆眼爆破煙塵、車輛尾氣及揚(yáng)塵等不良空氣環(huán)境，加之隧道施工各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行也給隧道提供了不利于施工人員健康的高溫環(huán)境等，這些不利因素的存在極可能給隧道施工的人員造成職業(yè)傷害，為此，考慮施工人員的健康，確保隧道各項(xiàng)施工工序有條不紊的進(jìn)行，我們?cè)谥虚L隧道以及特長隧道施工中就必須采用必要的通風(fēng)方法來解決不利環(huán)境造成的問題。交通部于2009年頒布的JTG F60-2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范中，專門對(duì)隧道施工作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)作了規(guī)定。其中要求氧氣含量不小于20%，隧道內(nèi)氣溫高于30℃，其他有害氣體濃度、粉塵濃度、噪聲等均做了細(xì)致要求。

2 機(jī)械通風(fēng)的方式

目前，絕大部分隧道施工在施工通風(fēng)中采取的通風(fēng)方式無外乎這么四種:排風(fēng)式(或抽風(fēng)式)、送風(fēng)式(或壓入式)、送排混合通風(fēng)方式、利用輔助坑道通風(fēng)等4種方式。從工程便于管理，經(jīng)濟(jì)上可行角度出發(fā)，一般在中長隧道中采用壓入式或者排風(fēng)式，稍長一些的隧道采取串聯(lián)壓入式通風(fēng)逐段將污染粉塵及汽車尾氣排出，特長隧道在通風(fēng)中相對(duì)就更加復(fù)雜，譬如已建成通車的陜西秦嶺特長隧道的通風(fēng)就通過與巷道式混合通風(fēng)必選而最終采用了長管路通風(fēng)方案。王莽嶺隧道縱斷面設(shè)計(jì)是進(jìn)口高程高于河南新鄉(xiāng)側(cè)隧道交界面(設(shè)計(jì)為單向縱坡，左線縱坡為－1.4%/－2.34%，右線縱坡為 － 1.35%/－2.5%)，所以，在施工中污染粉塵及汽車尾氣排出更為不易，通過各種方案的必選分析，我們采用了送風(fēng)式(或壓入式)進(jìn)行通風(fēng)。其優(yōu)點(diǎn)是掌子面能在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)(經(jīng)過測算每個(gè)循環(huán)完全排出污染物大約為40 min～50 min)得到足夠的新鮮空氣，下一工作循環(huán)能盡早展開，工作效率有所提高;而其缺點(diǎn)是:污染物掌子面后續(xù)的其他作業(yè)如防水層的鋪設(shè)、二襯混凝土的施工等有很大的影響。

3 隧道通風(fēng)設(shè)備的選配

從經(jīng)濟(jì)效益既滿足施工需求出發(fā)，王莽嶺隧道通風(fēng)設(shè)備的選配就是在分析風(fēng)機(jī)性能與通風(fēng)管的能力上進(jìn)行了比選匹配。選擇適宜于本隧道通風(fēng)的風(fēng)機(jī)和風(fēng)管，既避免了片面追求高效率、大風(fēng)量的風(fēng)機(jī)，又避免了風(fēng)管與風(fēng)機(jī)的不匹配并在施工中保證了良好的通風(fēng)效果。在風(fēng)機(jī)的選擇上，我們通過計(jì)算選擇了對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)，從使用效果看，該風(fēng)機(jī)在施工中取得了良好效果。在風(fēng)管的選擇上，我們選取了運(yùn)輸存放容易和方便、接長簡單、風(fēng)阻系數(shù)低，漏風(fēng)率低，直徑為1.5 m～2.0 m的維尼龍膠布風(fēng)管。

4 施工通風(fēng)的計(jì)算

4.1 壓入式通風(fēng)方案計(jì)算方法

王莽嶺隧道采用壓入式通風(fēng)方案，施工通風(fēng)所需風(fēng)量按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)、洞內(nèi)允許最小風(fēng)速、一次性爆破所需要排除的炮煙量和內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備總功率分別計(jì)算，取其中最大值作為控制風(fēng)量。由于本隧道施工運(yùn)輸采用無軌運(yùn)輸方式，計(jì)算以內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備總功率計(jì)算的需風(fēng)量作為控制風(fēng)量，再經(jīng)過管路漏風(fēng)折算確定所需通風(fēng)機(jī)的總供風(fēng)量。

4.2 王莽嶺隧道通風(fēng)計(jì)算的有關(guān)公式

4.2.1 按洞內(nèi)最小風(fēng)速計(jì)算

式中:Q——計(jì)算風(fēng)量，m3/min;

V——計(jì)算風(fēng)速，取 V=0.25 m/s;

S——開挖斷面面積，該處按照設(shè)計(jì)圖紙取 S=98.5 m2，Q=

1 477.5 m3/min。

4.2.2 按洞內(nèi)可能的同時(shí)作業(yè)的最多人數(shù)計(jì)算

其中，Q為計(jì)算風(fēng)量，m3/min;q為洞內(nèi)每人所需新鮮空氣量，取q=3 m3/min;m為洞內(nèi)可能的同時(shí)作業(yè)的最多人數(shù)，取m=200 人;R 為風(fēng)量備用系數(shù)，取 R=1.15，Q=690 m3/min。

4.2.3 按洞內(nèi)同一時(shí)間內(nèi)爆破作業(yè)的最多用藥量計(jì)算

其中，Q為計(jì)算風(fēng)量，m3/min;A為同時(shí)爆破的最大用量，取A=284 kg;b為1 kg炸藥爆破時(shí)所構(gòu)成的CO體積(L)，取b=35;t為通風(fēng)時(shí)間，一般在20min ～40min，取 t=30min，Q=1 656.67m3/min。

4.2.4 按沖淡內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)排出的廢氣計(jì)算

其中，Q為計(jì)算風(fēng)量，m3/min;N為內(nèi)燃機(jī)械的功率;取450 kW;m為內(nèi)燃機(jī)械的數(shù)量，取1臺(tái)，Q=1 350 m3/min。

4.2.5 風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算

Q=P·Q。

其中，Q為工作面所需最大風(fēng)量，Q=1 656.67 m3/min;P為漏風(fēng)系數(shù)，此處取P=1%。

P按下式計(jì)算:

其中，L為通風(fēng)長度，m。

壓入式通風(fēng)最大距離1 894.34 m，經(jīng)計(jì)算P=1.234，所需風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 2 044.33 m3/min。

4.2.6 風(fēng)阻計(jì)算

1)風(fēng)管流量計(jì)算:

式中:Qm——風(fēng)管流量，m3/s;

Pm——漏風(fēng)系數(shù);

Q——管端風(fēng)量，m3/s。

計(jì)算結(jié)果見表1。

所以風(fēng)管流量 Qm=1.080 ×27.61=29.82 m3/s。

2)風(fēng)阻計(jì)算。

風(fēng)阻用下式計(jì)算:

式中:α——摩擦阻力系數(shù);

L——風(fēng)管長度，m;

U——風(fēng)管周邊長度，取 4.71 m;

S——風(fēng)管面積，取 1.77 m2;

Qm——風(fēng)道流量，m3/s;

Q——風(fēng)管出口流量，m3/s;

ξ——局部阻力系數(shù);

表1 管道漏風(fēng)計(jì)算結(jié)果表

4.3 王莽嶺隧道的施工通風(fēng)

高新高速公路(山西段)王莽嶺隧道全長1 894.34 m，單口掘進(jìn)施工，隧道施工通風(fēng)的最長距離將達(dá)到單口1 894.34 m，加之設(shè)計(jì)為單向縱坡，左線縱坡為 －1.4%/－2.34%，右線縱坡為－1.35%/－2.5%，在施工中更不利于排煙除塵，要達(dá)到規(guī)范的要求，困難比較大。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，采用上述公式計(jì)算結(jié)果顯示，采用TZ-140型軸流式通風(fēng)機(jī)通風(fēng)和直徑為2.0 m的維尼龍膠布風(fēng)管完全能滿足施工通風(fēng)需求，此設(shè)備的選配為便于今后施工操作提供了便捷，經(jīng)過兩年的使用，效果良好。

5 對(duì)隧道施工通風(fēng)幾個(gè)問題的認(rèn)識(shí)

1)對(duì)于獨(dú)頭通風(fēng)距離在2 km左右的，壓入式通風(fēng)方式較好。對(duì)于特長的隧道，采用無射流風(fēng)機(jī)長管路通風(fēng)方案較好。

2)減少污染源，加強(qiáng)隧道內(nèi)各種施工機(jī)械設(shè)備的維護(hù)，施工設(shè)備采取必要防污染手段，車輛采用有效地尾氣凈化技術(shù)。

3)選用大直徑風(fēng)管可降低摩擦阻力。為克服風(fēng)管摩擦阻力的影響并且不影響隧道洞內(nèi)的施工，風(fēng)管的選擇一般采用大直徑的風(fēng)管。

通過以上計(jì)算可以知道，在隧道施工通風(fēng)方面，采用大直徑低阻低漏的風(fēng)管，和采用大風(fēng)量高風(fēng)壓的通風(fēng)機(jī)是解決長距離獨(dú)頭通風(fēng)的兩個(gè)關(guān)鍵問題?？傊淼朗┕ねL(fēng)對(duì)隧道施工具有重要的影響，這就要求我們必須高度重視，在今后的施工建設(shè)中順應(yīng)技術(shù)發(fā)展，采取更為科學(xué)先進(jìn)的通風(fēng)設(shè)備及管理方式，以人為本，服務(wù)一線施工。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］高平至新鄉(xiāng)高速公路高平至陵川段路基第十三合同段兩階段施工圖設(shè)計(jì)(隧道)［Z］.山西省交通規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，2009.