長大隧道施工通風(fēng)技術(shù)研究

張志民

【摘要】施工通風(fēng)是長大隧道施工的重要施工工藝，也是長大隧道施工的控制要點。合理的通風(fēng)系統(tǒng)、理想的通風(fēng)效果是實現(xiàn)長大隧道快速施工、確保施工人員身心健康及施工安全的重要保證。本文以某長大鐵路隧道為例，探討了其施工通風(fēng)技術(shù)，望對類似工程有所幫助。

【關(guān)鍵詞】長大隧道；施工通風(fēng)；風(fēng)量計算

一、工程概況

某鐵路隧道全長6827m，獨頭掘進最長達3500m，隧道進口位于A車站內(nèi)，隧道進口DK40+550～DK41+803段為四線雙連拱隧道，DK41+803～DK47+377段為單線隧道，隧道往大里程方向坡度為16.5‰。平行主洞右側(cè)40m處設(shè)一平導(dǎo)，平導(dǎo)全長6854m，采用與主洞一致的坡度，主洞與平導(dǎo)之間設(shè)有22處橫向聯(lián)絡(luò)通道。

二、隧道施工通風(fēng)的必要性

在隧道施工過程中，由于開挖、爆破、出碴、噴射混凝土施作、機械設(shè)備排氣、開挖時地層釋放有害氣體等因素，使洞內(nèi)氧氣濃度降低，且混雜各種有害氣體和粉塵，造成隧道內(nèi)空氣質(zhì)量較差。隨著隧道的不斷開挖，不斷向山體深處延伸，隧道內(nèi)溫度和濕度相應(yīng)提高，對隧道內(nèi)施工作業(yè)人員的健康產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響。為了更換和凈化隧道內(nèi)的空氣，供給隧道內(nèi)足夠的新鮮空氣，排出有害氣體和降低粉塵濃度，改善施工作業(yè)環(huán)境，保障施工作業(yè)人員身體健康，保證安全生產(chǎn)，并提高勞動效率等，特對長大隧道施工通風(fēng)進行研究探析。

三、通風(fēng)設(shè)計原則

充分利用現(xiàn)有設(shè)備，在滿足隧道內(nèi)通風(fēng)效果的前提下，進行合理調(diào)配減少新購風(fēng)機數(shù)量。在隧道凈空允許的情況下，采用大直徑風(fēng)管，減少能耗損失。通過適當(dāng)增加一次性投入，減少通風(fēng)系統(tǒng)的長期運行成本。

四、隧道施工通風(fēng)控制標(biāo)準(zhǔn)

1、隧道內(nèi)空氣中氧氣含量，按體積計不得小于20%。

2、每立方米空氣中粉塵容許濃度：含有10%以上游離二氧化硅的粉塵不得大于2mg；含有10%以下游離二氧化硅的礦物性粉塵不得大于4mg。

3、空氣中常見有害氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)

（1）一氧化碳容許濃度不得大于30mg/m3，在特殊情況下，施工人員必須進入開挖工作面時，濃度可為100mg/m3，但工作時間不得大于30min。

（2）二氧化碳按體積計不得大于0.5%。

（3）氮氧化物換算成二氧化氮濃度應(yīng)在5mg/m3以下。

4、隧道施工時，每人需供應(yīng)的新鮮空氣不得低于3m3/min；采用內(nèi)燃機械作業(yè)時，供風(fēng)量不得低于3m3/（min·KW）。

5、隧道施工通風(fēng)的風(fēng)速，全斷面開挖時不得小于0.15m/s，分部開挖時不得小于0.25m/s，并均不能大于6m/s。瓦斯隧道施工通風(fēng)風(fēng)速不得低于1m/s。

五、通風(fēng)計算

隧道內(nèi)通風(fēng)采用風(fēng)管式通風(fēng)，每循環(huán)開挖進尺按3.5m計，炸藥用量按1.2kg/m3計，通風(fēng)時間按30min考慮。掌子面所需風(fēng)速按隧道內(nèi)要求最小風(fēng)速、隧道內(nèi)施工作業(yè)人員需風(fēng)量、爆破后30min排出掌子面炮煙、內(nèi)燃機械設(shè)備的使用所需要的風(fēng)量進行計算，取其中的最大值作為控制風(fēng)量。

1、風(fēng)量計算

（1）根據(jù)同一時間，洞內(nèi)最多施工作業(yè)人員數(shù)計算：

Q=K×m×q（m3/min）

式中：K—風(fēng)量備用系數(shù)，取1.1；

m—同一時間洞內(nèi)最多施工作業(yè)人員，取60人；

q—每一個施工人員所需的新鮮空氣，取3m3/min；

計算得：Q=1.1×60×3=198（m3/min）

（2）按爆破作業(yè)通風(fēng)計算風(fēng)量

Q=2.25×[G（AL）2φb/p2 ]1/3/t

式中：t—通風(fēng)時間，取30min；

G—一次爆破的炸藥總量（kg）；

A—隧道斷面積，按90.72m3計；

L—臨界長度；

φ—淋水系數(shù)，按0.3計；

b—炸藥爆炸時有害氣體的生成量，取40；

p—風(fēng)管漏風(fēng)系數(shù)；

G=3.5×90.72×1.0=317.52（Kg）

風(fēng)管百米漏風(fēng)率正常情況下為1.2%，則

p=1/[1-（L/100）×p100 ]= 1/[1-（1100/100）×0.012 ]=1.15

臨界長度L=12.5GKb/AP2

K為紊流擴散系數(shù)，取0.55

故L=12.5×317.52×0.55×40/90.72/1.152=728m

計算 Q=2.25×[G（AL）2φb/p2 ]1/3/t

=2.25×[317.52×（90.72×728）2×0.3×40/1.152 ]1/3/30

=1743m3/min

（3）按最小風(fēng)速計算風(fēng)量

Q≥V最小×S最大

式中：V最小—全斷面開挖時風(fēng)速不得小于0.15m/s；

S最大—最大斷面面積（m2），取90.72m2；

Q≥0.15×90.72×60=817（m3/min）

（4）按洞內(nèi)內(nèi)燃機械設(shè)備的同時使用所需要的風(fēng)量進行計算

Q=K

式中：K—功率通風(fēng)系數(shù)，取3.0（m3/min）；

N—掌子面同時工作的機械設(shè)備總數(shù)，取裝載機1臺，出碴車2輛；

Ni—機械設(shè)備額定功率，裝載機162Kw，出碴車220Kw；

Ti—各臺機械設(shè)備工作時柴油機利用率系數(shù)，均取0.65；

Q=K =3× =1174（m3/min）

根據(jù)以上計算結(jié)果可知洞內(nèi)所需最大風(fēng)量為1743m3/min（按爆破作業(yè)通風(fēng)計算風(fēng)量）。

通風(fēng)機所需提供的風(fēng)量Q風(fēng)機=QP=1743×60×1.15=120267（m3/h）。

2、風(fēng)壓計算

為了保證把足夠的風(fēng)量送到工作面，并在出風(fēng)口保持一定的風(fēng)速，要求通風(fēng)機具有一定的風(fēng)壓，使其克服沿途的所有阻力，將風(fēng)送到工作面。通風(fēng)機應(yīng)具備的風(fēng)壓：H風(fēng)機≥H總阻。

六、通風(fēng)方式與通風(fēng)設(shè)備選擇

1、通風(fēng)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)方式主要有四種：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)4種方式。從便于施工管理，經(jīng)濟上可行角度考慮，我們采用了送風(fēng)式（壓入式）通風(fēng)方式。該通風(fēng)方式的優(yōu)點是掌子面能在相對較短的時間內(nèi)得到足夠的新鮮空氣（經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查知每個循環(huán)通風(fēng)至空氣質(zhì)量達到標(biāo)準(zhǔn)要求大約需要30min～40min），下一道施工工序能盡早展開，能有效的提高工作效率。

2、通風(fēng)設(shè)備

從通風(fēng)效果能滿足現(xiàn)場施工需求，經(jīng)濟又合理可行等方面出發(fā)，我們就該隧道通風(fēng)設(shè)備的選配上主要是在風(fēng)機性能與通風(fēng)管通風(fēng)能力上進行了比選，選擇了適于本隧道通風(fēng)的風(fēng)機和風(fēng)管，既避免了片面追求高效率、大風(fēng)量的風(fēng)機，又避免了風(fēng)管與風(fēng)機的不匹配而影響通風(fēng)效果。在風(fēng)機的選擇上，我們通過計算選擇了SDA140BD-2FS90型通風(fēng)機（風(fēng)量144000m3/h，風(fēng)壓3200Pa，功率90Kw×2）壓入式通風(fēng)，從使用效果看，該風(fēng)機在施工中取得了良好效果。

總結(jié)：總而言之，對于當(dāng)前我國的隧道施工而言，通風(fēng)管理是整個工程施工過程中極為重要的一項工作。我們在該隧道施工過程中結(jié)合現(xiàn)場實際情況，通過對施工通風(fēng)系統(tǒng)的合理優(yōu)化配置，施工通風(fēng)取得了良好的效果。通過加強施工通風(fēng)管理，降低了通風(fēng)費用，并且能保證在爆破通風(fēng)30min～40min后，洞內(nèi)空氣的各項指標(biāo)能達到控制標(biāo)準(zhǔn)，保障了洞內(nèi)施工作業(yè)人員的身體健康，保證了洞內(nèi)施工機械設(shè)備的工作效率，同時能有效縮短爆破后通風(fēng)排煙時間，加快了施工進度。在以后的隧道施工過程中，應(yīng)該注意完善并且創(chuàng)新隧道施工通風(fēng)管理，使其規(guī)范化及制度化，確保隧道施工進度，保障隧道施工人員的身心健康以及施工安全。

參考文獻

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