高寒高海拔螺旋式隧道施工中空氣質(zhì)量控制

夏 正 年

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原　030012)

0　引言

公路隧道施工，通風(fēng)是施工中的一項關(guān)鍵工序，特別是長隧道在粉塵大，多種機械的排污，以及空間的狹小，加之光線的陰暗會出現(xiàn)大的安全隱患，出現(xiàn)窩工緩慢現(xiàn)象。因此，我們在施工長隧道之前要解決洞內(nèi)通風(fēng)措施，凈化洞內(nèi)空氣，確保洞內(nèi)安全綠色施工。

1　工程概況

臥龍溝1號隧道穿越甘肅，青海兩省交界，位于青藏高原向黃土高原過渡地段，海拔為2 897 m～3 195 m之間，地質(zhì)條件復(fù)雜，受地形影響，采用螺旋型隧道，本隧道為西北首條高寒高海拔高速螺旋型隧道，總轉(zhuǎn)角近220°，曲線最小半徑為700 m。集中升坡，進出口高差達(dá)58 m。該隧道為分離式隧道，右線長2 554.63 m,縱坡采用2.3%的單向坡；左線長2 626 m,縱坡采用+2.2%的單向坡。

2　螺旋式隧道通風(fēng)問題

螺旋式隧道由于平面曲線與縱向高差的存在原因，尤其是進口上坡洞，再加上處于高原地區(qū)，所以洞內(nèi)粉塵以及機械的尾氣很難排放出去，使得施工人員的健康安全很難得到保障。

為了確保施工現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境達(dá)到國家規(guī)范規(guī)定的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)減少和預(yù)防職業(yè)病。

首先我們針對目前隧道施工的現(xiàn)狀、作業(yè)環(huán)境的空氣質(zhì)量、以及海撥高度與大氣壓力關(guān)系，采用現(xiàn)有通風(fēng)方案的缺陷及成本進行了初步的調(diào)查、分析統(tǒng)計(見表1)。

表1　海撥高度與大氣壓力關(guān)系圖表

3　隧道施工進度、內(nèi)部環(huán)境，線形

隧道左洞縱坡2.2%，曲線半徑R=1 255 m,右洞縱坡2.3%，曲線半徑R=1 288 m,增加了排煙通風(fēng)的難度，出口方向通風(fēng)曲線半徑R=700 m，風(fēng)損更大，我們首先要對通風(fēng)方案進行審核，經(jīng)對比分析采取如下方案。

首先在洞口開始掘進600 m之前，采用兩臺110 kW軸流式通風(fēng)機，采用串聯(lián)壓入式通風(fēng)，風(fēng)管直徑1 600 mm,拉鏈?zhǔn)桨惭b。然后，隧道掘進到600 m～1 000 m時在洞內(nèi)增加1臺110 kW軸流式風(fēng)機作為接力式風(fēng)機，如果掘進大于1 000 m時采取永久實施與臨時設(shè)施相結(jié)合安裝洞內(nèi)射流風(fēng)機。

隧道施工中的主要污染源和通風(fēng)防塵標(biāo)準(zhǔn)。

1)隧道施工中的主要污染源有以下幾項：

a.爆破產(chǎn)生的炮煙；

b.柴油機產(chǎn)生的廢氣；

c.車輛行駛產(chǎn)生的粉塵。

2)通風(fēng)防塵標(biāo)準(zhǔn)。

a.有害氣體濃度容許值：CO最高容許濃度為30 mg/m3；CO：按體積應(yīng)不大于0.5%；NO：濃度應(yīng)不大于5 mg/m3;

b.空氣粉塵允許含量：含10%以上游離SiO2的粉塵應(yīng)不大于2 mg/m3；

c.最低的排塵風(fēng)速應(yīng)大于0.15 m/s;

d.洞內(nèi)氣溫應(yīng)不大于28 ℃。

3)螺旋式隧道通風(fēng)方式。

以往一般隧道通風(fēng)我們是按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》以及隧道的長度和斷面的尺寸，開發(fā)方式，施工設(shè)備配套等綜合考慮，通風(fēng)方案根據(jù)掌子面距洞口距離分階段制定，本隧道擬采取壓入式通風(fēng)方式。

4)風(fēng)量和風(fēng)阻計算。

施工通風(fēng)所需風(fēng)量按洞內(nèi)同時工作的最多人數(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)燃機械設(shè)備總功率分別計算，取其中最大值作為控制風(fēng)量。

一般隧道主要計算參數(shù)：

洞內(nèi)同時工作最多人數(shù)按50人/工作面考慮；

洞內(nèi)允許最小風(fēng)速Vmin=0.15 m/s；

洞內(nèi)每人供應(yīng)新鮮風(fēng)4 m3/min；

內(nèi)燃機械設(shè)備作業(yè)供風(fēng)量3 m3/(min·kW)；

風(fēng)管平均百米漏風(fēng)率為0.01，風(fēng)管摩阻系數(shù)為0.01。

主要計算公式：

洞內(nèi)最多人數(shù)控制風(fēng)量：Q1=4×k×m(4為洞內(nèi)每人每分鐘供應(yīng)新鮮風(fēng)量；k為風(fēng)量備用系數(shù),1.15～1.25;m為洞內(nèi)同時工作最多人數(shù))；

最低允許風(fēng)速控制風(fēng)量：Q2=60×S×V(60為分鐘與秒的換算;S為斷面面積;V為最低允許風(fēng)速);

內(nèi)燃機械設(shè)備總功率控制風(fēng)量：Q4=W×0.7×3(W為內(nèi)燃機總功率;0.7為機械設(shè)備利用率、內(nèi)燃機械設(shè)備作業(yè)供風(fēng)量);

洞口風(fēng)機風(fēng)量：Q=Qmax/(1-β)L/100(β為百米漏風(fēng)率);

風(fēng)壓計算公式：風(fēng)機有足夠的風(fēng)壓克服管道阻力h>h阻;

h阻=∑h動+∑h沿+∑h局(h動為管口動壓,一般按50 Pa考慮;h沿為沿程壓力損失;h局為沿程壓力損失的10%)。

5)壓入式通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置。

洞外通風(fēng)機安裝在洞外，通過風(fēng)管向洞內(nèi)壓入通風(fēng)；洞內(nèi)設(shè)置一臺風(fēng)機與洞外通風(fēng)管串聯(lián)，對通風(fēng)管內(nèi)空氣進行加壓送掌子面。沿線每隔1 000 m安裝一臺射流風(fēng)機輔助通風(fēng)，加速洞內(nèi)渾濁空氣排出。通風(fēng)布置見圖1。

第一臺風(fēng)機安設(shè)在距洞口20 m～30 m處，第二臺風(fēng)機安設(shè)在進洞800 m處,兩臺串聯(lián)。在第一臺風(fēng)機800 m出風(fēng)口處采用薄鐵皮加工一個與風(fēng)帶直徑相同長度2.0 m的圓筒，圓筒與第二臺風(fēng)機進風(fēng)口距離為1.5 m～2.2 m(該范圍為通風(fēng)真空地帶,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,可以進行調(diào)整)，從圓筒壓進來的新鮮空氣被第二臺風(fēng)機吸入，送到工作面，新鮮空氣將渾濁的空氣逼出洞外(如圖1所示)。

由于螺旋式隧道與普通一般隧道相比，前者排污除塵的速度要慢很多，如果不能及時把粉塵及機械的尾氣排出洞外，會對施工人員的健康造成傷害，同時給工程的進度增加了難度。

水幕降塵器，是我們在一般隧道施工中采用的降塵方式(如圖2所示)。

作業(yè)環(huán)境的空氣質(zhì)量。爆破后通風(fēng)前，通風(fēng)后的兩組數(shù)據(jù)，出渣過程中空氣質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)(見表2)。

表2　隧道內(nèi)塵毒監(jiān)測記錄表(爆破后通風(fēng)30 min)

監(jiān)測部位掌子面監(jiān)測指標(biāo)COSO2NONO2O2CH4濕度溫度游離SiO2結(jié)論K7+200251.12.01.218無78201.4合格K6+800200.72.21.021無70201.2合格K6+400150.60.90.820無75220.6合格

4　要因分析

依據(jù)我們對日常洞內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了在高海拔螺旋式隧道通風(fēng)效果的通風(fēng)原因，與一般隧道通風(fēng)存在的問題又增加了幾項：1)高原、高海拔螺旋式隧道，它的大氣壓力降低，內(nèi)燃機械降效，故對總風(fēng)量要求大。2)由于平面曲線與縱向高差的存在，同時進口為上坡洞，又處于高原地區(qū)。3)二襯臺車使該處的通風(fēng)凈斷面減小，通風(fēng)管穿過形成兩處拐彎不利于排煙。4)需要通風(fēng)的巷道長度大，平曲線增大網(wǎng)管風(fēng)阻、風(fēng)損，上坡洞排煙難度增大，通風(fēng)時間長。

5　解決方法

1)減少掌子面一次性爆破的尺寸。

2)對洞內(nèi)各種機械的排污量要嚴(yán)格控制。

3)增大風(fēng)壓，采用洞口2臺風(fēng)機串聯(lián)，尾段永臨結(jié)合混合式通風(fēng)，風(fēng)管吊掛平直，拉緊掉牢，不出現(xiàn)褶皺。

4)在二襯臺車上裝置鋼質(zhì)連接管，臺車兩頭采用可調(diào)節(jié)長度的伸縮風(fēng)管過渡，在該處再增加2臺射流風(fēng)機，加速二襯臺車附近的風(fēng)流。

5)采用以往的水幕降塵，用于爆破后掌子面的粉塵進行噴霧、灑水，沖洗巖面，降低粉塵。

6　結(jié)語

公路隧道施工通風(fēng)是一項很關(guān)鍵的工序，特別是長隧道控制好通風(fēng)措施，不但對施工人員健康得到保證，也對加快工程進度起到了保障。

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