雀兒山隧道通風和供氧方案的深化研究

陳 四 來

(1.四川樂西高速公路有限責任公司，四川 成都 610000； 2.國道317雀兒山指揮部，四川 成都 610000)

1 工程概況

國道317線雀兒山隧道工程位于四川甘孜州德格縣境內(nèi)，項目起于雀兒山三道班，止于雀兒山六道班，路線長12.997 km，其中雀兒山隧道主洞7 079 m，設平行導洞7 108 m，西洞口高程4 373 m，東洞口高程4 233 m，為目前世界海拔最高的超特長公路隧道。項目于2017年11月建成通車，并于2018年11月作為我國首次入圍的公路隧道項目，榮獲了國際隧道工程領域“奧斯卡”獎項——2018國際隧道協(xié)會(ITA)“年度工程大獎”(布魯內(nèi)爾獎杯)。

雀兒山隧道按二級公路標準建設，設計速度為40 km/h，主洞設計為單洞對向行車，平導作為通風救援通道；項目具有“三高三低”的特點(海拔高、地應力高、地震烈度高；氣溫低、含氧量低、氣壓低)。對于高海拔嚴寒地區(qū)超特長公路隧道的設計和施工，其實施的關鍵問題是解決通風和供氧問題，本文主要是對雀兒山隧道的通風供氧問題進行深化研究總結。

2 原設計的通風及供氧方案

在施工前期，業(yè)主單位匯同設計單位和科研單位提出了施工通風、制氧供氧系統(tǒng)、醫(yī)療保障系統(tǒng)等關鍵技術的指導性方案，以期最大限度地減少因高寒缺氧等因素造成的不良影響，實現(xiàn)“以人為本”和“均衡高效施工”的建設理念。

2.1 設計階段施工通風方案

根據(jù)施工組織設計專題，本隧道采用雙口掘進(適當部位加橫洞輔助)、平導有軌運輸、主洞無軌運輸，在此基礎上擬定了二階段施工通風實施方案。

第一階段：0 m～1 500 m采用獨立壓入式通風方案。主洞和平導分別采用獨立壓入式通風方案，污風沿各自隧道口排出。

第二階段：1 500 m～3 600 m采用巷道式通風實施方案。具

體為：

1)平導為進風巷、主洞為回風巷，采用射流通風技術，從平導到橫通道再到主洞形成主風流方向。

2)掌子面所需新鮮風由軸流風機通過風管供給，回風巷需風量由平導經(jīng)橫通道供給。

3)為了確保無漏風和循環(huán)風情況出現(xiàn)，除靠近掌子面車行橫通道作為平導與主洞聯(lián)通風道外，其余橫通道均予以封閉。

2.2 設計階段制氧供氧系統(tǒng)

設計階段制定了隧道制氧供氧方案，其中制氧方式采用變壓吸附法，供氧方式采用彌散式、個體背負氧氣罐相結合的方法。具體見表1,圖1。

表1 生命保障方案一覽表

3 實施階段的施工現(xiàn)狀

項目設計階段作了大量基礎工作，借鑒了青藏鐵路隧道的經(jīng)驗，開展了西部科研研究、氣象專題、隧道安全風險評估、專項施組設計等，提出了施工通風、制氧供氧系統(tǒng)、醫(yī)療保障系統(tǒng)等關鍵技術的指導性方案。在項目開工前，承包人根據(jù)設計方案和經(jīng)驗編制了隧道實施性施工組織設計，包括施工通風和制氧供氧方案，明確了施工通風方式及設備配備、制氧供氧方式及設備配備，經(jīng)審批后組織實施。但是由于雀兒山隧道規(guī)模大，施工環(huán)境特殊，設計與施工無直接規(guī)范及成熟經(jīng)驗可借鑒，無論是指導性施組還是實施性施組對施工環(huán)境的認識均無法準確預計，如海拔修正系數(shù)的選取、隧道制氧供氧標準、機械設備污染物排放增加值、設備降低系數(shù)的取值等。實施階段的施工現(xiàn)狀是在隧道施工過程中，施工人員(包括開挖班、初支班、襯砌班)先后發(fā)生多起暈倒現(xiàn)象，出現(xiàn)頭暈、頭疼、眼花、耳鳴、惡心、嘔吐、心慌、氣短、胸悶、面色及口唇發(fā)紫、食欲不振、全身乏力、行走困難或面部水腫等高原缺氧癥狀，嚴重危及施工作業(yè)人員安全及身體健康，給正常的施工生產(chǎn)造成嚴重影響，以上癥狀經(jīng)醫(yī)生初步診斷為隧道內(nèi)有毒有害氣體超標、氧氣含量低缺氧所致。為積累高海拔隧道建設經(jīng)驗，解決雀兒山隧道施工的實際問題，在工程項目開工建設同時啟動了科研課題研究工作，從隧道施工、抗防凍結構與運營控制等方面進行深入研究，其中施工子課題在現(xiàn)場進行了大量測試工作，掌握了大量施工現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，為細化、深化隧道施工通風與制氧供氧方案提供支撐與保障。

4 通風及供氧方案的深化研究

在施工組織設計階段擬定的通風方案的基礎上，結合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，綜合考慮了相關通風關鍵參數(shù)的取值，相關方對施工通風方案進行了深化研究，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)計算了需風量，配置了通風設備。

施工通風方案經(jīng)深化研究后，本隧道分為三個階段進行施工通風：

第一階段：0 m～1 000 m采用獨頭壓入式通風方案。主洞和平導分別采用獨立壓入式通風，污風沿各自隧道排出，具體布置見圖2。

第二階段：1 000 m～2 000 m采用單通道巷道式通風方案。具體為：1)平導為進風巷、主洞為回風巷，采用射流通風技術，從平導到橫通道再到主洞形成主風流方向。2)掌子面所需新鮮風由軸流風機通過風管供給，回風巷需風量由平導經(jīng)橫通道供給。3)為

了確保無漏風和循環(huán)風情況出現(xiàn)，除靠近掌子面車行橫通道作為平導與主洞聯(lián)通風道外，其余橫通道予以封閉。具體布置如圖3所示。

第三階段：2 000 m～3 600 m采用多通道巷道式通風方案。具體為：1)平導為進風巷、主洞為回風巷，分別利用2處橫通道(洞口1 000 m處的車行橫通道和靠近掌子面的車行橫通道)，采用射流通風技術，從平導到2處橫通道再到主洞形成2道主風流方向。2)掌子面所需新鮮風由軸流風機通過風管供給，回風巷需風量由平導經(jīng)橫通道供給。3)為了確保無漏風和循環(huán)風情況出現(xiàn)，其余橫通道予以封閉。具體布置見圖4。

施工供氧方案經(jīng)深化研究后，本隧道施工供氧方案如下：

生活區(qū)空間大，作業(yè)人員勞動強度低，佩戴鼻息式吸氧器較為方便；生活區(qū)設置集中彌散式吸氧區(qū)便于病人休養(yǎng)，且管理人員集中辦公較為便利；而隧道內(nèi)作業(yè)人員勞動強大，佩戴吸氧器和背負氧氣罐極為不便，掌子面集中彌散式與氧吧車的組合更有利于施工組織。

因此推薦方案為辦公生活區(qū)鼻息與彌散供氧組合、隧道內(nèi)施工區(qū)彌散式供氧方式。在生活區(qū)設置兩間辦公室、醫(yī)務室采用彌散式供氧，其余辦公室或住所鼻息式吸氧，隧道內(nèi)采用掌子面鉆孔工況局部彌散式供氧、其余工況采用氧吧車(吸氧室)供氧。

5 結語

雀兒山隧道的通風及供氧方案經(jīng)過深化研究后實施，在實施過程中，通過多方通力合作，加強現(xiàn)場數(shù)據(jù)的測試與分析，開展減少洞內(nèi)污染物的排放、海拔修正系數(shù)、高海拔隧道風管漏風率的深化研究，同時根據(jù)不同工況實施相應的供氧方式，深化隧道制氧供氧的應用研究，深化后的通風供氧方案實施后的實際效果很好，為雀兒山隧道順利完工通車提供了關鍵保障。