長隧洞施工變頻節(jié)能通風(fēng)技術(shù)研究

李晏

【摘要】近年來，我國的隧道工程建設(shè)越來越多，其對能源的消耗越來越多。目前國內(nèi)在隧洞掘進(jìn)施工通風(fēng)中，通常按照掘進(jìn)通風(fēng)散煙、瓦斯、有毒氣體等最大供風(fēng)需求量配置風(fēng)機(jī)。然而，在掘進(jìn)工作面環(huán)境條件處于低煙霧、低瓦斯?fàn)顟B(tài)時(shí)，掘進(jìn)通風(fēng)機(jī)仍在最大功率下運(yùn)行，從而造成了極大的能源浪費(fèi);同時(shí)，風(fēng)機(jī)一旦接入電網(wǎng)便處于長期恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象。對隧洞供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造，使其具備智能辨識工作面作業(yè)環(huán)境的功能，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能通風(fēng)意義重大。介紹了對長隧洞施工變頻節(jié)能通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行的研究。

【關(guān)鍵詞】長隧洞;施工;變頻;通風(fēng)

隧洞開挖過程中，容易受到各種因素影響，特別是長隧道工程施工時(shí)常會面臨通風(fēng)技術(shù)質(zhì)量這重要的一環(huán)。所以在長隧道工程施工建設(shè)中，應(yīng)該根據(jù)工程實(shí)際情況和隧洞開挖特點(diǎn)，選擇適宜的施工技術(shù)，并做好施工通風(fēng)質(zhì)量控制工作，將隧洞開挖施工的通風(fēng)技術(shù)在長隧道工程中自身價(jià)值全面發(fā)揮尤為重要。

1、施工技術(shù)

1.1風(fēng)、水、電及通風(fēng)布置

高壓風(fēng)管為鋼管，布置在隧洞側(cè)墻中下部，與施工用水水管平行，電力線路布置在另一側(cè)，高度從拱架拱腳向下布置，最下一個(gè)架線瓷瓶距地面約1.9m，通風(fēng)用風(fēng)筒布置在洞頂稍偏一側(cè)，讓出洞頂軸線位置安裝激光定向儀用來方便開挖測量放線。

1.2石方開挖施工技術(shù)

通常情況下，在使用石方開挖施工技術(shù)中，其主要?jiǎng)澐譃閮煞N模式，一個(gè)是石方明挖，另一個(gè)是石方洞挖。對于石方洞挖，也就是依據(jù)隧洞開挖輪廓線及隧洞圍巖情況，合理選擇爆破工藝，使用7655型手風(fēng)鉆或鉆孔臺車等鉆孔設(shè)備，對爆破范圍進(jìn)行鑿巖鉆孔處理，并安裝適量炸藥，對隧洞圍巖進(jìn)行爆破。要想保證石方施工工作有序進(jìn)行，保證操作安全，在整個(gè)開挖中，應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)制定開挖方案，在施工過程中利用軸流通風(fēng)機(jī)等通風(fēng)設(shè)備采用串并聯(lián)通風(fēng)方法實(shí)現(xiàn)及時(shí)通風(fēng)除塵排煙，及時(shí)清理渣石。

2、通風(fēng)現(xiàn)狀

通常隧道在通風(fēng)設(shè)計(jì)及風(fēng)機(jī)選型時(shí)是根據(jù)隧道通風(fēng)最困難時(shí)期的需求選擇的，而在隧道施工初期及隧道中大氣環(huán)境相對良好的情況下就會造成巨大的能源浪費(fèi)。同時(shí)，隧道施工在各個(gè)工序作業(yè)期間，對需風(fēng)量的要求亦不同，如果風(fēng)機(jī)以一成不變的狀態(tài)運(yùn)行也會造成巨大的能源浪費(fèi)，如無瓦斯段和低瓦斯段只需滿足職業(yè)健康要求即可;而對于瓦斯洞段則需風(fēng)機(jī)加大運(yùn)行功率以保證隧道風(fēng)速;當(dāng)粉塵超標(biāo)時(shí)風(fēng)機(jī)需加大功率排出煙塵;爆破后一氧化碳超標(biāo)時(shí)風(fēng)機(jī)需全速運(yùn)行以減少通風(fēng)散煙時(shí)間。由于巨大的電費(fèi)投入，施工管理者在施工過程中隨意停風(fēng)降低了隧道大氣環(huán)境質(zhì)量，不間斷地通風(fēng)，使電費(fèi)增加，間歇性的通風(fēng)會造成空氣質(zhì)量下降。

3、長隧洞施工變頻節(jié)能通風(fēng)技術(shù)

3.1大氣壓力

大氣壓力是指單位面積上直至大氣上界整個(gè)空氣柱自重，是氣象學(xué)中極其重要的一個(gè)物理量，它的分布和變化與大氣運(yùn)動及天氣狀況有密切關(guān)系。大氣壓力主要由空氣密度計(jì)算得到，而密度又受溫度、壓力同時(shí)影響，因此，測量出的大氣壓力值實(shí)際上已包含溫度影響，所以其實(shí)際作用為使隧洞兩洞口端形成氣流壓差，可將其稱為超靜壓差。由此，搞清各支洞口的超靜壓及洞內(nèi)溫度分布，則可分析洞內(nèi)自然風(fēng)的影響規(guī)律。因此，在數(shù)據(jù)采集、方案分析中應(yīng)重點(diǎn)考慮相關(guān)因素。

3.2出渣

在隧洞出渣中主要采用裝載機(jī)裝車和扒渣機(jī)裝車兩種出渣方式，這兩種出渣方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。采用裝載機(jī)裝車優(yōu)點(diǎn)是裝載機(jī)為通用設(shè)備，即可裝車，又可在現(xiàn)場零星作業(yè)，缺點(diǎn)是隧洞開挖深度增大后，設(shè)備使用洞內(nèi)煙霧大，裝載機(jī)出渣受隧洞開挖規(guī)格尺寸等影響，同時(shí)裝載機(jī)裝車需增大避車道的密度和尺寸，增加了洞內(nèi)施工環(huán)境惡劣程度和施工成本。而使用扒渣機(jī)出渣的優(yōu)點(diǎn)是扒渣機(jī)在工作時(shí)使用電做動力，裝車時(shí)施工產(chǎn)生煙塵小，效率高（運(yùn)渣時(shí)一臺車在掌子面裝車，另一臺車在最近的一個(gè)避車道隨時(shí)待命），設(shè)備高度較低適用于小斷面隧洞，同時(shí)用皮帶傳送渣石裝車，運(yùn)輸車輛直接開到掌子面附近，避免了裝載機(jī)裝車時(shí)需增加調(diào)車硐室，可減少避車道數(shù)量;缺點(diǎn)是扒渣機(jī)用途單一，且價(jià)格較高、不同價(jià)格的扒渣機(jī)性能相差太大。

3.3風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)的改造

（1）安全監(jiān)控系統(tǒng)的改造。在隧道內(nèi)相關(guān)部位安裝甲烷、硫化氫、一氧化碳、風(fēng)速等傳感器用以監(jiān)測隧道內(nèi)的施工環(huán)境并進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、存儲與傳輸。（2）引入智能軟件系統(tǒng)。引入智能變頻通風(fēng)運(yùn)行及監(jiān)控軟件系統(tǒng)，在隧道監(jiān)控室內(nèi)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行并顯示。該軟件系統(tǒng)具有以下功能：數(shù)據(jù)讀取、傳輸、計(jì)算分析和信號輸出、智能控制與人工控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換設(shè)置、接受人工手動設(shè)置參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)讀取與保存以及顯示等。（3）增設(shè)控制器。所增設(shè)的控制器具有承擔(dān)隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)分析、計(jì)算和輸出控制信號的功能，具有讀取安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、分析計(jì)算、下發(fā)運(yùn)行頻率的功能?？刂破髫?fù)責(zé)計(jì)算運(yùn)行頻率并將頻率信號輸出給變頻器，以達(dá)到風(fēng)機(jī)風(fēng)量實(shí)時(shí)智能控制的目的。（4）增設(shè)變頻器。所增設(shè)的變頻器是實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)智能變頻控制的關(guān)鍵設(shè)備，在使用時(shí)變頻器主要具有以下功能：控制并改變風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率;監(jiān)測風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流和功率等。（5）增設(shè)傳感器。通過傳感器收集隧道內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行智能分析，在保證職業(yè)健康和有毒有害氣體指標(biāo)可控的前提下，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

結(jié)語：

綜上所述，隧道通風(fēng)系統(tǒng)的供風(fēng)方式及設(shè)備功能的提升與改造，實(shí)現(xiàn)了隧道風(fēng)機(jī)智能變頻控制，提高了隧道通風(fēng)的自動化程度，提高了隧道安全管理的效率，同時(shí)亦降低了電能消耗，對于長隧洞施工通風(fēng)具有重要的意義，也為今后的類似工程建設(shè)提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，具有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]SDJ212-83.水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范[S].北京：中華人民共和國水利電力部，1983.

[2]GBJ86-85.錨桿和噴射混凝土施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：中華人民共和國冶金工業(yè)部，1985.

[3]陳響亮，陳月娥.小斷面長隧洞快速施工的優(yōu)化與實(shí)踐[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2007（2）：28-30.