公路項(xiàng)目瓦斯隧道的施工通風(fēng)技術(shù)分析

李知友

摘要 文章針對(duì)公路項(xiàng)目瓦斯隧道的施工通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行了深入分析，介紹了瓦斯性質(zhì)及危害，并闡述了隧道施工通風(fēng)的基本原理和特殊要求。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐詳細(xì)探討了公路項(xiàng)目瓦斯隧道的施工通風(fēng)技術(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了施工通風(fēng)技術(shù)在瓦斯隧道施工中的應(yīng)用效果，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的理論研究和實(shí)踐工作提供有價(jià)值的參考和指導(dǎo)，以推動(dòng)瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞 公路項(xiàng)目；瓦斯隧道；施工通風(fēng)技術(shù)；通風(fēng)方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）05-0072-03

0 引言

瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)是確保施工安全順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，瓦斯隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)與施工涉及復(fù)雜的工程環(huán)境和安全問(wèn)題。因此，深入研究瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)對(duì)于公路建設(shè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。該文旨在探討公路項(xiàng)目瓦斯隧道的施工通風(fēng)技術(shù)，分析其原理、方法和應(yīng)用，以期為公路項(xiàng)目瓦斯隧道的施工通風(fēng)技術(shù)提供理論支持和實(shí)際應(yīng)用指導(dǎo)。

1 瓦斯隧道施工通風(fēng)基本概念

1.1 瓦斯性質(zhì)及危害

瓦斯是一種由甲烷（CH4）為主的多種氣體組成的混合物，主要成分是甲烷，其次為二氧化碳、氮?dú)夂推渌麩N類氣體。瓦斯在常溫常壓下為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的氣體，具有可燃性和爆炸性。

瓦斯的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：①當(dāng)瓦斯與空氣以一定比例混合后，其具備燃燒性質(zhì)。這種混合物遭遇火源時(shí)，可能會(huì)引發(fā)燃燒現(xiàn)象，并有可能產(chǎn)生爆炸效應(yīng)。②瓦斯在空氣中含量過(guò)高時(shí)，會(huì)致使氧氣含量降低，使人窒息死亡。③瓦斯還具有強(qiáng)烈的毒性和腐蝕性，長(zhǎng)期接觸會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響。

1.2 隧道施工通風(fēng)原理

隧道施工通風(fēng)原理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[2]：

（1）從基本的氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)來(lái)理解隧道通風(fēng)原理。通過(guò)在隧道的一端設(shè)置高壓區(qū)（如使用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生正壓）或在另一端設(shè)置低壓區(qū)（如利用自然風(fēng)或抽風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓），可以引導(dǎo)空氣在隧道內(nèi)形成定向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)效果。

（2）隧道通風(fēng)還需要考慮氣體擴(kuò)散和混合的原理。合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)能促進(jìn)這些有害氣體與新鮮空氣的充分混合和稀釋，降低其濃度至安全水平。

（3）隧道通風(fēng)還需考慮熱力學(xué)因素。通風(fēng)系統(tǒng)需要能夠有效地排出熱量和濕氣，維持隧道內(nèi)的適宜溫度和濕度。

2 隧道通風(fēng)方案分類

隧道通風(fēng)方案可根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。以下是一些常見(jiàn)的分類方式[1]：

2.1 按照通風(fēng)機(jī)的布置方式

（1）抽出式通風(fēng)：在隧道洞口設(shè)置排風(fēng)筒，利用風(fēng)機(jī)將洞內(nèi)空氣排出，同時(shí)在洞內(nèi)設(shè)置進(jìn)風(fēng)筒，使新鮮空氣進(jìn)入洞內(nèi)。

（2）壓入式通風(fēng)：在隧道洞內(nèi)設(shè)置通風(fēng)機(jī)，將新鮮空氣通過(guò)通風(fēng)管路壓入洞內(nèi)，同時(shí)在洞口設(shè)置排風(fēng)筒，將洞內(nèi)有害氣體排出。

2.2 按照通風(fēng)機(jī)數(shù)量和功率

（1）單風(fēng)機(jī)方案：使用一臺(tái)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，適用于短隧道或通風(fēng)量要求不高的場(chǎng)合。

（2）多風(fēng)機(jī)方案：使用多臺(tái)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，可以滿足更大風(fēng)量和更高要求的隧道施工通風(fēng)需求。

2.3 按照通風(fēng)控制方式

（1）手動(dòng)控制：通過(guò)人工操作控制通風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉，適用于通風(fēng)量要求不高、人工操作方便的場(chǎng)合。

（2）自動(dòng)控制：通過(guò)傳感器和控制系統(tǒng)自動(dòng)控制通風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉，根據(jù)洞內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)調(diào)整通風(fēng)量，適用于自動(dòng)化程度較高的隧道施工場(chǎng)合。

3 公路項(xiàng)目瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)分析

3.1 項(xiàng)目概況

田咀隧道位于巴中市通江縣內(nèi)，右線全長(zhǎng)2 388 m，起訖樁號(hào)K46+747～K49+135；左線全長(zhǎng)2359 m，起訖樁號(hào)ZK46+750～ZK49+109。進(jìn)口端設(shè)人行橫通道6道，車行橫通道3道。隧道主洞單幅凈空（寬×高）10.75×5 m。主要指標(biāo)如表1所示：

3.2 通風(fēng)設(shè)計(jì)條件和參數(shù)

通風(fēng)設(shè)計(jì)條件和參數(shù)如下所示[3-4]：

（1）排除炮煙通風(fēng)時(shí)間：取30 min。

（2）風(fēng)筒及漏風(fēng)率：壓入式通風(fēng)管選用PVC增強(qiáng)塑纖布拉鏈?zhǔn)溅?.5 m高強(qiáng)度、抗靜電、阻燃柔性風(fēng)筒，每節(jié)長(zhǎng)度10 m，柔性風(fēng)筒百米漏風(fēng)率P100取1.0%。

（3）自然風(fēng)壓：田咀隧道進(jìn)、出風(fēng)口標(biāo)高相同，洞口與洞內(nèi)最高點(diǎn)標(biāo)高差約50.13 m，未超過(guò)150 m，隧道內(nèi)的坡度為?2.15%，參考礦井設(shè)計(jì)規(guī)范，自然風(fēng)壓可忽略不計(jì)。

（4）氣象要素：根據(jù)設(shè)計(jì)文件，該標(biāo)段田咀隧道左洞出口高程為605.85 m，田咀隧道右洞出口高程為605.62 m，年平均氣溫在16 ℃左右，相對(duì)濕度75%左右。根據(jù)氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算隧道洞內(nèi)空氣平均密度為1.22 kg/m3。其中：

=1.22 kg/m3

3.3 通風(fēng)形式及施工通風(fēng)方案

3.3.1 通風(fēng)形式

根據(jù)該項(xiàng)目隧道工程特點(diǎn)，該隧道前期車行橫洞尚未貫通。因此，為了有效通風(fēng)，采用壓入式通風(fēng)方式。在3號(hào)車行橫洞貫通后，則采用巷道式通風(fēng)方式。壓入式通風(fēng)是指在距離洞口30 m以外的新鮮風(fēng)區(qū)（上風(fēng)向）安裝軸流風(fēng)機(jī)，通過(guò)通風(fēng)管將新鮮風(fēng)壓送到開(kāi)挖工作面，從而實(shí)現(xiàn)稀釋有害氣體，并將污風(fēng)沿著隧道排出洞外。壓入式通風(fēng)方式如圖1所示：

3.3.2 施工通風(fēng)方案

根據(jù)通風(fēng)方式的選擇，前期車行橫洞沒(méi)有貫通之前，采用壓入式通風(fēng)，在車通貫通后采用巷道式通風(fēng)。選用隧道施工專用通風(fēng)機(jī)以及阻燃型通風(fēng)軟管，將新鮮空氣壓入工作面，稀釋后的廢氣沿隧道排出洞外，在進(jìn)風(fēng)口加寬段處設(shè)置風(fēng)門，封閉人行通道，隧道單洞全長(zhǎng)約2.39 km，在3號(hào)車行橫通道處改巷道式通風(fēng)。

（1）田咀隧道進(jìn)口左右洞均采用2×110 kW軸流風(fēng)機(jī)、隧道施工專用多速通風(fēng)機(jī)及Φ1 500 mm通風(fēng)軟管。

（2）布置注意事項(xiàng)：軸流風(fēng)機(jī)置于洞口30 m以外，風(fēng)管前端距掌子面10 m，以避免污風(fēng)串流。

（3）巷道式通風(fēng)在2#車通及緊急停車帶處布置兩臺(tái)2×110 kW通風(fēng)機(jī)，以右洞為進(jìn)風(fēng)洞、左洞為出風(fēng)洞，一個(gè)風(fēng)機(jī)通往右洞掌子面，另一風(fēng)機(jī)通往左洞掌子面。在1#車通、進(jìn)風(fēng)洞以及出風(fēng)洞布置數(shù)臺(tái)射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)。

（4）將2#加寬段擋頭墻（小樁號(hào)側(cè)）、1#人通至4#人通進(jìn)行封閉，避免污風(fēng)從進(jìn)風(fēng)洞流出，導(dǎo)致新鮮風(fēng)不能正常循環(huán)。

3.4 隧道通風(fēng)計(jì)算

3.4.1 田咀隧道出口（廣安端）右線的通風(fēng)量計(jì)算

開(kāi)挖面需風(fēng)量計(jì)算按照以下因素分別計(jì)算，取最大值作為配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的控制風(fēng)量，具體按各因素計(jì)算結(jié)果如下[4-5]：

（1）根據(jù)作業(yè)面同時(shí)最多工作人數(shù)計(jì)算通風(fēng)量：

Q人=q·n·k （1）

式中，Q人——總計(jì)需風(fēng)量；q——作業(yè)人員每個(gè)人的需風(fēng)量，一般按照3 m3/min·人計(jì)??；n——作業(yè)面同時(shí)工作的最多人數(shù)，該項(xiàng)目按照80人計(jì)算；k——備用調(diào)整系數(shù)，一般取1.5。

按照上述計(jì)算公式計(jì)算，隧道內(nèi)需風(fēng)量為：

Q人=q·n·k=80×3×1.5=360 m3/min

（2）根據(jù)隧道中最小風(fēng)量計(jì)算需風(fēng)量：

Q風(fēng)=Vf ×F （2）

式中，Q風(fēng)——總需風(fēng)量；Vf——隧道中最小風(fēng)速（m/s）；F——開(kāi)挖最大斷面面積（m2）。根據(jù)上述計(jì)算公式，該項(xiàng)目中經(jīng)測(cè)定，隧道最小風(fēng)速為0.15 m/s，最大開(kāi)挖斷面面積為70 m2，則隧道內(nèi)需風(fēng)量為：

Q風(fēng)=Vf×F=0.15×60×70=630 m3/min

（3）按瓦斯絕對(duì)涌出量計(jì)算通風(fēng)量：

（3）

式中，Q瓦——總需風(fēng)量；k——備用調(diào)整系數(shù)，一般取1.6；Q絕——隧道內(nèi)瓦斯涌出量，該項(xiàng)目根據(jù)實(shí)測(cè)為0.5 m3/min；R允——隧道工作面內(nèi)允許存在的瓦斯?jié)舛龋话闳?.5%；R送——送入隧道內(nèi)新風(fēng)中所包含的瓦斯?jié)舛龋擁?xiàng)目為0%。

按照上述計(jì)算公式計(jì)算，隧道內(nèi)需風(fēng)量為：

=160 m3/min

（4）按爆破后稀釋有害氣體計(jì)算通風(fēng)量：

（4）

式中，K——爆破使用的炸藥總量，該項(xiàng)目中使用量為134 kg；T——每公斤炸藥爆破所產(chǎn)生的CO量，經(jīng)測(cè)定該項(xiàng)目為0.02 m3/kg；X——隧道內(nèi)允許的有害氣體的濃度，一般取值為0.02；t——通風(fēng)時(shí)間，該項(xiàng)目為20 min。

按照上述計(jì)算公式計(jì)算，隧道內(nèi)需風(fēng)量為：

=670 m3/min

（5）按照無(wú)軌運(yùn)輸洞內(nèi)需風(fēng)量計(jì)算通風(fēng)量：

Q內(nèi)=H·q·k （5）

式中，H——作業(yè)面內(nèi)施工機(jī)械最大功率，該項(xiàng)目實(shí)際統(tǒng)計(jì)最大功率為378 kW；q——內(nèi)燃機(jī)械單位功率供風(fēng)量，按行業(yè)技術(shù)規(guī)范取值為4.5 m3/（min·kW）稀釋尾氣；k——功率系數(shù)，一般取0.63計(jì)算。

按照上述計(jì)算公式計(jì)算，隧道內(nèi)需風(fēng)量為：

Q內(nèi)=H·q·k=378×4.5×0.63=1 072 m3/min

按照各方法計(jì)算通風(fēng)量統(tǒng)計(jì)表如表2所示：

上述五種計(jì)算結(jié)果，取其最大值作為通風(fēng)布置設(shè)計(jì)量：1 072 m3/min。

3.4.2 風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的確定

采用壓入式供風(fēng)方式計(jì)算風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量，計(jì)算公式為：

（6）

式中，Qmax——最大通風(fēng)量，根據(jù)上節(jié)計(jì)算為1 072 m3/

min；k——有效風(fēng)量率。

（7）

式中，L——最大通風(fēng)長(zhǎng)度，該項(xiàng)目為955 m；N100——百米漏風(fēng)率，取值為1%。

按照上述計(jì)算公式計(jì)算，壓入式風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為：

=1 185 m3/min

3.4.3 風(fēng)壓計(jì)算

通風(fēng)機(jī)應(yīng)能克服管道的阻力，計(jì)算阻力公式如下：

R阻=R動(dòng)+R沿+R局 （8）

式中，R動(dòng)——管道口動(dòng)壓力，一般按照50 Pa計(jì)算；R沿——沿程壓力損失，該項(xiàng)目計(jì)算值為1 092.8 Pa；R局

——局部壓力損失，一般按照沿程壓力損失值的5%計(jì)算。

按照上述計(jì)算公式計(jì)算：

R阻=R動(dòng)+R沿+R局=50+1 092.8+1 092.8×5%=1 197.44 Pa

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，該項(xiàng)目通風(fēng)施工選用直徑1.5 m的風(fēng)管供風(fēng)，大于1 197.44 Pa的風(fēng)機(jī)能滿足施工要求。

3.5 隧道施工設(shè)備選型

（1）壓入式風(fēng)機(jī)的選型。田咀隧道需配置4臺(tái)壓入式軸流風(fēng)機(jī)，田咀隧道全部工區(qū)共需配置4臺(tái)風(fēng)機(jī)。壓入通風(fēng)前選用2×110 kW軸流風(fēng)機(jī)、風(fēng)量1 550～2 912 m3/min，全壓1 378～5 355 Pa，壓入式風(fēng)機(jī)應(yīng)選擇能滿足各個(gè)通風(fēng)區(qū)段供風(fēng)量及風(fēng)壓的軸流風(fēng)機(jī)。具體如表3所示：

采用巷道式通風(fēng)時(shí)，右線為新鮮風(fēng)進(jìn)入通道；左線為污風(fēng)排出通道。為避免污風(fēng)串流，壓入式風(fēng)機(jī)距離洞口30 m以外距離設(shè)置。

（2）射流風(fēng)機(jī)的選型。選用Φ1 000 mm的防爆型射流風(fēng)機(jī)，功率30 kW，總共9臺(tái)。

（3）風(fēng)管選型。風(fēng)管選用φ1 500 mm軟風(fēng)管。百米漏風(fēng)率要求小于1%。

4 公路項(xiàng)目瓦斯隧道施工通風(fēng)需注意的問(wèn)題

公路項(xiàng)目瓦斯隧道施工通風(fēng)需注意的問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面：①由于田咀隧道為微瓦斯隧道，并且可能含有毒有害氣體，故應(yīng)設(shè)專職檢測(cè)員，隨時(shí)監(jiān)測(cè)隧道開(kāi)挖面是否有有害氣體逸出以及瓦斯逸出的濃度，如果發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)報(bào)告，同時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。②風(fēng)管在轉(zhuǎn)彎時(shí)，彎管半徑不小于風(fēng)管直徑的3倍。③為防止二襯臺(tái)車前后及頂部、車行橫通道、人行橫通道、其他死角、塌腔地段等瓦斯易于積聚的空間，采用防爆軸流風(fēng)機(jī)，根據(jù)具體瓦斯涌出情況隨時(shí)調(diào)整防爆軸流風(fēng)機(jī)出口方向，做到“哪高哪吹”，徹底消除瓦斯積聚。④為減小掌子面粉塵，在風(fēng)管出口處安設(shè)噴霧器，以及在出風(fēng)洞增設(shè)噴淋系統(tǒng)（200 m/處）。

5 結(jié)語(yǔ)

在公路項(xiàng)目的瓦斯隧道施工中，施工通風(fēng)技術(shù)是確保施工安全和順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)能夠有效地改善洞內(nèi)空氣質(zhì)量，提高施工效率，保障施工人員的生命安全。因此，在選擇和應(yīng)用隧道施工通風(fēng)技術(shù)時(shí)，需要綜合考慮各種因素，如瓦斯性質(zhì)、隧道長(zhǎng)度、地質(zhì)條件等，以確保選擇合適的通風(fēng)方案，并實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)效果。該文的研究成果對(duì)于公路項(xiàng)目瓦斯隧道的施工通風(fēng)技術(shù)具有重要的理論和實(shí)踐意義。

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