秦嶺2號(hào)勘探試驗(yàn)洞長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)技術(shù)分析

趙進(jìn)（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院大安監(jiān)理公司 陜西 西安 710001）

1 前言

引漢濟(jì)渭秦嶺2號(hào)勘探試驗(yàn)洞直線(xiàn)2692m，斷面尺寸5.2m×6.3m，綜合縱坡10.03%，行車(chē)道坡度11.33%。單面掘進(jìn)施工，加之與后續(xù)主洞施工相連，使得隧道通風(fēng)距離長(zhǎng)、斷面小、坡度大，造成通風(fēng)難度較大。通風(fēng)系統(tǒng)是隧洞施工的生命線(xiàn)，是為隧洞內(nèi)施工人員工作面供給足夠的新鮮空氣，淡化或排除各種有害氣體或巖塵，使其含量降低到《水工建筑物地下開(kāi)挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5099-1999)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍以?xún)?nèi)，以為隧洞內(nèi)施工工作人員創(chuàng)造一個(gè)較為適宜的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)也為維持其他機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行提供必要的條件。通風(fēng)方案首先必須與隧洞施工組織相協(xié)調(diào)，并采取“合理布局，優(yōu)化匹配，防漏降阻，嚴(yán)格管理”的綜合管理措施。作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師，為了便于控制施工環(huán)節(jié)，確保工程施工安全，有必要對(duì)隧道施工的通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行全面掌握。

2 施工通風(fēng)控制條件

隧洞內(nèi)的空氣中除含有氮?dú)狻⒀鯕狻⒍趸嫉瘸煞滞猓€包含許多對(duì)人體有害的成分，如一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫及粉塵、水蒸氣等，有些地區(qū)還有甲烷。為了保證隧洞內(nèi)施工人員的身體健康和機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，必須保證隧洞內(nèi)的空氣質(zhì)量，有毒、有害氣體濃度不超過(guò)DL/T5099-1999標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)使隧洞內(nèi)的溫度、濕度保持在一個(gè)合理的水平。

(1)坑道中氧氣含量：按體積計(jì)，不得低于20%。

(2)粉塵允許濃度：每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg；含有10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物質(zhì)的礦物性和動(dòng)植物性的粉塵為10mg。

(3)有害氣體濃度：一氧化碳不大于30mg/m3。當(dāng)施工人員進(jìn)入開(kāi)挖面檢查時(shí)，濃度可為100mg/m3，但必須在30min內(nèi)降至30mg/m3。二氧化碳按體積計(jì)不超過(guò)0.5%。氮氧化物換算成二氧化氮(NO2)為5mg/m3以下。

（4）瓦斯(甲烷CH4)濃度：總回風(fēng)道風(fēng)流中，應(yīng)小于0.75%；從其他工作面進(jìn)來(lái)的風(fēng)流中，應(yīng)不小于0.5%；開(kāi)挖面裝藥爆破前，應(yīng)小于1.0%；開(kāi)挖面濃度超過(guò)2%時(shí)，人員必須撤至安全地點(diǎn)。隧道內(nèi)氣溫不得超過(guò)28℃。

（5）隧道施工時(shí)，供給每人的新鮮空氣量，不應(yīng)低于3m3/min，采用內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)時(shí)，1kW功率的機(jī)械設(shè)備供風(fēng)量不宜小于1.6m3/min。隧道開(kāi)挖時(shí)全斷面風(fēng)速不應(yīng)小于0.15m/s;輔助坑道內(nèi)不應(yīng)小于0.25m/s,并不得大于6m/s。

3 通風(fēng)量計(jì)算

3.1 施工人員所需風(fēng)量

式中,Up——洞內(nèi)每人所需新鮮空氣量，一般按3m3/min/人計(jì)算；

m——洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)（鉆孔、噴錨、襯砌和其它輔助作業(yè)同時(shí)工作）；

k——通風(fēng)量備用系數(shù)取（1.1～1.5）。

3.2 爆破散煙所需風(fēng)量

按純稀釋炮煙的理論計(jì)算風(fēng)量：

式中，t——爆破后通風(fēng)時(shí)間(min)；

A——工作面同時(shí)爆破最多炸藥量；

V——全巷道容積；

S——巷道凈橫斷面面積；

L——需要通風(fēng)巷道長(zhǎng)度

3.3 洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量

式中，Umin——洞內(nèi)允許最小風(fēng)速，大斷面掘進(jìn)≮0.15(m/s)，小斷面和異型斷面掘進(jìn)≮0.25(m/s)；

3.4 沖淡柴油機(jī)械產(chǎn)生的有害氣體所需的風(fēng)量計(jì)算

按單位功率所需風(fēng)量指標(biāo)計(jì)算：

式中，Q0——柴油機(jī)單位功率所需風(fēng)量指標(biāo)，1kW的風(fēng)量不宜小于1.645m3/min；

ΣP——同時(shí)在洞內(nèi)作業(yè)的各種柴油

機(jī)功率的總和，單位：kW。

4 通風(fēng)設(shè)備的選擇和布置

通風(fēng)設(shè)備的選擇，是確定隧洞內(nèi)通風(fēng)效果的關(guān)鍵。隧洞內(nèi)所需最大通風(fēng)量是選擇通風(fēng)設(shè)備的控制因素，通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量和工作全風(fēng)壓，是選擇通風(fēng)機(jī)的兩個(gè)要素，然后據(jù)此進(jìn)行供風(fēng)管配置和設(shè)備布設(shè)。

4.1 通風(fēng)機(jī)的選擇

秦嶺2號(hào)勘探實(shí)驗(yàn)洞采用單向掘進(jìn)鉆爆法施工，隧道內(nèi)巖質(zhì)為硬質(zhì)花崗巖，如單循環(huán)進(jìn)尺以3m計(jì)，炸藥用量2.3kg/m3，耗藥量較大為3 kg/m3～4kg/m3，通風(fēng)時(shí)間按30min考慮，掌子面所需風(fēng)量應(yīng)按洞內(nèi)要求最小風(fēng)速、洞內(nèi)人員需風(fēng)量和一次爆破后30min排除掌子面炮煙進(jìn)行計(jì)算（取其中的最大值為計(jì)算依據(jù)）。理論計(jì)算：施工人員所需風(fēng)量為135m3/min，純稀釋炮煙風(fēng)量為187.73m3/min，洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量為589.05m3/min，沖淡柴油機(jī)械產(chǎn)生的有害氣體所需的風(fēng)量為595.49m3/min。由此，秦嶺2號(hào)勘探實(shí)驗(yàn)洞所需風(fēng)量由裝渣運(yùn)輸時(shí)內(nèi)燃機(jī)械所需風(fēng)量控制，工作面所需風(fēng)量取Q=595.49m3/min。

考慮漏風(fēng)而損失的風(fēng)量，洞外風(fēng)機(jī)的供風(fēng)總量按公式Q風(fēng)機(jī)=KQ計(jì)算。式中，Q風(fēng)機(jī)為風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量，K為漏風(fēng)系數(shù)，取1.3。

即：Q風(fēng)機(jī)=KQ=1.3×595.49=774.14(m3/min)

通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓為：hm=hky+hp(Pa)

確定秦嶺2號(hào)勘探實(shí)驗(yàn)洞采用SDDY—ⅢNO5-11型軸流式通風(fēng)機(jī)，其性能見(jiàn)表1。

表1 SDDY—ⅢN O 5-11型軸流式通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)表

4.2 風(fēng)管與風(fēng)機(jī)的布置

風(fēng)管的選用主要考慮風(fēng)速、風(fēng)量、造價(jià)、耐用性等方面因素。結(jié)合本工程的特點(diǎn)，選用的通風(fēng)管為塑膠材質(zhì)，管徑110cm，以20m為一節(jié)，新型剛性接頭，風(fēng)管安裝在隧洞頂部中央(或稍偏離中央)部位，先每隔5m打一錨桿孔，風(fēng)管吊掛每100m撓度不大于150mm，軸向偏差每100m不大于300mm。考慮到隧洞中部空氣凈化所需的時(shí)間較長(zhǎng)，凈化程度也比工作面差這一因素，采用混合通風(fēng)的方式，通風(fēng)機(jī)置于洞口，進(jìn)行壓入式供風(fēng)。SDDY—ⅢNO5-11型軸流式通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)流量為52000m3/h～72000m3/h，電機(jī)2×55kW，全壓 3700 Pa～5400Pa，轉(zhuǎn)速2900r/min，基本滿(mǎn)足目前生產(chǎn)。

5 通風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)

通風(fēng)系統(tǒng)的經(jīng)常或定期維護(hù)，對(duì)于確保通風(fēng)效果起著至關(guān)重要的作用。在秦嶺2號(hào)勘探試驗(yàn)洞施工過(guò)程中，施工單位的具體做法有：

（1）項(xiàng)目部制定了隧道通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行管理制度，成立了專(zhuān)門(mén)的通風(fēng)作業(yè)班。班內(nèi)人員有詳細(xì)的分工和責(zé)任，并在項(xiàng)目部的統(tǒng)一組織下，對(duì)通風(fēng)作業(yè)班的全體人員進(jìn)行了制度培訓(xùn)學(xué)習(xí)。要求他們按照作業(yè)規(guī)程，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)常不間斷維修和更換，根據(jù)隧洞工程的進(jìn)展情況，及時(shí)續(xù)接通風(fēng)管的長(zhǎng)度，以確保作業(yè)工作面的作業(yè)環(huán)境質(zhì)量。

（2）根據(jù)工程進(jìn)展，隨時(shí)進(jìn)行作業(yè)面空氣質(zhì)量檢測(cè)，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)。遇到有害氣體超標(biāo)嚴(yán)重或可能出現(xiàn)危險(xiǎn)，立即疏散人員，報(bào)項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理，并進(jìn)行停工整改。

（3）對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的風(fēng)管下垂、破裂漏風(fēng)等其他運(yùn)行故障或問(wèn)題，進(jìn)行及時(shí)處理，以確保通風(fēng)系統(tǒng)的正常工況和隧洞內(nèi)供風(fēng)的效果。

（4）提高或改善隧洞通風(fēng)效果，不僅僅要從通風(fēng)設(shè)備上做文章，在具體的施工過(guò)程中，秦嶺2號(hào)勘探試驗(yàn)洞的施工單位也采取了以下幾個(gè)方面有效方法：鉆爆法施工在打鉆時(shí)，加水鉆孔，減少粉塵；加強(qiáng)洞內(nèi)運(yùn)渣車(chē)輛的經(jīng)常性保養(yǎng)維修，改善內(nèi)燃設(shè)備硝煙化油設(shè)備，以減少?gòu)U氣排放量；加強(qiáng)洞內(nèi)施工道路維修整平，減少車(chē)輛運(yùn)行阻力，避免因加大油門(mén)而造成的尾氣排放。

6 結(jié)語(yǔ)

隧洞工程施工，搞好通風(fēng)，對(duì)整個(gè)工程的施工質(zhì)量、進(jìn)度起著很重要的作用。在本次勘探試驗(yàn)洞施工過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算風(fēng)量來(lái)選擇通風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)管理，強(qiáng)化控制，確保通風(fēng)效果，保護(hù)了施工人員的健康和安全，達(dá)到了施工條件要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，秦嶺二號(hào)勘測(cè)洞掘進(jìn)工作面的通風(fēng)效果，隨著隧道進(jìn)尺的不斷加深，在20min～40min不等的時(shí)間內(nèi)，工作面的空氣質(zhì)量基本可以達(dá)到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔爆破時(shí)停止通風(fēng)，爆破后及出碴時(shí)保持通風(fēng)，有害粉塵的濃度得到控制，既保證空氣質(zhì)量，改善了洞內(nèi)的工作環(huán)境，月掘進(jìn)速度可達(dá)150m～200m，保證了工程施工進(jìn)度。陜西水利

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