赤嶺隧道施工通風技術

焦衛中

(中鐵十四局第三工程有限公司，山東兗州 272100)

1 工程概況

1.1 概述

赤嶺隧道位于福建省境內，進口位于永泰縣蓋洋鄉珠峰村，出口位于永泰縣蓋洋鄉暗亭寺。進口里程DK438+515;出口里程DK445+600，隧道全長7 085 m。

本隧道劃分為進口、出口兩個工區，各自獨頭掘進。其中赤嶺隧道進口部分設計為雙洞單線，呈燕尾設計。

1.2 隧道各工區承擔任務

隧道各工區承擔任務見表1。

表1 隧道各工區任務表

2 通風方案概述

本隧道設計各工作面采用壓入式獨頭通風。根據我單位類似隧道工程的施工經驗和目前現有的通風設備，本隧道進口工區通風方式分兩階段進行。第一階段:雙洞單線段在左、右線洞口各自設置風機長管路壓入通風;第二階段:單洞雙線段時在右洞洞口設置大功率通風機通過右洞向洞內壓入空氣直達掌子面，污風通過左線單洞排出洞外。考慮通風效果采用射流風機對氣流進行誘導。

赤嶺隧道出口采用長管路壓入式通風，通風管路過長時采用串聯風機通風，污風采用射流風機對氣流進行引導、加速流動。為了達到通風效果和節能要求，本隧道利用風機“變極多速”的特點采用變風量控制方案。即設計通風量計算采用按施工最后階段所需的風量，施工過程按變風量控制方案進行管理。

2.1 赤嶺隧道進口通風方案

2.1.1 第一階段通風

在進入單洞雙線段前，在左、右線洞口各設1臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機，利用“多極調速”的特點調整風機的功率，即滿足通風需要同時考慮通風的經濟性。通過風管將新鮮的空氣送到作業面，詳見圖1。

圖1 赤嶺隧道進口第一階段通風方案示意圖

2.1.2 赤嶺隧道進口第二階段通風

當開挖進入單洞雙線段時，在右線靠近燕尾處設置兩臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機，風管穿過風門向洞內供風。污風在射流風機的導流加速下通過左洞排出洞外，具體設置見圖2。

圖2 赤嶺隧道進口第二階段通風方案示意圖

2.2 赤嶺隧道出口通風方案

主要采用長管路壓入式通風，在洞口設置兩臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機。通過風管向洞內供風，隨著掘進深度的增加，在適當位置(距洞口2 000 m左右)增設一臺 SDF(C)-12.5，115×2 kW軸流風機接力向洞內供風，污風通過射流風機導流、加速后排出洞外，具體設置見圖3。

圖3 赤嶺隧道出口通風方案示意圖

3 施工通風驗算

3.1 施工通風要求

隧道施工通風的勞動衛生標準:根據我國鐵路、廠礦、企業及國家的有關勞動衛生標準的規定，隧道內施工作業段的空氣質量必須符合下列衛生標準。

3.1.1 粉塵濃度

空氣中粉塵濃度的允許值，與空氣中游離的二氧化硅的含量有關，根據《鐵路工程設計技術手冊·隧道》(1995年版)中規定:每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2 mg;含游離二氧化硅在10%以下時，不含有害物質的礦物性和動植物性的粉塵為10 mg;含游離二氧化硅在10%以下的水泥粉塵為6 mg。

3.1.2 洞內空氣成分(按體積計)

鐵路部頒布的《隧道施工技術規范》及我國礦山安全規程規定:凡有人工作的地點，氧氣(O2)含量不應低于20%，二氧化碳(CO2)不得大于0.5%。

3.1.3 有害氣體允許濃度

1)一氧化碳(CO)濃度(行業標準):空氣中CO濃度不得超過24 PPm(30 mg/m3)。施工人員進入開挖面時，濃度可允許到100 mg/m3(80 PPm)，但必須在30 min內降至30 mg/m3。

2)氮氧化物(換算成NO2)濃度:我國礦山安全規程及《鐵路隧道技術規范》(合訂本)規定(行業標準):氮氧化合物不得超過0.000 25%，質量濃度不超過5 mg/m3。

3.1.4 洞內溫度

隧道內氣溫不超過28℃。

3.1.5 洞內風量要求

每人每分鐘供給新鮮空氣不少于3 m3，內燃機械每千瓦供風量不宜小于3 m3/min。

3.1.6 洞內風速

鉆爆法施工，全斷面開挖時應不小于0.15 m/s，坑道內不小于 0.25 m/s。

3.2 各種控制因素條件下的需風量確定標準

1)排除作業面一次爆破所產生的有害氣體及煙塵，需風量。

壓入式通風，計算公式Q=5Gb/t。

其中，t為通風時間t=30 min;G為Ⅱ，Ⅲ級時，G取200 kg，Ⅳ，Ⅴ級時，G取100 kg;b為每千克炸藥產生的有害氣體，取40 m3/kg，則:Q=1 333 m3/min。

2)按稀釋排出內燃廢氣計算(無軌)。洞內出渣時內燃機功率最大，其中包括ZL50裝載機(功率185 kW)一臺，日立200挖掘機(功率110 kW)一臺，金王子自卸車3臺(功率210 kW)，內燃機使用功率按70%計算:

取:N=(185+110+210×3)×70%=647.5 kW。

則:Q=647.5 ×3=1 942.5 m3/min。

3)按洞內同時作業人員數確定需風量:

取:n=100，K=1.2。

則:Q=4×100×1.2=480 m3/min。

4)按最低風速要求，確定需風量。

一般正洞:QⅡ，Ⅲ=0.15 ×60 × AⅡ，Ⅲ=0.15 ×60 ×130=1 170 m3/min。

作業面需風量取以上各種控制因素計算需風量的最大值，即1 942.5 m3/min。

3.3 風機風量檢算

由于赤嶺出口送風距離最長達2 000 m(超過2 000 m利用增加風機的辦法進行接力)，取其進行對比計算，選用計算式:

其中，Qm為系統風量，m3/min;Q為作業面需風量，m3/min;β為百米漏風率，取1%;L為獨頭通風長度，m。

則風機送風量需滿足 Qm=1 942.5/(1－20×0.01)=2 428 m3/min。

對比風機參數，取風機高檔高效風量，兩臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機送風量為1 865×2=3 730 m3/min，滿足使用要求。

4 降塵措施

4.1 水幕降塵原理

洞內采用水幕降塵，就是把水霧化成微細水滴噴射到空氣中，使之與塵粒碰撞接觸，則塵粒附于水滴上或者被濕潤的塵粒互相凝聚成大顆粒，從而加快其沉降速度。主要發生了以下幾步反應:

1)通過慣性碰撞和截流，塵粒與液滴或液膜發生接觸;2)微細塵粒通過擴散與液滴接觸;3)加濕的塵粒相互凝結降落。

4.2 水幕降塵施工工藝

在赤嶺隧道掌子面，安裝了水幕降塵措施，保證了掌子面的空氣清潔，加快了炮煙清除速度，改善了洞內空氣質量。本著投資小，見效快，效果好的原則，我們選用了自制濕式除塵裝置見圖4。采用φ50 mm鋼管彎制成與隧道弧形相仿，弧形利用膨脹螺栓和鐵皮自制的抱箍固定在巖壁上，在距離掌子面100 m范圍內環向設置3道，距離掌子面的距離分別為30 m，50 m，80 m，鋼管上按間距150 mm×150 mm打設小孔，直徑6 mm，焊接噴頭，鋼管與高壓水管連接，放炮前10 min打開閥門，高壓水通過噴嘴霧化，形成水霧與炮煙中的粉塵顆粒凝結降落，放炮后30 min關閉，有效地清除了炮煙中的有害物質。自制降塵器隨掌子面開挖向前挪動。

圖4 自制降塵器布置圖

5 施工工藝小結

隧道施工過程中安排專門的雜工班進行風帶安裝、維護，風帶務必懸掛平順，接頭連接光滑，減小局部風阻，當風帶通過臺車時要盡量大半徑過渡，避免較大的彎折引起風壓損失。隨時檢查風帶是否有破損，有破損時及時修補或更換，同時積極協調洞內各施工作業面，加強對風帶的保護。

通過采取施工通風及水幕降塵措施，赤嶺隧道施工得以順利進行，一般在掌子面放炮后30 min內能滿足測量放線的通視條件。洞內的空氣質量較好，施工人員反映良好，經檢測粉塵及有害物質含量都滿足規范的要求，取得了較為良好的效果，對以后類似工程具有借鑒意義。

［1］賴滌泉.隧道施工通風與防塵［M］.北京：中國鐵道出版社，1994.

［2］鐵道部第二勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·隧道［M］.北京：中國鐵道出版社，1995.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道施工規范［M］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［4］鐵道部第二勘測設計院.鐵路隧道技術規范［M］.北京：中國鐵道出版社，1995.