長大隧道施工通風技術研究

張志民

【摘要】施工通風是長大隧道施工的重要施工工藝，也是長大隧道施工的控制要點。合理的通風系統、理想的通風效果是實現長大隧道快速施工、確保施工人員身心健康及施工安全的重要保證。本文以某長大鐵路隧道為例，探討了其施工通風技術，望對類似工程有所幫助。

【關鍵詞】長大隧道；施工通風；風量計算

一、工程概況

某鐵路隧道全長6827m，獨頭掘進最長達3500m，隧道進口位于A車站內，隧道進口DK40+550～DK41+803段為四線雙連拱隧道，DK41+803～DK47+377段為單線隧道，隧道往大里程方向坡度為16.5‰。平行主洞右側40m處設一平導，平導全長6854m，采用與主洞一致的坡度，主洞與平導之間設有22處橫向聯絡通道。

二、隧道施工通風的必要性

在隧道施工過程中，由于開挖、爆破、出碴、噴射混凝土施作、機械設備排氣、開挖時地層釋放有害氣體等因素，使洞內氧氣濃度降低，且混雜各種有害氣體和粉塵，造成隧道內空氣質量較差。隨著隧道的不斷開挖，不斷向山體深處延伸，隧道內溫度和濕度相應提高，對隧道內施工作業人員的健康產生較嚴重的影響。為了更換和凈化隧道內的空氣，供給隧道內足夠的新鮮空氣，排出有害氣體和降低粉塵濃度，改善施工作業環境，保障施工作業人員身體健康，保證安全生產，并提高勞動效率等，特對長大隧道施工通風進行研究探析。

三、通風設計原則

充分利用現有設備，在滿足隧道內通風效果的前提下，進行合理調配減少新購風機數量。在隧道凈空允許的情況下，采用大直徑風管，減少能耗損失。通過適當增加一次性投入，減少通風系統的長期運行成本。

四、隧道施工通風控制標準

1、隧道內空氣中氧氣含量，按體積計不得小于20%。

2、每立方米空氣中粉塵容許濃度：含有10%以上游離二氧化硅的粉塵不得大于2mg；含有10%以下游離二氧化硅的礦物性粉塵不得大于4mg。

3、空氣中常見有害氣體濃度標準

（1）一氧化碳容許濃度不得大于30mg/m3，在特殊情況下，施工人員必須進入開挖工作面時，濃度可為100mg/m3，但工作時間不得大于30min。

（2）二氧化碳按體積計不得大于0.5%。

（3）氮氧化物換算成二氧化氮濃度應在5mg/m3以下。

4、隧道施工時，每人需供應的新鮮空氣不得低于3m3/min；采用內燃機械作業時，供風量不得低于3m3/（min·KW）。

5、隧道施工通風的風速，全斷面開挖時不得小于0.15m/s，分部開挖時不得小于0.25m/s，并均不能大于6m/s。瓦斯隧道施工通風風速不得低于1m/s。

五、通風計算

隧道內通風采用風管式通風，每循環開挖進尺按3.5m計，炸藥用量按1.2kg/m3計，通風時間按30min考慮。掌子面所需風速按隧道內要求最小風速、隧道內施工作業人員需風量、爆破后30min排出掌子面炮煙、內燃機械設備的使用所需要的風量進行計算，取其中的最大值作為控制風量。

1、風量計算

（1）根據同一時間，洞內最多施工作業人員數計算：

Q=K×m×q（m3/min）

式中：K—風量備用系數，取1.1；

m—同一時間洞內最多施工作業人員，取60人；

q—每一個施工人員所需的新鮮空氣，取3m3/min；

計算得：Q=1.1×60×3=198（m3/min）

（2）按爆破作業通風計算風量

Q=2.25×[G（AL）2φb/p2 ]1/3/t

式中：t—通風時間，取30min；

G—一次爆破的炸藥總量（kg）；

A—隧道斷面積，按90.72m3計；

L—臨界長度；

φ—淋水系數，按0.3計；

b—炸藥爆炸時有害氣體的生成量，取40；

p—風管漏風系數；

G=3.5×90.72×1.0=317.52（Kg）

風管百米漏風率正常情況下為1.2%，則

p=1/[1-（L/100）×p100 ]= 1/[1-（1100/100）×0.012 ]=1.15

臨界長度L=12.5GKb/AP2

K為紊流擴散系數，取0.55

故L=12.5×317.52×0.55×40/90.72/1.152=728m

計算 Q=2.25×[G（AL）2φb/p2 ]1/3/t

=2.25×[317.52×（90.72×728）2×0.3×40/1.152 ]1/3/30

=1743m3/min

（3）按最小風速計算風量

Q≥V最小×S最大

式中：V最小—全斷面開挖時風速不得小于0.15m/s；

S最大—最大斷面面積（m2），取90.72m2；

Q≥0.15×90.72×60=817（m3/min）

（4）按洞內內燃機械設備的同時使用所需要的風量進行計算

Q=K

式中：K—功率通風系數，取3.0（m3/min）；

N—掌子面同時工作的機械設備總數，取裝載機1臺，出碴車2輛；

Ni—機械設備額定功率，裝載機162Kw，出碴車220Kw；

Ti—各臺機械設備工作時柴油機利用率系數，均取0.65；

Q=K =3× =1174（m3/min）

根據以上計算結果可知洞內所需最大風量為1743m3/min（按爆破作業通風計算風量）。

通風機所需提供的風量Q風機=QP=1743×60×1.15=120267（m3/h）。

2、風壓計算

為了保證把足夠的風量送到工作面，并在出風口保持一定的風速，要求通風機具有一定的風壓，使其克服沿途的所有阻力，將風送到工作面。通風機應具備的風壓：H風機≥H總阻。

六、通風方式與通風設備選擇

1、通風方式

目前，絕大部分隧道施工在施工通風中采取的通風方式主要有四種：排風式（或抽風式）、送風式（或壓入式）、送排混合通風方式、利用輔助坑道通風4種方式。從便于施工管理，經濟上可行角度考慮，我們采用了送風式（壓入式）通風方式。該通風方式的優點是掌子面能在相對較短的時間內得到足夠的新鮮空氣（經過現場調查知每個循環通風至空氣質量達到標準要求大約需要30min～40min），下一道施工工序能盡早展開，能有效的提高工作效率。

2、通風設備

從通風效果能滿足現場施工需求，經濟又合理可行等方面出發，我們就該隧道通風設備的選配上主要是在風機性能與通風管通風能力上進行了比選，選擇了適于本隧道通風的風機和風管，既避免了片面追求高效率、大風量的風機，又避免了風管與風機的不匹配而影響通風效果。在風機的選擇上，我們通過計算選擇了SDA140BD-2FS90型通風機（風量144000m3/h，風壓3200Pa，功率90Kw×2）壓入式通風，從使用效果看，該風機在施工中取得了良好效果。

總結：總而言之，對于當前我國的隧道施工而言，通風管理是整個工程施工過程中極為重要的一項工作。我們在該隧道施工過程中結合現場實際情況，通過對施工通風系統的合理優化配置，施工通風取得了良好的效果。通過加強施工通風管理，降低了通風費用，并且能保證在爆破通風30min～40min后，洞內空氣的各項指標能達到控制標準，保障了洞內施工作業人員的身體健康，保證了洞內施工機械設備的工作效率，同時能有效縮短爆破后通風排煙時間，加快了施工進度。在以后的隧道施工過程中，應該注意完善并且創新隧道施工通風管理，使其規范化及制度化，確保隧道施工進度，保障隧道施工人員的身心健康以及施工安全。

參考文獻

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