長大隧洞通風效果監測與分析

馬天昌

(中鐵建大橋工程局集團有限公司, 天津 300308)

長大隧洞通風效果監測與分析

馬天昌

(中鐵建大橋工程局集團有限公司, 天津 300308)

以錦屏二級水電站引水長大隧洞施工通風為背景，運用理論分析及現場監測等方法，對長大隧洞通風現狀進行了分析，并對通風方案優化的通風效果進行了監測。結果表明，初始階段隧洞身段風流速度為0.680 m/s、最小值為0.638 m/s，可以滿足施工人員身體需要，但洞內各個地段5種污染物均大大超過了規范要求范圍，特別是CO和SO2嚴重超標，分別高達51 mg/m3和23 mg/m3，超過允許值，對施工人員身體健康有極大危害。通風方案優化后，隧洞施工通風的風速、風壓及空氣質量基本可以達到施工要求，但通風費時仍然較長，建議在局部洞段考慮增設射流風機，以盡最大程度降低污染物濃度。

隧洞工程; 施工通風; 效果; 監測

錦屏二級水電站引水隧洞長達16.67 km，其實際鉆爆法施工獨頭掘進通風距離達到了12.5 km，TBM獨頭掘進通風距離達7 km，工作面及洞身段通風效果難以確定，特別是隨著隧洞掘進的不斷深入，洞身長度增加后，洞身段已經出現通風不暢、通風時間大幅度增加并局部發生整條隧洞長期處于污染或死風，導致施工癱瘓，嚴重影響工程建設進度和安全。單條隧洞如此，而整個錦屏工程共有7條特長隧洞，加上檢修、交通及大量的其他輔助隧洞，總長近150 km，其通風相互干擾極其嚴重。

因此，錦屏水電站作為一項如此龐大又復雜的工程，必須以科學的通風理論作為基礎，并以錦屏水電站現場采集數據為依據，通過計算制定出一套既結合實際又經濟合理的通

風方案。在此就隧洞(道)通風理論分析與計算以及錦屏隧洞群施工過程通風條件進行具體分析與研究，為后續方案論證與實施奠定必要的基礎。

1 特長隧洞施工通風現狀分析

為更好地了解隧洞群前期施工通風效果，選擇采用鉆爆法施工的4#引水隧洞通風條件較差時洞身段進行局部通風參數和空氣質量測試，為后續通風方案研究提供參考。

1.1 風速測試結果與分析

參考通風理論[1-2]，指定測試方案并進行測試。爆破后60 min，選擇某個洞身段每隔50 m布置一個測點，每個測點各測試至少10組數據，取各組數據平均值，測試結果列于表1。

表1 4#引水洞洞身段風速測試結果

注：測點里程中的“+”表示距離工作面向大里程(下游)及工作面掘進相反方向。

從表1中可知：被測試的洞身段風流速度變化不大，其最大值為0.680 m/s，最小值為0.638 m/s，基本上能滿足最低風速要求。當空氣溫度為15～20℃時，適宜的風速應小于1.0 m/s，按測試結果，工作面位置的風速適合施工人員身體需要。

1.2 空氣質量測試

爆破后60 min的4#洞洞身段空氣質量測試結果見表2。

由表2可以看出，洞內主要存有CO、SO2、CO2、NO2以及粉塵等5種污染物，而H2S和CH4基本沒有。污染物沿隧洞軸線濃度變化不大，在各個地段5種污染物均大大超過了規范要求范圍，特別是CO和SO2嚴重超標，分別高達51 mg/m3和23 mg/m3，超過允許值。此時，施工環境較差，對施工人員身體健康有極大危害，須盡快采取切實可行的工程對策，以盡最大程度降低污染物濃度。

表2 4#引水洞洞身段爆破后60 min空氣質量測試結果(18℃) mg/m3

2 施工通風效果監測方法

依據通風技術及方法[3-5]，監測點選擇在工程通風的關鍵點，如工作人員密集區、施工器械密集區、進排風路與主風路交匯點和由其他線路取風的引入點等。在此主要對爆破開挖面進行分析，其他不作贅述。

爆破開挖面監測位置設置在距離爆破面25 m處，每隔20 m設一監測點共5個點，如圖1所示。

圖1 爆破開挖面附近監測點布置(單位：m)

3 施工通風優化后的效果監測與分析

為了克服通風困難，依據通風技術及理論，對隧洞通風參數計算與風機選型進行重新核定。

3.1 風速測試結果與分析

施工通風風速測試按在距離工作面25 m至105 m近100 m區域內，每隔20 m布置一個測點，每個測點各測試至少10組數據，取各組數據平均值，測試結果如表3和如圖2所示。

從表3和圖2中可知：在工作面附近25 m至105 m范圍內，離工作面最近的1號測點風流速度最小，其值為0.591 m/s；因測點附近布設了射流風機，2號測點風流速度。

表3 隧洞爆破工作面風速測試結果

注：測點里程中的“+”表示距離工作面向大里程(下游)及工作面掘進相反方向，后同。

圖2 4#引水洞爆破工作面風速

最大，其值高達4.063 m/s；3號測點也受射流風機影響，其風流速度為3.099 m/s。無論是工作面附近還是遠達100 m的位置，風速均大于0.25 m/s，滿足隧洞施工通風風量要求，由此可以說明射流風機在隧洞施工通風中起到了至關重要的作用。值得注意的是，當空氣溫度為15～20℃時，適宜的風速應小于1.0 m/s，按測試結果，工作面位置的風速適合施工人員身體需要，但在射流風機附近風速過大，人員應盡量不靠近風機設備，條件允許時風機安裝在隧洞頂部最為合理。

3.2 風壓測試結果與分析

施工通風風壓與風速測試相對應，風壓測試結果表4所示。

表4 4#引水洞爆破工作面風壓測試結果 kPa

注：表中序號靠近工作面為1號，風流方向為3、2、1。

從表4可知：風壓由風機通風向工作面逐漸減小，在射流風機附近風壓為2.11 kPa，經過80m后到工作面附近時風壓減小為0.97 kPa，減小了114%。如果不設置射流風機，風壓將會急劇下降，不能滿足施工通風的需要。

3.3 空氣質量測試結果與分析

因不同地點和時間的空氣質量差異很大，僅在90 min后才滿足施工人員安全要求，隧洞空氣質量測試結果見圖3。

由圖3可以看出，5種污染物部分已滿足規范要求，其余略有超出規范要求。5種污染物變化范圍為：CO 30.4～31.6

圖3 4#引水洞爆破工作面爆破后90 min有害氣體測試結果

mg/m3，SO214.5～15.1 mg/m3，CO244.4～46.7 mg/m3，NO24.86～5.13 mg/m3，粉塵 1.94～2.29 mg/m3。此時，O2含量高于20%滿足人體工作需求，對人體危害最大的CO略微超出30 mg/m3，施工環境正常。

4 結論

(1) 長大隧洞(道)通風是極其困難的關鍵問題，必須以科學的通風理論作為基礎，通過計算優化出一套既結合實際又經濟合理的通風方案才能滿足后續工程施工要求。

(2) 在施工通風方案優化后，風速、風壓及空氣質量基本可以達到施工要求，但通風時間仍然還需較長，應該在局部洞段考慮增設射流風機，并對射流風機布設位置做進一步論證。

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馬天昌(1975～)，男，本科，工程師。

U453.5

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[定稿日期]2015-02-13