公路隧道單向掘進(jìn)4.4km通風(fēng)技術(shù)

李圣國（中國鐵建港航局集團(tuán)路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

公路隧道單向掘進(jìn)4.4km通風(fēng)技術(shù)

李圣國
（中國鐵建港航局集團(tuán)路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

本文以黃竹山隧道進(jìn)口為例，通過科學(xué)計(jì)算及分析，制定出經(jīng)濟(jì)合理的隧道通風(fēng)方案，取得了較好的通風(fēng)效果，對以后的長大隧道通風(fēng)有借鑒意義。

隧道；單向掘進(jìn)；通風(fēng)技術(shù)

在隧道施工中，會(huì)產(chǎn)生各種有害物質(zhì)，人員和設(shè)備需要在良好的空氣環(huán)境中才能正常工作，因此在隧道施工中必須采用通風(fēng)向洞內(nèi)源源不斷地供給一定量的新鮮空氣。良好的通風(fēng)是安全生產(chǎn)的前提，也對加快工程進(jìn)度﹑確保工程質(zhì)量起著重要作用。我單位承擔(dān)的單向掘進(jìn)4.4公里黃竹山隧道通風(fēng)技術(shù)可以借鑒。

1 工程概況

京臺(tái)高速公路黃竹山隧道位于寧德﹑福州市交界處，為左右線分離式特長隧道，全長8668.4km。通風(fēng)斜井設(shè)在福州境內(nèi)出口段，寧德境內(nèi)進(jìn)口段4.4km的隧道無通風(fēng)斜井，采用單向掘進(jìn)，工期緊，施工組織難度較大，全線的控制性工程之一。隧道內(nèi)通風(fēng)距離長，難度大，為了改善洞內(nèi)工作環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證洞內(nèi)人員的身體健康，解決好隧道的通風(fēng)是關(guān)鍵。

2 通風(fēng)方案

2.1通風(fēng)總體方案的確定

通風(fēng)方案根據(jù)獨(dú)頭掘進(jìn)通風(fēng)長度﹑斷面大小﹑施工方法﹑施工設(shè)備的配置進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足施工通風(fēng)需要的前提下，考慮通風(fēng)系統(tǒng)的投入及營運(yùn)經(jīng)濟(jì)合理，制定了分階段采用壓入式﹑巷道式﹑射流風(fēng)機(jī)輔助的混合式通風(fēng)方案，該方案隨著洞身的延長，階段性通風(fēng)系統(tǒng)施做比較簡單，分階段投入通風(fēng)設(shè)備，風(fēng)管投入少，維修量小，對施工生產(chǎn)影響小，且通風(fēng)耗能相比其他方案少。

2.2通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

隧道內(nèi)施工作業(yè)段的空氣必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)：

粉塵濃度：每 立方米空氣含有 10%以上游離二氧化硅的粉塵為 2mg；含10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg，不含有害物質(zhì)的礦性和動(dòng)植物性的粉塵為 10mg。

有害氣體濃度： 通風(fēng)后保證洞內(nèi)氣溫不得高于28℃﹑一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）濃度分別降到30mg/m3和15mg/m3以下。

2.3 通風(fēng)計(jì)算

黃竹山隧道掘進(jìn)采用鉆爆法，出渣采用無軌運(yùn)輸，洞內(nèi)施工作業(yè)人員最多80人，每個(gè)洞內(nèi)作業(yè)機(jī)械配備1臺(tái)挖掘機(jī)﹑2臺(tái)裝載機(jī)﹑8臺(tái)洞渣運(yùn)輸車，3臺(tái)混凝土運(yùn)輸車，洞內(nèi)施工所需通風(fēng)量根據(jù)洞內(nèi)同時(shí)工作的最多工作人員所需空氣量﹑或使同一時(shí)間爆破產(chǎn)生的有害氣體降低到允許濃度所需的空氣量﹑或內(nèi)燃機(jī)施工產(chǎn)生的有害氣體降低到允許濃度所需的空氣量﹑或滿足洞內(nèi)最小風(fēng)速要求等條件進(jìn)行計(jì)算確定，以其中最大者選擇通風(fēng)設(shè)備。

（1）按洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量Q1

按公路隧道施工技術(shù)規(guī)范要求取最小風(fēng)速為0.15m/s

Q1=0.15×84.4×60=759.6m3

（2）按洞內(nèi)最多工作人員所需風(fēng)量Q2

每人所需新鮮空氣為4m3/min

Q2=80×4=320 m3

（3）按稀釋爆破炮煙所需風(fēng)量Q3

Q3=19/t×（G×L×A）1/2=1123.8 m3

式中t為排煙時(shí)間，G為爆破炸藥用量，L為工作面至炮煙稀釋至允許濃度的臨界距離，一般為100m，A為開挖斷面面積。

（4）按稀釋內(nèi)燃機(jī)機(jī)械產(chǎn)生有害氣體所需風(fēng)量Q4

每個(gè)洞內(nèi)同時(shí)作業(yè)的機(jī)械為裝載機(jī) 二臺(tái)（2×155kW），運(yùn) 輸車4臺(tái)（4×96kW），總功率為694kW，每分鐘所需風(fēng)量為：

Q4=694×3.0=2082m3

通過計(jì)算，稀釋內(nèi)燃機(jī)機(jī)械產(chǎn)生有害氣體所需風(fēng)量Q4最大，因此稀釋內(nèi)燃機(jī)機(jī)械產(chǎn)生有害氣體所需風(fēng)量 Q4=2082 m3作為風(fēng)管的末端風(fēng)量。

（5）風(fēng)壓計(jì)算

h總阻= h摩+ h局式中：h總阻——風(fēng)流受到的總阻力；

據(jù)此，h總阻= h摩+ h局=5153Pa。

2.4 通風(fēng)設(shè)備配置

考慮漏風(fēng)因素，通風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量要大于Q=1.05×2082=2186m3，黃竹山隧道每個(gè)洞口配備1臺(tái)SDF（C）-NQ12.5型軸流通風(fēng)機(jī)，其電機(jī)功率為2×110kW，風(fēng)量為1555～2930m3/min，全風(fēng)壓為1380～5360Pa，配?1.5m風(fēng)管，滿足通風(fēng)需要。根據(jù)不同的通風(fēng)階段調(diào)整風(fēng)機(jī)布置，并增加射流風(fēng)機(jī)通過壓入和吸出形成混合式通風(fēng)。

2.5通風(fēng)方案的組織實(shí)施

本隧道在寧德境未設(shè)置通風(fēng)斜井，施工獨(dú)頭掘進(jìn)長度達(dá)4400m，獨(dú)頭通風(fēng)距離達(dá)4400m，洞內(nèi)采用無軌運(yùn)輸，本隧道的主要污染源是爆破產(chǎn)生的炮煙和內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的廢氣。由于供風(fēng)距離太長，共分三個(gè)階段進(jìn)行，開挖深度在1500m范圍為通風(fēng)第一階段，開挖深度在1500～3000m范圍為通風(fēng)第二階段，開挖深度在3000～4400m范圍為第三階段。

第一階段（開挖深度在1500m范圍內(nèi)）：在施工前期，在隧道左右線進(jìn)口各布置1臺(tái)SDF（C）-NQ12.5軸流風(fēng)機(jī)，配置Φ1.5m軟風(fēng)管，進(jìn)行單機(jī)單管壓入式通風(fēng)，新鮮空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)和風(fēng)管進(jìn)入開挖面，污風(fēng)沿洞身排出洞外，左右洞之間的橫洞均采用風(fēng)門進(jìn)行封閉，防止左右洞之間串風(fēng)，保證左右洞形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。

第二階段（開挖深度在1500～3000m）：當(dāng)開挖達(dá)到1500m時(shí)，將洞口兩臺(tái)軸流式2臺(tái)風(fēng)機(jī)均移至右洞1400m處，其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)管通過yk95+866處車行橫洞延伸至左洞掌子面附近，為左洞通風(fēng)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)管延伸至右洞掌子面附近，為右洞通風(fēng)。左右洞之間的橫洞除yk95+866和yk96+123外，均采用風(fēng)門進(jìn)行封閉，形成巷道式通風(fēng)格局，防止左右洞污風(fēng)循環(huán)。右洞距洞口700m除設(shè)置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，將洞外新鮮空氣抽進(jìn)洞內(nèi)，通過軸流風(fēng)機(jī)壓入到掌子面，因此右洞為新鮮空氣進(jìn)氣通道，在yk96+123橫洞處設(shè)置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，將右洞的污風(fēng)抽至左洞，左洞每500m設(shè)置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，將污風(fēng)加快排出洞外，因此左洞為污風(fēng)排除通道。具體布置如圖1所示。

第三階段（開挖深度在3000～4400m）：當(dāng)開挖達(dá)到3000m時(shí)，將右洞的兩臺(tái)軸流式風(fēng)機(jī)均移至右洞2800m處，其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)管通過yk97+371處車行橫洞延伸至左洞掌子面附近，為左洞通風(fēng)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)管延伸至右洞掌子面附近，為右洞通風(fēng)。左右洞之間的橫洞除yk97+329和yk97+371外，均采用風(fēng)門進(jìn)行封閉，形成巷道式通風(fēng)格局，防止左右洞污風(fēng)循環(huán)。右洞從洞口每700m設(shè)置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，將洞外新鮮空氣抽進(jìn)洞內(nèi)，通過軸流風(fēng)機(jī)壓入到掌子面，因此右洞為新鮮空氣進(jìn)氣通道，在yk97+329橫洞處設(shè)置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，將右洞的污風(fēng)抽至左洞，左洞每500m設(shè)置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，將污風(fēng)加快排出洞外，因此左洞為污風(fēng)排除通道。具體布置如圖2所示。

圖1 黃竹山隧道第二階段通風(fēng)布置示意圖

3 通風(fēng)管理

（1）為了保證通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)立了通風(fēng)管理小組，進(jìn)行通風(fēng)管理值班，確保按要求通風(fēng)及關(guān)閉有關(guān)風(fēng)門，防止漏風(fēng)﹑竄風(fēng)。

（2）管理小組人員必須定期檢修風(fēng)機(jī)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障，保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。加強(qiáng)日常通風(fēng)檢測，保證足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓，并且要愛護(hù)通風(fēng)管路，避免對通風(fēng)管路的破壞，降低漏風(fēng)率。

（3）風(fēng)管應(yīng)采用新型軟管，它具有防水﹑阻燃﹑抗靜電性能。風(fēng)管吊掛必須做到平﹑直﹑穩(wěn)﹑緊，確保在水平面上無彎曲，風(fēng)管無褶皺，無扭曲。進(jìn)風(fēng)洞的路面要灑水降塵，避免路面揚(yáng)塵污染空氣。

（4）提前計(jì)劃通風(fēng)機(jī)用電，與隧道施工風(fēng)﹑水﹑電供應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，以免后期電能不足，通風(fēng)機(jī)不能正常工作。

（5）在第二和第三通風(fēng)階段，施工人員由右洞進(jìn)出作業(yè)面，確保身心健康，施工機(jī)械車輛配備空氣凈化器，從左洞進(jìn)出工作面，右洞的出渣車等通過車行橫洞在左洞進(jìn)出，嚴(yán)禁施工機(jī)械車輛從右洞進(jìn)出，污染新鮮空氣。

圖2 黃竹山隧道第三階段通風(fēng)布置示意圖

4 效益分析

4.1 社會(huì)效益

黃竹山隧道獨(dú)頭掘進(jìn)長度達(dá)4400m，是京臺(tái)高速公路全線的控制性工程之一，通過解決通風(fēng)難題，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，隧道掘進(jìn)速度超過220m/月，為京臺(tái)高速公路按期通車奠定了基礎(chǔ)，良好的通風(fēng)效果和施工進(jìn)度獲得當(dāng)?shù)卣蜆I(yè)主的好評，為企業(yè)贏得榮譽(yù)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

通風(fēng)費(fèi)用主要有設(shè)備購置費(fèi)﹑電費(fèi)和管理費(fèi)構(gòu)成，與通風(fēng)布置方案﹑設(shè)備選型和管理模式直接相關(guān)。黃竹山隧道的通風(fēng)分三個(gè)階段實(shí)施，設(shè)備購置上統(tǒng)籌考慮，選用通風(fēng)效果好﹑能耗低的設(shè)備，節(jié)省能源，提高經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省資金115萬元。另外通過提高通風(fēng)效果，縮短開挖作業(yè)時(shí)間帶來的經(jīng)濟(jì)效益更可觀。

結(jié)語

針對黃竹山隧道獨(dú)頭掘進(jìn)距離長，通風(fēng)困難的特點(diǎn)，利用左﹑右洞平行施工，且左右洞有橫洞相連的條件，分3個(gè)階段采用壓入式﹑巷道式加射流風(fēng)機(jī)的通風(fēng)方案，解決了長距離通風(fēng)的難題，改善了洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，保證了施工人員的身心健康，加快了施工進(jìn)度，受到各方的好評，為今后相似隧道通風(fēng)提供借鑒。

[1]賴滌泉．隧道施工通風(fēng)與防塵[M]．北京：中國鐵道出版社，1994．

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