公路隧道單向掘進4.4km通風技術

李圣國（中國鐵建港航局集團路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

公路隧道單向掘進4.4km通風技術

李圣國
（中國鐵建港航局集團路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

本文以黃竹山隧道進口為例，通過科學計算及分析，制定出經濟合理的隧道通風方案，取得了較好的通風效果，對以后的長大隧道通風有借鑒意義。

隧道；單向掘進；通風技術

在隧道施工中，會產生各種有害物質，人員和設備需要在良好的空氣環境中才能正常工作，因此在隧道施工中必須采用通風向洞內源源不斷地供給一定量的新鮮空氣。良好的通風是安全生產的前提，也對加快工程進度﹑確保工程質量起著重要作用。我單位承擔的單向掘進4.4公里黃竹山隧道通風技術可以借鑒。

1 工程概況

京臺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。通風斜井設在福州境內出口段，寧德境內進口段4.4km的隧道無通風斜井，采用單向掘進，工期緊，施工組織難度較大，全線的控制性工程之一。隧道內通風距離長，難度大，為了改善洞內工作環境，提高勞動生產率，保證洞內人員的身體健康，解決好隧道的通風是關鍵。

2 通風方案

2.1通風總體方案的確定

通風方案根據獨頭掘進通風長度﹑斷面大小﹑施工方法﹑施工設備的配置進行設計，在滿足施工通風需要的前提下，考慮通風系統的投入及營運經濟合理，制定了分階段采用壓入式﹑巷道式﹑射流風機輔助的混合式通風方案，該方案隨著洞身的延長，階段性通風系統施做比較簡單，分階段投入通風設備，風管投入少，維修量小，對施工生產影響小，且通風耗能相比其他方案少。

2.2通風設計標準

隧道內施工作業段的空氣必須符合國家標準：

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，不含有害物質的礦性和動植物性的粉塵為 10mg。

有害氣體濃度： 通風后保證洞內氣溫不得高于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 通風計算

黃竹山隧道掘進采用鉆爆法，出渣采用無軌運輸，洞內施工作業人員最多80人，每個洞內作業機械配備1臺挖掘機﹑2臺裝載機﹑8臺洞渣運輸車，3臺混凝土運輸車，洞內施工所需通風量根據洞內同時工作的最多工作人員所需空氣量﹑或使同一時間爆破產生的有害氣體降低到允許濃度所需的空氣量﹑或內燃機施工產生的有害氣體降低到允許濃度所需的空氣量﹑或滿足洞內最小風速要求等條件進行計算確定，以其中最大者選擇通風設備。

（1）按洞內最小風速所需風量Q1

按公路隧道施工技術規范要求取最小風速為0.15m/s

Q1=0.15×84.4×60=759.6m3

（2）按洞內最多工作人員所需風量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量Q3

Q3=19/t×（G×L×A）1/2=1123.8 m3

式中t為排煙時間，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）按稀釋內燃機機械產生有害氣體所需風量Q4

每個洞內同時作業的機械為裝載機 二臺（2×155kW），運 輸車4臺（4×96kW），總功率為694kW，每分鐘所需風量為：

Q4=694×3.0=2082m3

通過計算，稀釋內燃機機械產生有害氣體所需風量Q4最大，因此稀釋內燃機機械產生有害氣體所需風量 Q4=2082 m3作為風管的末端風量。

（5）風壓計算

h總阻= h摩+ h局式中：h總阻——風流受到的總阻力；

據此，h總阻= h摩+ h局=5153Pa。

2.4 通風設備配置

考慮漏風因素，通風機的供風量要大于Q=1.05×2082=2186m3，黃竹山隧道每個洞口配備1臺SDF（C）-NQ12.5型軸流通風機，其電機功率為2×110kW，風量為1555～2930m3/min，全風壓為1380～5360Pa，配?1.5m風管，滿足通風需要。根據不同的通風階段調整風機布置，并增加射流風機通過壓入和吸出形成混合式通風。

2.5通風方案的組織實施

本隧道在寧德境未設置通風斜井，施工獨頭掘進長度達4400m，獨頭通風距離達4400m，洞內采用無軌運輸，本隧道的主要污染源是爆破產生的炮煙和內燃機產生的廢氣。由于供風距離太長，共分三個階段進行，開挖深度在1500m范圍為通風第一階段，開挖深度在1500～3000m范圍為通風第二階段，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）：在施工前期，在隧道左右線進口各布置1臺SDF（C）-NQ12.5軸流風機，配置Φ1.5m軟風管，進行單機單管壓入式通風，新鮮空氣經風機和風管進入開挖面，污風沿洞身排出洞外，左右洞之間的橫洞均采用風門進行封閉，防止左右洞之間串風，保證左右洞形成獨立的通風系統。

第二階段（開挖深度在1500～3000m）：當開挖達到1500m時，將洞口兩臺軸流式2臺風機均移至右洞1400m處，其中一臺風機的風管通過yk95+866處車行橫洞延伸至左洞掌子面附近，為左洞通風，一臺風機的風管延伸至右洞掌子面附近，為右洞通風。左右洞之間的橫洞除yk95+866和yk96+123外，均采用風門進行封閉，形成巷道式通風格局，防止左右洞污風循環。右洞距洞口700m除設置一臺射流風機，將洞外新鮮空氣抽進洞內，通過軸流風機壓入到掌子面，因此右洞為新鮮空氣進氣通道，在yk96+123橫洞處設置一臺射流風機，將右洞的污風抽至左洞，左洞每500m設置一臺射流風機，將污風加快排出洞外，因此左洞為污風排除通道。具體布置如圖1所示。

第三階段（開挖深度在3000～4400m）：當開挖達到3000m時，將右洞的兩臺軸流式風機均移至右洞2800m處，其中一臺風機的風管通過yk97+371處車行橫洞延伸至左洞掌子面附近，為左洞通風，一臺風機的風管延伸至右洞掌子面附近，為右洞通風。左右洞之間的橫洞除yk97+329和yk97+371外，均采用風門進行封閉，形成巷道式通風格局，防止左右洞污風循環。右洞從洞口每700m設置一臺射流風機，將洞外新鮮空氣抽進洞內，通過軸流風機壓入到掌子面，因此右洞為新鮮空氣進氣通道，在yk97+329橫洞處設置一臺射流風機，將右洞的污風抽至左洞，左洞每500m設置一臺射流風機，將污風加快排出洞外，因此左洞為污風排除通道。具體布置如圖2所示。

圖1 黃竹山隧道第二階段通風布置示意圖

3 通風管理

（1）為了保證通風系統的正常運轉，設立了通風管理小組，進行通風管理值班，確保按要求通風及關閉有關風門，防止漏風﹑竄風。

（2）管理小組人員必須定期檢修風機，及時發現和解決故障，保證風機正常運轉。加強日常通風檢測，保證足夠的風量和風壓，并且要愛護通風管路，避免對通風管路的破壞，降低漏風率。

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

（4）提前計劃通風機用電，與隧道施工風﹑水﹑電供應統籌規劃，以免后期電能不足，通風機不能正常工作。

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

圖2 黃竹山隧道第三階段通風布置示意圖

4 效益分析

4.1 社會效益

黃竹山隧道獨頭掘進長度達4400m，是京臺高速公路全線的控制性工程之一，通過解決通風難題，提高了勞動生產率，隧道掘進速度超過220m/月，為京臺高速公路按期通車奠定了基礎，良好的通風效果和施工進度獲得當地政府和業主的好評，為企業贏得榮譽。

4.2 經濟效益

通風費用主要有設備購置費﹑電費和管理費構成，與通風布置方案﹑設備選型和管理模式直接相關。黃竹山隧道的通風分三個階段實施，設備購置上統籌考慮，選用通風效果好﹑能耗低的設備，節省能源，提高經濟效益，節省資金115萬元。另外通過提高通風效果，縮短開挖作業時間帶來的經濟效益更可觀。

結語

針對黃竹山隧道獨頭掘進距離長，通風困難的特點，利用左﹑右洞平行施工，且左右洞有橫洞相連的條件，分3個階段采用壓入式﹑巷道式加射流風機的通風方案，解決了長距離通風的難題，改善了洞內作業環境，保證了施工人員的身心健康，加快了施工進度，受到各方的好評，為今后相似隧道通風提供借鑒。

[1]賴滌泉．隧道施工通風與防塵[M]．北京：中國鐵道出版社，1994．

U45

A