基于引水隧洞小斷面長距離的施工通風(fēng)技術(shù)

范鵬飛

(山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，太原 030000)

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基于引水隧洞小斷面長距離的施工通風(fēng)技術(shù)

范鵬飛

(山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，太原 030000)

在地下工程施工建設(shè)中，對于小斷面長距離引水隧洞的施工通風(fēng)作業(yè)，因其較高的技術(shù)要求與施工難度，一直是困擾各施工單位的重要作業(yè)難題。伴隨工程技術(shù)的進(jìn)步與施工設(shè)施的優(yōu)化，施工單位也開始尋找行之有效的小斷面長距離引水隧洞的施工通風(fēng)技術(shù)，以解決相應(yīng)的工程通風(fēng)問題，提升整個(gè)隧洞工程的建設(shè)效率與安全。文章以某水電站引水工程為切入點(diǎn)，就施工通風(fēng)技術(shù)的作業(yè)難點(diǎn)，以及具體的通風(fēng)方案設(shè)計(jì)，做了細(xì)致的探討研究，期望為各小斷面長距離類型引水隧洞施工通風(fēng)的有效實(shí)施，提供有益的參考和幫助。

引水隧洞；小斷面；長距離；施工通風(fēng)技術(shù)

0 引 言

在地下工程施工建設(shè)中，對于小斷面長距離引水隧洞的施工通風(fēng)作業(yè)，因其較高的技術(shù)要求與施工難度，一直是困擾各施工單位的重要作業(yè)難題。伴隨工程技術(shù)的進(jìn)步與施工設(shè)施的優(yōu)化，施工單位也開始尋找行之有效的小斷面長距離引水隧洞的施工通風(fēng)技術(shù)，以解決相應(yīng)的工程通風(fēng)問題，提升整個(gè)隧洞工程的建設(shè)效率與安全。因此本文以某一具體引水隧洞工程為示例，對其工程中隧洞施工通風(fēng)技術(shù)的方案設(shè)計(jì)、實(shí)施方法與改進(jìn)要點(diǎn)做逐一地闡述研究。

1 引水隧洞工程概況簡介

某水電站計(jì)劃在其工程領(lǐng)域興建一引水工程，用以解決水電站日益嚴(yán)重的入庫水量不足問題。引水工程中引水隧洞是至關(guān)重要的建設(shè)項(xiàng)目，本工程引水隧洞為典型小斷面長距離型隧洞，隧洞全長12590m，其中隧洞進(jìn)口處的施工長度則占到了2092m，引水隧洞工程共分為進(jìn)口與出口兩個(gè)標(biāo)段，工程隧洞規(guī)格為4.1m×6.7m，隧洞施工使用鉆爆手段進(jìn)行作業(yè)以開挖整個(gè)隧洞斷面，牽引使用電瓶車，各設(shè)備材料的運(yùn)輸為有軌運(yùn)輸，運(yùn)輸設(shè)施的規(guī)格為1.35m×1.2m，引水隧洞的施工通風(fēng)設(shè)計(jì)為單面通風(fēng)方式，因而通風(fēng)排煙成為本工程的主要技術(shù)難題[1]。

2 小斷面長距離施工通風(fēng)技術(shù)的施工難點(diǎn)分析

對于小斷面長距離型引水隧洞的施工通風(fēng)難度，是各個(gè)類型引水隧洞施工中最大的，具體到本引水工程中，結(jié)合其工程情況，其引水隧洞的施工通風(fēng)技術(shù)難點(diǎn)主要在于：

1)整個(gè)隧洞斷面受其尺寸較小的限制，使得工程從設(shè)計(jì)規(guī)劃到實(shí)際挖掘施工，其作業(yè)空間都受到局限，特別是隧洞牽引所需的電瓶車與運(yùn)輸所需的設(shè)施占據(jù)了大部分的隧洞空間，從而限制了通風(fēng)設(shè)備的尺寸，進(jìn)而影響到整個(gè)引水隧洞的施工通風(fēng)量與通風(fēng)效果。

2)本引水隧洞采用的施工通風(fēng)設(shè)計(jì)為單面通風(fēng)方式，但因其隧洞距離較長，相應(yīng)的隧洞挖掘速度也更為嚴(yán)格，這就需要施工通風(fēng)作業(yè)在較短時(shí)間內(nèi)順利完成。其相對較短的作業(yè)時(shí)間對施工通風(fēng)技術(shù)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)[2]。

3 引水隧洞小斷面長距離施工通風(fēng)技術(shù)實(shí)施應(yīng)用

3.1 引水隧洞通風(fēng)技術(shù)施工要點(diǎn)

1) 風(fēng)機(jī)是引水隧洞施工通風(fēng)作業(yè)的重要設(shè)施，應(yīng)首先測算隧洞本身的通風(fēng)量，將本引水隧洞壓入式的通風(fēng)方式作為重要參考因素，同時(shí)依據(jù)工程供風(fēng)風(fēng)壓的具體規(guī)格，施工掘進(jìn)距離較長的工程條件和相應(yīng)的炮煙稀釋作業(yè)，選取出符合本引水隧洞施工通風(fēng)需求和條件的風(fēng)機(jī)。

2)通過本工程隧洞的實(shí)際條件與施工通風(fēng)技術(shù)難點(diǎn)分析，具體的通風(fēng)作業(yè)應(yīng)采取分段式、階段化的施工方式，施工工序可細(xì)分為洞口—泄水洞、泄水洞—下一標(biāo)段交匯處等階段做單獨(dú)施工，并且各個(gè)路段的施工通風(fēng)作業(yè)采取不同的施工方案[3]。

3)因引水隧洞本身通風(fēng)方式為壓入式，因此對各個(gè)階段的施工通風(fēng)技術(shù)，均應(yīng)采用管道壓入式通風(fēng)法，而對于部分條件允許的施工路段，還可加設(shè)局扇來提升通風(fēng)效果。

4)風(fēng)筒在規(guī)格超出2000m的情形下，單一臺風(fēng)機(jī)較難達(dá)到隧洞施工的通風(fēng)需求，因此施工單位應(yīng)使用多臺風(fēng)機(jī)做串聯(lián)工作，以滿足工程隧洞施工的通風(fēng)效果，解決相應(yīng)的通風(fēng)問題。

3.2 具體工程施工通風(fēng)技術(shù)方案的實(shí)施應(yīng)用

3.2.1 施工通風(fēng)第一階段

此階段是從隧洞進(jìn)口位置到泄水洞共350m的路段，以及長度在425m的泄水洞路段，在考量引水隧洞本身?xiàng)l件與工程施工需求后，最終選取YBT52-2軸流防爆式局扇風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)器具，其局扇風(fēng)機(jī)的具體規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 YBT52—2軸流防爆式局扇風(fēng)機(jī)參數(shù)規(guī)格表

同時(shí)使用擴(kuò)徑的方式對其風(fēng)筒做針對性改進(jìn)，即將原本直徑為400mm的風(fēng)筒擴(kuò)展為500mm直徑，并把原為10m的單節(jié)長度也擴(kuò)展到30m，風(fēng)筒接頭的形式也由插接式改換為鋼圈式。

該階段通風(fēng)作業(yè)于工作面周邊設(shè)置兩臺風(fēng)機(jī)，由通風(fēng)機(jī)向引水隧洞內(nèi)部壓風(fēng)，并由另一臺風(fēng)機(jī)往外抽風(fēng)，抽風(fēng)管與壓風(fēng)管之間管口的間距應(yīng)至少保持10m。而抽風(fēng)機(jī)應(yīng)隨引水隧洞的掘進(jìn)朝前移動(dòng)，壓風(fēng)機(jī)也應(yīng)在隧洞每掘進(jìn)100m時(shí)移動(dòng)一次，實(shí)現(xiàn)引水隧洞施工在爆破后20-30min內(nèi)將炮煙清除干凈的目的。

對引水隧洞內(nèi)部空間的利用問題上，則進(jìn)行重新劃分配置，以最大限度利用有限的施工空間。比如對隧洞運(yùn)輸軌道，改造其更偏向無通風(fēng)面的一側(cè)約50cm，以節(jié)省出更多的作業(yè)空間；或是對工程所用電瓶車進(jìn)行改進(jìn)，如把其高度降低，令電瓶車在通行時(shí)能沿引水隧洞的一測行進(jìn)，施工單位就能沿工程隧洞的另一側(cè)設(shè)置通風(fēng)筒，盡可能為擴(kuò)充直徑后的風(fēng)筒提供可利用的施工空間[4]。

工程實(shí)踐表明，經(jīng)過改進(jìn)的引水隧洞施工通風(fēng)效果得到顯著提升，同時(shí)排煙所需時(shí)間也由原來的120min縮短到30min，工程施工效率提高。

3.2.2 施工通風(fēng)第二階段

此階段的通風(fēng)方案實(shí)施依然使用前一階段的器械設(shè)施，但基于兩路段具體位置條件的不同，經(jīng)比對試驗(yàn)，證明局扇風(fēng)機(jī)能應(yīng)用的隧洞長度僅有約1100m。局扇風(fēng)機(jī)無法適用于第二階段全程路段的主要原因：

1)引水隧洞進(jìn)風(fēng)口與洞口位置之間的距離過近，使隧洞基本的進(jìn)風(fēng)量受到限制。

2)設(shè)施的老化問題嚴(yán)重，并且在吊環(huán)腳等部位還有著各類破損現(xiàn)象，進(jìn)而造成引水隧洞嚴(yán)重的漏風(fēng)率，令施工通風(fēng)效果大打折扣[5]。

因此為確保YBT52—2軸流防爆式局扇風(fēng)機(jī)，能在整個(gè)2092m長度的第2階段隧洞中發(fā)揮其通風(fēng)效用，需將工程通風(fēng)系統(tǒng)改換為串聯(lián)式風(fēng)機(jī)，同時(shí)將隧洞風(fēng)筒替換為新型增強(qiáng)PVC維綸布拉鏈?zhǔn)斤L(fēng)筒，以解決風(fēng)筒老化、破損等問題。

為有效保障施工作業(yè)安全與施工人員的生命健康，引水隧洞施工通風(fēng)進(jìn)程中的除塵工作也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在小斷面長距離引水隧洞施工進(jìn)程中，粉塵產(chǎn)生大多來自于爆破或運(yùn)輸作業(yè)，因此施工人員可從運(yùn)輸、施工、挖掘等環(huán)節(jié)入手，進(jìn)行相應(yīng)的通風(fēng)除塵作業(yè)：

1)要對引水隧洞通風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)測算結(jié)果來選取適合本引水隧洞施工通風(fēng)的風(fēng)機(jī)風(fēng)筒。

2)將水幕與通風(fēng)作業(yè)結(jié)合，通過布置水幕來提升隧洞的除塵效果[6]。

實(shí)際掘進(jìn)作業(yè)中，隧洞挖掘長度在500m以內(nèi)時(shí)，爆破后的通風(fēng)時(shí)間一般僅需10-20min，隨著隧洞挖掘深度的增加，相應(yīng)的通風(fēng)時(shí)間也會遞增，在深度超出1000m時(shí)，爆破工作后一般需進(jìn)行30-40min的通風(fēng)作業(yè)，方能開展下階段的施工。此階段通風(fēng)步驟分2步進(jìn)行：

1)于爆破作業(yè)后，啟動(dòng)工作面周邊的抽、壓風(fēng)機(jī)，依靠壓風(fēng)機(jī)將空氣送入，迫使工作面的炮煙向外部擴(kuò)散到抽風(fēng)口，在被吸入風(fēng)筒后排出隧洞。

2)等待爆破炮煙完全排出后，關(guān)閉工作面周邊的風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)串聯(lián)式風(fēng)機(jī)壓送新鮮空氣，實(shí)現(xiàn)該階段引水隧洞的良好施工通風(fēng)條件。

在引水隧洞掘進(jìn)至1100m位置時(shí)，停止施工并分別在通風(fēng)40-50min后，運(yùn)用檢測儀器對通風(fēng)后隧洞內(nèi)的粉塵與有害氣體濃度做測量，一旦發(fā)現(xiàn)所測粉塵與有害氣體的濃度值高于安全標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，不可繼續(xù)進(jìn)行施工作業(yè)，而應(yīng)持續(xù)做隧洞通風(fēng)，只有在所測粉塵與有害氣體的濃度值達(dá)到安全濃度標(biāo)準(zhǔn)值后，方可允許施工人員入洞做后續(xù)的施工操作。

但壓入式通風(fēng)法的固有缺陷就是污風(fēng)是沿著整個(gè)引水巷道來排出的，所需的排出時(shí)間較長，難以滿足降低通風(fēng)時(shí)間的需求，對此在進(jìn)行最后700m引水隧洞路段挖掘進(jìn)程中，可應(yīng)用水幕方法在較短時(shí)間內(nèi)消減因爆破所產(chǎn)生的粉塵與有害氣體的濃度，進(jìn)而減少該隧洞路段所需的施工通風(fēng)時(shí)間，保證引水隧洞能按期完工。

4 結(jié) 語

通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用在具體的工程環(huán)境與施工要求中，存在著一定的作業(yè)難度，需要對隧洞實(shí)際通風(fēng)情況做實(shí)時(shí)觀測，依照所獲取的信息數(shù)據(jù)來及時(shí)改進(jìn)、優(yōu)化施工通風(fēng)方案，提升通風(fēng)作業(yè)的成效。引水隧洞通風(fēng)的成效，其決定性因素是通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果，應(yīng)依照各工程情況的差異，借助于科學(xué)的理論指導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為具體的施工通風(fēng)作業(yè)提供體系支持。

通風(fēng)設(shè)施與器材的質(zhì)量、性能高低將直接決定引水隧洞的實(shí)際通風(fēng)效果，因此施工單位應(yīng)及時(shí)了解、掌握各通風(fēng)設(shè)施器材的市場情況，選取高性能、低價(jià)格的設(shè)施來滿足隧洞施工需求，同時(shí)有效降低施工單位的作業(yè)成本。

[1]李志林.引水隧洞長距離通風(fēng)技術(shù)[J].中國水運(yùn)(下半月),2010(05):179-180.

[2]王智.小斷面長距離引水隧洞施工技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2016(02):126-127.

[3]劉春.長距離小斷面引水隧洞施工通風(fēng)技術(shù)[J].甘肅農(nóng)業(yè),2014(09):52，60.

[4]王強(qiáng).水電站引水隧洞小斷面長距離施工的通風(fēng)技術(shù)[J].科技資訊,2012(23):124.

[5]肖東旭,何輝建.小斷面長距離引水隧洞施工技術(shù)應(yīng)用分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2015(01):104-105.

[6]孫宏莉,張文濤,周陽.小斷面長距離引水隧洞施工通風(fēng)技術(shù)[J].內(nèi)江科技,2012(03):112，123.

1007-7596(2016)10-0082-03

2016-09-16

范鵬飛(1987-)，男，山西太原人，工程師。

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