長距離隧道施工通風問題研究

（中鐵二十局集團第六工程有限公司， 陜西 咸陽 712000）

0 前言

近年來，隨著我國經濟的迅速發展，城鎮化進程的加快，我國加速了以地鐵為主要代表的城市地下交通發展速度，同時加快了原有鐵路交通網絡的優化的步伐。在交通網絡的建設過程中，碰到復雜的山體、丘陵地形，為縮短里程距離、減少地形和高程阻 礙，多數采用挖掘隧道的方式。與此同時，我國交通網絡的高速發展，留給現有地鐵、鐵路發展空間越來越狹小，提出的設計、施工要求也越來越高，作為其中長距離隧道施工中的關鍵環節，通風問題的研究也成為了當下研究熱點。

新沙壩隧道位于重慶市黔江區黔江鎮內，中心里程ZDK283+779,全長8638m，最大埋深約 534m,隧道進口 ZDK279+456.64～ZDK279+909.14、出口ZDK287+597.14～ZDK288+107.54段均為半徑1200m的左偏曲線，其余段位于直線上，設計縱坡為10‰、3‰、-4‰的人字形坡。本文以新沙壩隧道為背景論述長距離隧道的通風問題。

1 長距離隧道施工通風的重要性及影響因素分析

1.1 長距離隧道施工通風的重要性

隧道通風技術是隧道施工過程中最重要的環節之一，它是施工安全、運營安全的重要保障。隧道內有害物質主要包括煙塵、有害氣體、粉塵三部分。煙塵主要來自炮煙、柴油機排出的煤煙、電焊機煙霧；有害氣體主要來自炮煙、內燃機廢氣等；粉塵主要來自隧道鉆孔、爆破、裝碴、運輸作業過程中產生的細散顆粒。有害物質的出現，會危害坑洞內施工人員的身體健康，嚴重的會危害施工人員的生命安全。同時煙霧、粉塵會造成施工環境能見度的降低。隨著我國隧道施工機械化程度越來越高的狀況下，長距離隧道通風施工不僅可以減少施工環境的污染，也可以保障施工人員的健康。

長距離隧道施工通風對整個隧道項目工期起著絕對重要的作用。首先通風水平的高低，是決定隧道掘進速度的關鍵技術之一，同時隧道掘進速度的快慢也是影響工期的關鍵因素，我國現有的掘進技術大多為多頭掘進，多頭掘進的組織規模取決于通風技術是夠為通風是夠為其提供工作環境，通風距離的有效延長，也相應延長了掘進的工作距離，對于加快施工進度、減少工作量有很大的促進作用。其次通風方案的選擇也是施工組織設計、施工方案選擇的重要因素，好的通風技術方案，對于施工機械的選擇、掘進速度控制的重要性不言而喻。

長距離隧道通風的運營費用在整個項目的施工及運營階段占比非常高，且基本與隧道距離的長短成正比，前期運營維護費用可以占到整個隧道項目投資的15%～25%，投產后的維護費用可以占到整段隧道管理費用的70%～80%。運營期間，良好的通風設施可以有效減少火災等重大災害的發生概率，從經濟角度出發，長距離隧道施工通風值得引起相關利益方的重視。

1.2 長距離隧道施工通風影響因素分析

1.2.1 輔助坑道的設置對通風的影響

為了加快隧道施工進度，實現多作業面施工，改善通風條件、施工排水、改善不良地質地段等，隧道施工時，新沙壩隧道采用“新建進口平導+新建出口斜井”的輔助坑道通常需要設置輔助坑道來滿足這些需求。

“進口平導”可縮短獨頭送風距離，通風距離的縮短，通風能耗節約明顯，經濟效益可觀。新沙壩隧道設置平行導坑，可以增開開挖工作面，在超前正洞一定距離后，以橫通道的方式拐入正洞開創新的工作面。新建進口無軌單車道平導，設于增建二線左側30m處，全長1456m，平導主要采用噴錨襯砌，V級圍巖段及交叉口位置采用復合襯砌,平導與正洞之間設置4個橫通道，均采用無軌單車道斷面，各通道與平導均以45°相交。隧道竣工后，平導用作隧道防災救援的緊急出口。設置平導可以使正洞與平導之間形成 一進一出的單向行車，加快了行車速度，提高運輸能力，縮短了施工時間，加快了施工進度。

“出口斜井”靈活多變，能有效地保證施工進度。新建出口無軌單車道斜井設于增建二線ZDK286+150處右側，斜井按45°向線路右前方引出，并沿新舊隧道之間約240m后，再斜向上跨既有隧道，而后下坡于既有線右側約270m處出洞，最大縱坡11.71‰，平長704m，坑底高程較對應正洞內軌頂面低0.6m。斜井主要采用噴錨襯砌，V級圍巖段及交叉口位置采用復合襯砌。

1.2.2 通風方式因素

我國長距離隧道施工通風方式主要有以下幾種，壓入式通風，巷道式通風和風室接力通風方式通風。為解決施工工期、出碴、通風問題，并滿足防災救援需要，新沙壩隧道采用“新建進口平導+新建出口斜井的輔助坑道，也就是巷道式通風方式，它可以提供更長距離的通風，其主要特點是，隨著挖掘的深入，阻力不斷增大，需要不斷向前推動風機和通風管道，同時增加風機的數量。

巷道式通風主要應用于具有輔助通道或者雙線隧道的情況，其工作原理是利用輔道或雙線隧道形成排風回路，確保隧道中的有毒氣體可以正常排出，新鮮空氣正常進入，相對于壓入式通風，它對通風網絡的要求更高，它的優點是通風時間短，可減少一次性通風距離，可有效減少施工成本。

2 長距離隧道施工通風的關鍵問題分析

2.1 設計問題

長距離隧道一般地質和水文條件比較復雜，施工難度大，技術標準高，因此設計難度和標準相應提高，在設計過程中，需要考慮斷層、爆破對工程的重大影響，通風方案的選擇對于工程投資、防火、工程工期有重大影響。

新沙壩隧道首先要加強前期地質勘查工作，地質勘探是設計的基礎，面對地質條件復雜的工程，設計部門和決策部門都嚴格按照規范要求進行審核。

新沙壩隧道基本正交進洞、正交出洞。隧道進口地形正交，縱坡陡峻且存在危巖落石，設置雙耳墻式明洞門及14m長特殊明洞襯砌，洞門結構按國防要求采取設防措施，為保證施工及既有隧道結構安全，于 ZDK279+473處線路右側加設預加固樁。出口地形正交且臨近橋臺，設置端墻式洞門。本隧III級圍巖級別7135m、Ⅳ級圍巖級別 270m、Ⅴ級圍巖級別 286m，全隧均采用臺階法開挖、復合式曲墻襯砌結構。

其次，新沙壩隧道通風設計考慮以下幾種因素，一是自然風對長隧道通風的影響，它是由隧道內外的溫差導致，在規范中要求，將自然風作為阻力考慮。其計算公式如下：

ΔPm= 1+ξe+λr LDr ρ2 υ2n

式中:ΔPm——自然風阻力(N /m2);

υn——自然風作用引起的洞內風速(m /s),可取2～ 3 m /s;

ξe——隧道入口損失系數；λr——隧道壁面摩阻損失系數

ρ——空氣密度(kg /m3)；Dr——隧道斷面當量直徑(m)

二是隧道需風量的計算，新沙壩隧道斷面較小，洞內車輛通行、臺車行走、管線鋪設、通風排煙等交叉干擾較大。該隧道獨頭掘進長度大，隧道進口工區（含平導）承擔3935m，斜井往進口方向掘進1868m，出口工區獨頭掘進2835m，長距離施工通風是本隧道的難點。新沙壩隧道施工通風需風量的計算按照作業人員呼吸需風量、爆破排煙需風量、允許最低風速計算風量、稀釋和排出內燃機廢氣計算供風量，有瓦斯涌出時還要按瓦斯涌出量計算風量，取各計算需風量最大值為實際需風量。此外新沙壩隧道通風設計考慮通了風系統和通風設備的選擇。計算公式如下。

3.2 施工問題

對于新沙壩隧道施工問題，主要集中在通風方案的選擇，通風方案的選擇，其主要包括風量的計算和通風設備的選擇，通風設備的配置。在方案的選擇中,要做到兼顧質量、進度、成本、環保的要求，同時積極探索“長隧短打”的施工方案。

新沙壩隧道距既有渝懷鐵路距離較近，ZDK279+467～ZDK279+512段與營業線距離僅有20.5～25m。況且既有隧道現有病害嚴重，為了營業線運營及新建隧道施工安全，擬對既有沙壩隧道 K279+473.28～K279+607.28段裂縫集中處設置 1m/榀剛拱架進行臨時加固。由于營業線天窗時間短，既有隧道洞內設備及既有隧道加固施工工藝復雜，既有線隧道加固也是本段施工的難點，將通過與設計單位的溝通，結合原有隧道的施工圖紙，編制專項施工方案。

在施工組織方面，新沙壩隧道項目部建立了合理的組織結構，量化了目標考核機制，提高了管理水平，加強對施工單位、設計單位、監理單位的技術水平和管理水平的審查。加強合同的履約水平，通過合同保障相關利益主體的利益。同時，組建了自有的專家庫，借助外力提高項目的管理水平和技術水平。

在施工進度方面，新沙壩隧道項目部嚴格執行規范，加強對網絡計劃的控制和優化，加強過程控制，積極落實精密化施工。在保障質量的前提下，加快施工進度，縮短施工工期。同時，管理人員加強了對風機設備的日常維修和管理，對通風效果定期測定，根據檢測結果及時進行階段調整。

4 結語

本文在前人研究的基礎上，以新沙壩隧道為背景，論述了長距離隧道施工通風問題，作為長距離隧道施工的關鍵因素，通風問題值得相關責任主體進行研究和分析，尤其在設計及施工方面進行探索。希望本文所述，能為相關單位提供參考和借鑒。

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