高寒高海拔螺旋式隧道施工中空氣質量控制

夏 正 年

(山西省交通建設工程監理總公司，山西 太原　030012)

0　引言

公路隧道施工，通風是施工中的一項關鍵工序，特別是長隧道在粉塵大，多種機械的排污，以及空間的狹小，加之光線的陰暗會出現大的安全隱患，出現窩工緩慢現象。因此，我們在施工長隧道之前要解決洞內通風措施，凈化洞內空氣，確保洞內安全綠色施工。

1　工程概況

臥龍溝1號隧道穿越甘肅，青海兩省交界，位于青藏高原向黃土高原過渡地段，海拔為2 897 m～3 195 m之間，地質條件復雜，受地形影響，采用螺旋型隧道，本隧道為西北首條高寒高海拔高速螺旋型隧道，總轉角近220°，曲線最小半徑為700 m。集中升坡，進出口高差達58 m。該隧道為分離式隧道，右線長2 554.63 m,縱坡采用2.3%的單向坡；左線長2 626 m,縱坡采用+2.2%的單向坡。

2　螺旋式隧道通風問題

螺旋式隧道由于平面曲線與縱向高差的存在原因，尤其是進口上坡洞，再加上處于高原地區，所以洞內粉塵以及機械的尾氣很難排放出去，使得施工人員的健康安全很難得到保障。

為了確保施工現場作業環境達到國家規范規定的空氣質量標準減少和預防職業病。

首先我們針對目前隧道施工的現狀、作業環境的空氣質量、以及海撥高度與大氣壓力關系，采用現有通風方案的缺陷及成本進行了初步的調查、分析統計(見表1)。

表1　海撥高度與大氣壓力關系圖表

3　隧道施工進度、內部環境，線形

隧道左洞縱坡2.2%，曲線半徑R=1 255 m,右洞縱坡2.3%，曲線半徑R=1 288 m,增加了排煙通風的難度，出口方向通風曲線半徑R=700 m，風損更大，我們首先要對通風方案進行審核，經對比分析采取如下方案。

首先在洞口開始掘進600 m之前，采用兩臺110 kW軸流式通風機，采用串聯壓入式通風，風管直徑1 600 mm,拉鏈式安裝。然后，隧道掘進到600 m～1 000 m時在洞內增加1臺110 kW軸流式風機作為接力式風機，如果掘進大于1 000 m時采取永久實施與臨時設施相結合安裝洞內射流風機。

隧道施工中的主要污染源和通風防塵標準。

1)隧道施工中的主要污染源有以下幾項：

a.爆破產生的炮煙；

b.柴油機產生的廢氣；

c.車輛行駛產生的粉塵。

2)通風防塵標準。

a.有害氣體濃度容許值：CO最高容許濃度為30 mg/m3；CO：按體積應不大于0.5%；NO：濃度應不大于5 mg/m3;

b.空氣粉塵允許含量：含10%以上游離SiO2的粉塵應不大于2 mg/m3；

c.最低的排塵風速應大于0.15 m/s;

d.洞內氣溫應不大于28 ℃。

3)螺旋式隧道通風方式。

以往一般隧道通風我們是按照《公路隧道施工技術規范》以及隧道的長度和斷面的尺寸，開發方式，施工設備配套等綜合考慮，通風方案根據掌子面距洞口距離分階段制定，本隧道擬采取壓入式通風方式。

4)風量和風阻計算。

施工通風所需風量按洞內同時工作的最多人數、洞內允許最小風速、一次性爆破所需要排除的炮煙量和內燃機械設備總功率分別計算，取其中最大值作為控制風量。

一般隧道主要計算參數：

洞內同時工作最多人數按50人/工作面考慮；

洞內允許最小風速Vmin=0.15 m/s；

洞內每人供應新鮮風4 m3/min；

內燃機械設備作業供風量3 m3/(min·kW)；

風管平均百米漏風率為0.01，風管摩阻系數為0.01。

主要計算公式：

洞內最多人數控制風量：Q1=4×k×m(4為洞內每人每分鐘供應新鮮風量；k為風量備用系數,1.15～1.25;m為洞內同時工作最多人數)；

最低允許風速控制風量：Q2=60×S×V(60為分鐘與秒的換算;S為斷面面積;V為最低允許風速);

內燃機械設備總功率控制風量：Q4=W×0.7×3(W為內燃機總功率;0.7為機械設備利用率、內燃機械設備作業供風量);

洞口風機風量：Q=Qmax/(1-β)L/100(β為百米漏風率);

風壓計算公式：風機有足夠的風壓克服管道阻力h>h阻;

h阻=∑h動+∑h沿+∑h局(h動為管口動壓,一般按50 Pa考慮;h沿為沿程壓力損失;h局為沿程壓力損失的10%)。

5)壓入式通風系統設置。

洞外通風機安裝在洞外，通過風管向洞內壓入通風；洞內設置一臺風機與洞外通風管串聯，對通風管內空氣進行加壓送掌子面。沿線每隔1 000 m安裝一臺射流風機輔助通風，加速洞內渾濁空氣排出。通風布置見圖1。

第一臺風機安設在距洞口20 m～30 m處，第二臺風機安設在進洞800 m處,兩臺串聯。在第一臺風機800 m出風口處采用薄鐵皮加工一個與風帶直徑相同長度2.0 m的圓筒，圓筒與第二臺風機進風口距離為1.5 m～2.2 m(該范圍為通風真空地帶,根據現場實際情況,可以進行調整)，從圓筒壓進來的新鮮空氣被第二臺風機吸入，送到工作面，新鮮空氣將渾濁的空氣逼出洞外(如圖1所示)。

由于螺旋式隧道與普通一般隧道相比，前者排污除塵的速度要慢很多，如果不能及時把粉塵及機械的尾氣排出洞外，會對施工人員的健康造成傷害，同時給工程的進度增加了難度。

水幕降塵器，是我們在一般隧道施工中采用的降塵方式(如圖2所示)。

作業環境的空氣質量。爆破后通風前，通風后的兩組數據，出渣過程中空氣質量檢測數據(見表2)。

表2　隧道內塵毒監測記錄表(爆破后通風30 min)

監測部位掌子面監測指標COSO2NONO2O2CH4濕度溫度游離SiO2結論K7+200251.12.01.218無78201.4合格K6+800200.72.21.021無70201.2合格K6+400150.60.90.820無75220.6合格

4　要因分析

依據我們對日常洞內的檢測數據分析，發現了在高海拔螺旋式隧道通風效果的通風原因，與一般隧道通風存在的問題又增加了幾項：1)高原、高海拔螺旋式隧道，它的大氣壓力降低，內燃機械降效，故對總風量要求大。2)由于平面曲線與縱向高差的存在，同時進口為上坡洞，又處于高原地區。3)二襯臺車使該處的通風凈斷面減小，通風管穿過形成兩處拐彎不利于排煙。4)需要通風的巷道長度大，平曲線增大網管風阻、風損，上坡洞排煙難度增大，通風時間長。

5　解決方法

1)減少掌子面一次性爆破的尺寸。

2)對洞內各種機械的排污量要嚴格控制。

3)增大風壓，采用洞口2臺風機串聯，尾段永臨結合混合式通風，風管吊掛平直，拉緊掉牢，不出現褶皺。

4)在二襯臺車上裝置鋼質連接管，臺車兩頭采用可調節長度的伸縮風管過渡，在該處再增加2臺射流風機，加速二襯臺車附近的風流。

5)采用以往的水幕降塵，用于爆破后掌子面的粉塵進行噴霧、灑水，沖洗巖面，降低粉塵。

6　結語

公路隧道施工通風是一項很關鍵的工序，特別是長隧道控制好通風措施，不但對施工人員健康得到保證，也對加快工程進度起到了保障。

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