公路隧道施工通風技術研究

(1.重慶交通大學 重慶 400074；2.長江大學 湖北 荊州 434023)

前言

隨著隧道施工的不斷進行，隧道施工技術得到全面發展，各項技術都有很大提高,但在隧道施工過程中通風技術仍是一個技術難點，這項技術不僅要解決爆破法開挖時產生的大量炮煙和粉塵，還要解決出碴過程中的機械設備產生的大量尾氣，這些氣體和粉塵嚴重危害了施工人員的身體健康，同時不利于施工的繼續進行。因此，必須采取有力的通風防塵措施，保證施工進度及施工人員的生命安全，完善施工通風系統，凈化隧道內的空氣，并將有毒有害氣體和粉塵排出洞外，以保障洞內空氣質量。

一、國內外研究現狀

(一)國外。對于隧道施工通風，國外比國內研究的要早，但大多集中在對隧道運營通風的研究，對于施工通風的研究相對較少。

D.M.Hargreaves等利用穩態計算流體動力學模型，模擬了礦井工作面附近的風場，發現模擬結果與實驗結果一致；日本的Nakayama等用CFD模擬氣流場的分布，將實驗結果與模擬結果對比，發現兩者非常接近，驗證了CFD的準確性；澳大利亞的Rao等模擬工作面的氣流場及固體顆粒的運動軌跡，得出了隧道內氣流場及固體顆粒的移動規律。

(二)國內研究現狀。我國對隧道施工通風的研究起步較晚，且重要集中在對粉塵的運移，施工通風技術及其優化等方面的研究。

侯永和等在提出合理的施工通風方案后，對漏風做了進一步的分析，給出了減漏的建議；劉榮華等根據鉆爆法施工中粉塵的來源，危害，及防治措施等方面入手，提出了一些在實際施工中能夠實施的綠色環保的措施，對保護施工人員的健康具有重大意義；朱紅青等通過對通風20分鐘后隧道內通風死區和CO濃度的稀釋效果分析，得出風管的最佳布設高度。

(三)隧道施工通風方式

隧道施工通風根據是否采用機械設備分為自然通風和機械通風。機械通風又進可分為壓入式通風，抽出式通風，混合式通風和巷道式通風

1.自然式通風。自然式通風是一種不借助任何機械設備，完全靠自然風的流動，帶走隧道內污染物的通風方式，是一種綠色環保是通風方式。但其通風距離過短，因而不適用于長大隧道的通風，此外，氣象條件、隧道內外溫差等自然因素對其影響較大，故一般較少在施工過程中使用。

2.壓入式通風。壓入式通風是指風機通過風管將新鮮空氣壓入工作面，污濁空氣則沿隧道排出的一種通風方式。當新鮮空氣到到達掌子面后會發生反向，就會帶著隧道內原有的污濁空氣一起流出洞外。其特點為：風流直接清洗工作面，安全性好，初期投入少。

這種通風方式的有效射程大，稀釋和排煙能力強，工作面回風不通過風機，且可以使用軟管，便于安裝，因此，在施工中較為常見。但隨著開挖的不斷進行，通風管路會隨之而增長，這會加大通風阻力，且在風管接頭處有漏風現象。漏風現象嚴重，不僅會導致工作面附近的通風量不足，還會對已完成的二襯洞身造成污染，并影響后續工作的進行。

3.抽出式通風。抽出式通風與壓入式通風方式相反，風機通過風管將污濁空氣排出洞外，新鮮空氣則從隧道口流入，經過洞身到達工作面，這種通風方式，由于新鮮空氣經過洞身，所以有利于二襯等后續工作的進行，且風管口正對污濁空氣，所以排污效果較好，所需風量也比壓入式較少，同時，由于污濁空氣是由風管排出，不經過洞身段，所以隧道內的空氣質量以及施工環境較好。但采用這種通風方式需要較長的通風時間才能達到理想的空氣質量，施工人員不能太早進入洞室內，對后續工序有較大的影響，隨著開挖的進行，掌子面向前推進，風機也需跟著移動，風管也需要不斷加長，并且，而由于風管內為負壓，只能用鋼管等硬管，所以拆卸安裝極為不便，且造價也偏高。

4.混合式通風。混合式通風是將壓入式通風與抽出式通風結合起來，新鮮空氣在風機的作用下由風管進入工作面，同時污濁空氣在另一個風機的作用下由風管抽出洞外的一種通風方式。這種通風方式結合了壓入式和抽出式的優點，在爆破后，洞內空氣可以在較短時間內達到良好的狀態，對后續施工影響較小，但其需要兩套通風設備，噪音大，成本投入大，對洞身斷面的占用率也大，所以，更適合大斷面隧道。

5.巷道式通風。巷道式通風主要是在長大隧道中，借助平井，斜井等輔助坑道的一種通風方式。針對不同的施工方案、設備及輔助坑道，可選用不同的通風方式。這種通風方式，通風設備只在局部布設，降低了成本，且通風效果好，但由于需要輔助坑道，就加大工程測量，并且必須設置風門防止漏風。

二、長大公路隧道通風的研究與展望

(一)研究。隨著我國西部大開發的進行，西部的交通也得到了飛速的發展，而西部地區高海拔較高，空氣稀，氣壓降低，空氣的密度和氧含量也發生相應的改變，風機性能將和低拔地區的工作狀況會有所差異，這都給隧道施工帶來了巨大的挑戰。特長公路隧道施工一般采用深孔全斷面爆破開挖，會產生大量有害氣體與粉塵。針對這種長大公路隧道的通風，首先要面臨兩個重要的問題：一是如何克服在高海拔、的氣溫的這種艱苦工作環境下正常施工，二是如何滿足長大隧道的掌子面的風量及風壓的要求。因此，我們必須結合實際工程情況，制定切實可行的施工通風方案，才能保證工程項目能夠順利進行。

對于高寒地區的長大隧道通風，一般以巷道式通風為主，以壓入式通風和抽出式通風為輔,利用平行導坑及橫洞作為通風道，以減小風機的風壓。在設計施工通風方案是要充分考慮污濁空氣與新鮮空氣的交換速度；在風量和風速滿足要求的情況下，盡量采用功率較大的風機，以減少風管的數量，提高隧道斷面利用率，節約成本，且在斷面凈空允許的情況下，適當采用管徑較大的風管，以減少管道摩擦所引起的能量損耗和風量的損失；同時，風機應布設在隧道洞口外的邊壁出，以免影響隧道內出渣等的工作的進行。

(二)展望。隨著高寒地區的長大隧道數量越來越多，如何設計出快速合理的通風方案以受到越來越多的人的關注，但目前階段，人們過于關注如何實現隧道的快速通風，而忽略了高寒地區的隧道通風所帶來是溫度場的變化，特別是在施工過程中，由于空間有限，進出車輛對風管的破壞加大了漏風現象，造成大量的能源和成本的浪費。所以，我們在設計隧道施工通風方案時，除了要考慮通風效果外，還要考慮在通風過程中，是否給工程帶來新的問題，只有綜合考慮了所有可能出現的因素，才能設計出較為合理的施工方案。