鉆爆法特長隧洞無軌運輸施工通風技術研究

韓肖

摘要：采用實例分析的方法，以具體的工程項目為研究對象，闡述了軸流式通風在鉆爆法特長隧道無軌運輸施工中應用的相關問題，并詳細闡述了軸流式通風技術的技術要點?？傮w而言，在鉆爆法特長隧道無軌運輸施工通風中，應用軸流式通風技術具有技術可行性，能夠滿足復雜情況下的施工通風需求，所以應該做進一步推廣。

關鍵詞：鉆爆法;特長隧洞無軌運輸施工;軸流式通風

近幾年在我國道路工程持續開展的情況下，隧道在現代工程中越來越常見，尤其是在隧道規模逐漸擴大的情況下，隧道施工通風也從最初的利用自然風通風發展到借助現代設備完成通風，通風的設備表現出了擴大化的趨勢。其中，軸流式通風方法作為一種有效的通風手段，被廣泛的應用在隧道工程中，其通風效果也得到了諸多學者的認可，具有技術先進性。

1.工程案例簡介

本次工程案例中主要有主洞、支洞兩個部分組成，主洞：全長8.00km（樁號25+000～33+000），縱坡1/2583，其中Ⅲ類圍巖段隧洞長7344m（Ⅲa4271m，Ⅲb2848m），Ⅳ類圍巖段隧洞長 854m，Ⅴ類圍巖段隧洞長27m。斷面尺寸7.5m×7.4m（寬×高）。P2支洞：位于喀雙隧洞樁號29+000處，進口布置在喀雙隧洞右側，長度1814.364m，其中Ⅲ類圍巖段隧洞長1284m，Ⅳ類圍巖段隧洞長390m，Ⅴ類圍巖段隧洞長140m，縱斷面設計為200m長12.9%的陡坡+20m長3%的緩坡，綜合縱坡約11.71%。P2支洞斷面形式為城門洞型，斷面凈尺寸6.7m×6.8m（寬×高）。

鉆爆開挖作為一種高效的施工手段，在地下洞室群施工中較為常見，但是在這個環節中，通風排煙已經成為保證施工質量的重要一環。通過對本次工程項目的施工環境進行分析后，發現該項目的的通風環境較為復雜，所以決定采用通風性能較好的軸流式通風方法，與巷道通風技術相比，該技術具有安裝方便、易于反風等優點，決定采用軸流式通風的技術。

2.軸流式通風的出現的技術問題

在本次工程項目中，采用軸流式通風機經常會出現工況點不在最佳工作區間，導致該通風方法下的通風質量不理想，導致在隧道施工中出現了通風不足的現象，本文認為，該工程中導致出現這一問題的主要問題就是通風網絡了發生了變化。這是因為在隧道施工過程中，整個施工本身就是一個動態變化的過程，包括施工面的推進、巷道長度等都會導致通風環境發生改變，最終影響了通風網絡。除此之外，通風機風壓偏差也是導致施工通風技術出現問題的重要原因。雖然通過設備提供了足夠的風，但是卻出現了“事倍功半”的效果，不僅造成了隧道電能浪費，也會因為通風效果差而影響了正常施工的進程[1]。

3.軸流式通風的技術手段

在本次工程項目中，為了能夠通過軸流式通風來獲得更理想的通風效果，就是通過對其中的關鍵參數進行控制，獲得更理想的通風效果。

3.1控制通風機葉片的安裝角度

在軸流式通風中，技術人員在忽略通風機各種損失條件的基礎上，軸流式通風機的流量、流通面積、軸線流速之間的關系為：

在上述關系式中，Q代表計算得到的理論風速流量，其單位為m3/s;Va代表軸向流速，其單位為m/s; 代表流通面積，其單位為㎡。

在該項目中，所選擇了兩臺通風機，其流通面積值是固定的，所以為了確保通風質量，需要從軸向流速的角度入手，來確保可以為隧道施工提供理想的通風效果。

根據圖1的相關資料可以發現，軸向流速與圓周速度之間存在著比例關系，兩者之間的關系都是由通風機氣流角度 來決定的。在該項目中，由于軸流式通風機的圓周角轉速是確定的，因此通風機軸向轉速主要是由氣流角的大小來確定的，而通風機氣流角與葉片之間的安裝角度十分接近（從圖1可知），而氣流角會隨著軸流式通風機葉片安裝角度來確定，因此在該項目中，為了能夠獲得理想的通風效果，通過調整通風機安裝角度的方法來調整軸線流速，最終實現對通風量的控制。

在隧道施工階段，考慮到一定時間內的通風網絡阻力很難發生明顯的改變，所以在采用軸向流通風技術時，需要根據隧道的正常所需風量來確定靜壓值，并根據通風機的技術性能，確定不同的葉片安裝角度，來獲得理想的通風效果[2]。

3.2調整通風機的葉片數

一般在特長隧道施工階段，所采用的軸流式通風機的通風主要有兩種級別，分別為Ⅰ級與Ⅱ級，雖然兩個等級的通風機工作狀態下所提供的風量是基本相同的，但是區別就是這兩種通風機工作狀態下所產生的靜壓存在差別。而在本次工程中，所采用的軸流式通風技術技術就是要了解通風網絡的變化情況，了解不同工況下的隧道通風環境。所以為了實現這個目標，就需要通過保證葉片級數的變化，將通風機的工作效率控制在一個理想的水平下。

3.3調整葉片數量

文獻[3]指出，葉片數量是影響影響通風效果的重要因素，其表達關系式為：

在上述關系式中， 代表軸流式通風機風壓，單位為Pa;w代表通風機的轉動角速度，單位為rad/s;p代表氣流密度，單位為kg/m3;Z代表通風機的葉片數量; 代表氣流的上升系數。

從關系式可以發現，葉片數量與通風機的風壓之間存在著密切關系，因此為了獲得更理想的通風效果，可以通過改變通風機葉片數量的方法，讓通風機功率與工況點達到理想狀態。一般認為，通過減少通風機葉片數量可以降低風壓，但是考慮到軸流式通風機的輪轂比與葉片弦長的相關參數都是確定的，所以在在工程項目施工階段，應該積極尋找葉片數量與通風機工作效率之間的理想取值范圍，這樣才能獲得理想的通風效果。

3.4具體措施與效果評價

在本次工程項目中，為了確保工程通風效果理想，工作人員通過調查判斷，通風困難時所需要的風量為25.3m3/s，此時的通風負壓達到了753.6Pa，葉片角度為29°。同時本次工程項目中隧道的長度較大，因此其通風面臨著很大的阻力。因此在本次工程中，為了確保通風質量與通風的經濟性，在施工中對通風機的功率進行了改進：采用了葉片調節方法，通過調整通風機安裝角度的方法來提高通風質量，將原本29°的安裝角度調整為28°，并在原有的通風葉片的基礎上增加了一葉。

在采用上述方法進行改進之后，實踐結果證明，通風機的運行功率從最初的30kW下降到了24kW，雖然調整了葉片的安裝角度導致通風機的工作效率有小幅度的下降，但是從工作效率來看，通風機所消耗的電能下降了約19.6%，降低了本次項目中的通風成本;并且增加了一葉葉片，也保證了工作效率。最終效果證明，通過這種改進方法，讓軸流式通風技術更好的滿足了本次工程項目的通風需求，在工程項目實施階段，尚未出現通風質量問題，并且經濟性得到了保證，因此具有推廣價值。

結論：

在鉆爆法特長隧洞無軌運輸施工通風技術研究中，軸流式通風技術較為常見，并且該技術具有理想的通風效果，能夠滿足多種復雜施工環境下的通風需求，因此具有可行性，對于相關人員而言，必須要充分了解軸流式通風技術的內容，并根據工程項目的開展需求，對軸流式通風技術的技術內容進行改進，這樣才能為隧道工程施工提供理想的通風服務。

參考文獻：

[1] 張廷彪，張扯道.高海拔公路隧道運營通風衛生標準初探[J].現代隧道技術.2018，51（3）：23-29，34.

[2] 龐小沖，唐學軍，李玉平.高海拔特長公路隧道需風量計算的探討[J].交通科技，2017，25（10）：105-109.

[3] 韓建秋.礦井軸流式通風機調節方法的研究[J].黃金，2018，05：52-54.

（作者單位：中國水利水電第九工程局有限公司）