長隧洞施工變頻節能通風技術研究

李晏

【摘要】近年來，我國的隧道工程建設越來越多，其對能源的消耗越來越多。目前國內在隧洞掘進施工通風中，通常按照掘進通風散煙、瓦斯、有毒氣體等最大供風需求量配置風機。然而，在掘進工作面環境條件處于低煙霧、低瓦斯狀態時，掘進通風機仍在最大功率下運行，從而造成了極大的能源浪費;同時，風機一旦接入電網便處于長期恒速運轉，造成“大馬拉小車”的現象。對隧洞供風系統進行優化設計與改造，使其具備智能辨識工作面作業環境的功能，實現高效、節能通風意義重大。介紹了對長隧洞施工變頻節能通風技術進行的研究。

【關鍵詞】長隧洞;施工;變頻;通風

隧洞開挖過程中，容易受到各種因素影響，特別是長隧道工程施工時常會面臨通風技術質量這重要的一環。所以在長隧道工程施工建設中，應該根據工程實際情況和隧洞開挖特點，選擇適宜的施工技術，并做好施工通風質量控制工作，將隧洞開挖施工的通風技術在長隧道工程中自身價值全面發揮尤為重要。

1、施工技術

1.1風、水、電及通風布置

高壓風管為鋼管，布置在隧洞側墻中下部，與施工用水水管平行，電力線路布置在另一側，高度從拱架拱腳向下布置，最下一個架線瓷瓶距地面約1.9m，通風用風筒布置在洞頂稍偏一側，讓出洞頂軸線位置安裝激光定向儀用來方便開挖測量放線。

1.2石方開挖施工技術

通常情況下，在使用石方開挖施工技術中，其主要劃分為兩種模式，一個是石方明挖，另一個是石方洞挖。對于石方洞挖，也就是依據隧洞開挖輪廓線及隧洞圍巖情況，合理選擇爆破工藝，使用7655型手風鉆或鉆孔臺車等鉆孔設備，對爆破范圍進行鑿巖鉆孔處理，并安裝適量炸藥，對隧洞圍巖進行爆破。要想保證石方施工工作有序進行，保證操作安全，在整個開挖中，應根據工程現場實際情況，科學制定開挖方案，在施工過程中利用軸流通風機等通風設備采用串并聯通風方法實現及時通風除塵排煙，及時清理渣石。

2、通風現狀

通常隧道在通風設計及風機選型時是根據隧道通風最困難時期的需求選擇的，而在隧道施工初期及隧道中大氣環境相對良好的情況下就會造成巨大的能源浪費。同時，隧道施工在各個工序作業期間，對需風量的要求亦不同，如果風機以一成不變的狀態運行也會造成巨大的能源浪費，如無瓦斯段和低瓦斯段只需滿足職業健康要求即可;而對于瓦斯洞段則需風機加大運行功率以保證隧道風速;當粉塵超標時風機需加大功率排出煙塵;爆破后一氧化碳超標時風機需全速運行以減少通風散煙時間。由于巨大的電費投入，施工管理者在施工過程中隨意停風降低了隧道大氣環境質量，不間斷地通風，使電費增加，間歇性的通風會造成空氣質量下降。

3、長隧洞施工變頻節能通風技術

3.1大氣壓力

大氣壓力是指單位面積上直至大氣上界整個空氣柱自重，是氣象學中極其重要的一個物理量，它的分布和變化與大氣運動及天氣狀況有密切關系。大氣壓力主要由空氣密度計算得到，而密度又受溫度、壓力同時影響，因此，測量出的大氣壓力值實際上已包含溫度影響，所以其實際作用為使隧洞兩洞口端形成氣流壓差，可將其稱為超靜壓差。由此，搞清各支洞口的超靜壓及洞內溫度分布，則可分析洞內自然風的影響規律。因此，在數據采集、方案分析中應重點考慮相關因素。

3.2出渣

在隧洞出渣中主要采用裝載機裝車和扒渣機裝車兩種出渣方式，這兩種出渣方式各有優缺點。采用裝載機裝車優點是裝載機為通用設備，即可裝車，又可在現場零星作業，缺點是隧洞開挖深度增大后，設備使用洞內煙霧大，裝載機出渣受隧洞開挖規格尺寸等影響，同時裝載機裝車需增大避車道的密度和尺寸，增加了洞內施工環境惡劣程度和施工成本。而使用扒渣機出渣的優點是扒渣機在工作時使用電做動力，裝車時施工產生煙塵小，效率高（運渣時一臺車在掌子面裝車，另一臺車在最近的一個避車道隨時待命），設備高度較低適用于小斷面隧洞，同時用皮帶傳送渣石裝車，運輸車輛直接開到掌子面附近，避免了裝載機裝車時需增加調車硐室，可減少避車道數量;缺點是扒渣機用途單一，且價格較高、不同價格的扒渣機性能相差太大。

3.3風機變頻節能系統的改造

（1）安全監控系統的改造。在隧道內相關部位安裝甲烷、硫化氫、一氧化碳、風速等傳感器用以監測隧道內的施工環境并進行監測數據的分析、存儲與傳輸。（2）引入智能軟件系統。引入智能變頻通風運行及監控軟件系統，在隧道監控室內的計算機上運行并顯示。該軟件系統具有以下功能：數據讀取、傳輸、計算分析和信號輸出、智能控制與人工控制系統的轉換設置、接受人工手動設置參數、運行參數讀取與保存以及顯示等。（3）增設控制器。所增設的控制器具有承擔隧道內的環境參數分析、計算和輸出控制信號的功能，具有讀取安全監控數據、分析計算、下發運行頻率的功能。控制器負責計算運行頻率并將頻率信號輸出給變頻器，以達到風機風量實時智能控制的目的。（4）增設變頻器。所增設的變頻器是實現風機智能變頻控制的關鍵設備，在使用時變頻器主要具有以下功能：控制并改變風機的運行頻率;監測風機的運行參數，如電壓、電流和功率等。（5）增設傳感器。通過傳感器收集隧道內的環境數據并進行智能分析，在保證職業健康和有毒有害氣體指標可控的前提下，自動調節風機的運行頻率，以達到節能減排的目的。

結語：

綜上所述，隧道通風系統的供風方式及設備功能的提升與改造，實現了隧道風機智能變頻控制，提高了隧道通風的自動化程度，提高了隧道安全管理的效率，同時亦降低了電能消耗，對于長隧洞施工通風具有重要的意義，也為今后的類似工程建設提供了相關經驗，具有重要的參考價值。

參考文獻：

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