長大隧道施工通風技術實踐探討

胡曉波

摘要：長大隧道工程建設中，隧道掘進、爆破時均會產生一定量的有害氣體、粉塵，危及施工人員健康，不利于隧道工程施工作業的有序開展。因此，本文結合后長大隧道工程案例，以及該類隧道工程中的常用通風方式，對長大隧道施工通風技術的實踐展開討論，從而在通風工藝、通風量計算中，完善長大隧道工程中的通風設計，確保隧道施工作業的安全性、有效性。

關鍵詞：長大隧道;施工;通風技術

引言

長大隧道工程施工中，內部通風是工程施工組織設計中的核心問題。為通過有效的施工通風措施，排出隧道內部的有害氣體、粉塵，使隧道工程順利竣工，相關人員應結合隧道工程施工案例，對長大隧道通風技術的實踐方案展開分析，以此總結該類隧道工程施工通風要點。

一、工程概況

某長大隧道工程，屬于某地區高速公路建設中的控制性工程。該隧道起止里程中左線全長為11071m（ZK0+012.093～ZK2+837），右線全程12210m（YK0+011～YK2+895），為特長隧道。隧道進口端樁號為YK18+285，長度5719m，標段內設有通風斜井1#，井道長度1021m，與隧道主線路交匯于ZK2+810處。此外，該隧道的最大埋深為596m，隧道最大埋深約596m，隧道凈空高度、寬度分別為8.5m、5.6m。在該長大隧道工程施工建設中，為滿足工程施工中的供風、防塵需求，經實地考察、隧道設計圖紙審查后，采用壓入式管道通風，借此高效凈化施工期間的機械廢氣、塵毒，保障隧道工程施工安全。

二、長大隧道施工通風方式分析

長大隧道施工過程中，通風的主要目標在于多途徑引進隧道外空氣，使其能夠傳輸至隧道施工的掌子面，并且在新鮮空氣將隧道施工現場內污染物濃度、有害氣體稀釋后，為施工人員提供氧氣，排出空氣中一氧化碳、二氧化碳等物質，繼而為施工人員創造良好施工環境，維護人員安全、健康[1]。具體來說，結合長大隧道中所形成的通風動力，可將該類工程通風形式分為機械、自然通風，但對于長大隧道，自然通風效果不佳。因此，長大隧道工程多采用機械通風，即借助風管、助風機等機械設備，通過控制隧道內部、外部空氣流動線路為隧道內部供風。上述長大隧道工程中所采用的壓入式通風，屬于長大隧道施工通風的基本形式，相關人員可在隧道的洞口處布置射流風機，待射流風機產生風壓后，洞口外部新鮮空氣能夠以風管為通道進入隧道施工界面的掌子面處，隨后將隧道內污濁空氣排出。

應用壓入式通風時，施工人員通常會選用柔性風管，同時利用公式IP=（4-5），計算掌子面、風管實際間距，其中IP代表風管口與隧道內掌子面的長度，單位為m，S則為長大隧道的橫截面積，單位m2。基于壓入式通風，長大隧道工程建設中，其掌子面施工環境得以保證，并且由于流風機位置一定，所以在隧道掘進期間，風管長度可持續延伸，有利于提高隧道工程施工便捷性[2]。另外，針對采用“鉆爆法”的隧道工程，此種通風方式，可快速稀釋、排出爆破后有害氣體或機械粉塵，使隧道施工環境盡快滿足施工需求。

三、長大隧道施工通風的影響參數

長大隧道施工通風過程中，設備選型、通風設計需建立在施工通風參數計算中，其中較為核心的參數為風壓、風量[3]。為此，在長大隧道工程建設中，為確保隧道施工通風效果，還應明確通風影響參數，準確計算各參數的數值。除此之外，由于風壓、風量等參數為變量，需要結合長大隧道開挖方式、掌子面位置、隧道洞室參數、通風動力等影響施工通風的參數，推進長大隧道通風設計、施工作業，以下為長大隧道施工通風的主要影響參數。

其一，通風動力。具體包括通風機風量、風機性能、高效風量、風機位置、電機功率、風機運行時風壓范圍等，以及局部、輔助性風機的可控范圍、反風率、送風量、風機有效射程、自然風壓。

其二，隧道洞室。隧道開挖面積、掌子面掘進長度、開挖容積、橫斷面面積及形狀、隧道洞室開挖尺寸等均屬于長大隧道工程通風影響參數。

其三，機械設備。隧道工程施工期間，自卸車、挖掘機、隧道內部裝載機的大小、型號、數量同樣會影響隧道施工通風效果。

其四，通風布置。在通風布置參數中，需風量是隧道內部施工通風風量計算的核心參數，為準確掌握風量參數，相關人員需在隧道工程施工中，提前總結需風量本身的影響參數。首先，隧道內施工人員在作業時的需風量[4]。實際計算公式為QP=νPMKP，其中QP為隧道施工人員總體的需風量，單位m3/min，Vp為隧道內施工人員個人的需風量，取值3m3/min，m為長大隧道工程建設施工人員最多時的人數Kp為備用風量數值，對于長大隧道，備用風量取值一般為1.1～1.5。

其次，隧道內爆破時排煙的需風量，計算公式為Qb=■■，其中Qb，為隧道爆破時的需風量，A為隧道爆破期間的炸藥用量，t為通風所需時間。此外，在隧道施工場地內掌子面爆破后，相關人員可將有害氣體稀釋時間控制在30分鐘以內，所以在采用壓入式施工時，有害氣體稀釋區域的整體長度L大于通風機有效射程時，則需將吸風口、風機距離洞門口控制在30m以上。

四、長大隧道施工通風技術實踐

（一）長大隧道施工通風技術實踐方案

在當前時期，隧道工程施工場地內含有的有害氣體、污染物質，多來源于機械尾氣、爆破煙塵，以及鑿巖、噴混、出渣過程擾動的粉塵[5]。因此，結合長大隧道施工通風技術、施工條件，上述長大隧道工程在壓入式通風方式支撐下，擬定以下施工通風實踐方案。

1.隧道進口區域通風

在進入隧道后的第一段工區洞室入口處，安裝軸流風機，設備型號為2×132kW，通風模式為壓入式通風，送風長度參數為1500m;在軸流風機位置確定后，將射流風機布設在另一端臺車位置，促使有害氣體、被污染的風排出。與此同時，隧道開挖過程中，待2#臺車進入第二段工區后，則需將軸流風機移入洞室的右洞，并將其作為外部空氣引進通道，另一側隧道洞室可作為污濁空氣排放、輸送通道，并在洞口兩端安裝射流風機，輔助空氣排出。此外，由于該長大隧道工程中，左右側送風長度分為為1700m、2900m，所以需在臺車處增設風簾、射流風機，且各設備間距為750m。之后，為提高新鮮空氣流動速率，保障長大隨地施工通風效果，相關人員還應將射流風機安裝在隧道洞口的反向區域[6]。

2.隧道斜井工區排風

首先，在隧道斜井工區進行排風設計時，需在長度分別為1300m、1250m的排風井、送風井出口處，安裝軸流風機、排風機，且通風形式同樣為壓入式通風。在此期間，可結合隧道排風效果，在隧道內部適量增加射流風機，并將隧道分為三個斜井，斜井參數分別為1956、1850、1967，第三個斜井可與隧道進口貫通，建立正洞、斜井的對流通道，以此強化隧道施工現場的排風力度。斜井工區排風時，具體排風原理是在各斜井工區，建立風道、在風道轉角區域安裝軸流風機、射流風機、排風機，提高污風自隧道內排風井排出的速度。

其次，在隧道斜井工區內風道隔板布設結束后，排風井出口處的排風機轉移到隧道主洞中，分別安裝到風道隔板區域，使其在隔板作用下形成完整的風室。同時將送風井作為新鮮空氣流入通道，并直接排出隧道掌子面污風。最后，隧道持續掘進期間，相關人員可將隧道進口區域、斜井工區的排風管道設置為“對流通道”，將斜井工區作為隧道排風口，但是為促進污風排出，相關人員還應引進一定數量的射流風機，同時風室內通風機位置保持不變，繼而該階段隧道施工通風長度延展至2600m。

3.隧道工程中通風計算

在隧道工程各工區布置軸流風機、射流風機、設計風室的基礎上，相關人員在施工通風技術應用中，還應重視隧道工程中的通風計算工作，即隧道施工中相關施工作業期間的最小風量、施工人員需風量[7]。具體來說，結合以往長大隧道工程建設經驗，每位施工人員每分鐘所需的新鮮空氣為3m3，并且在機械設備作業時，每人供風量需調整為4.5m3。同時在隧道開挖、導洞時的風速控制在0.15m、0.25m/s，平均風速應小于5～6m/s。

除此之外，長大隧道工程在計算需風量時，為確保需風量計算的準確性，以及隧道工程通風施工質量，相關人員的需風量計算還應滿足以下條件。第一，應滿足隧道工程中施工期間的最小風速控制要求，具體計算公式為Q1=60vminS，其Vmin即隧道施工過程中的最小風速數值，取值為0.26m/s，S為隧道截斷面積。第二，計算施工人員數量最多時的需風量時，若施工人數為60人，個人需風量為3m3/min，相關人員需在獲取備用風量參數時，應綜合考慮風力分配不均、漏風現象，所以需將備用風數值選定為1.25。其三，利用公式Q3=■時，b為隧道爆破時每公斤炸藥使用后，所產生的污染氣體量，實際取值為40m3。

計算長大隧道工程中風機風壓時，相關人員應保障隧道外部的新鮮空氣能夠克服流通阻力，順利到達隧道內掌子面。在此期間，所涉及的通風計算內容包括摩擦阻力、風量計算[8]。其一，摩擦阻力。計算公式為H摩=■，其中α為風道摩擦系數，上述隧道工程中將其取值為0.0004，L為風道長度，Q供為風機供應量，d為風道內風筒直徑，取值為2m。

其二，風量計算。該隧道工程中，隧道主洞口的通風長度為1500m，第二工區通風長度1800m，所以在計算該長大隧道工程各工區送風長度時，取值為1800m，并且隧道開挖時最大掘進面積為108m2，每次爆破炸藥用量為201kg。代入相關數據后，Q1、Q2、Q3、Q4分別為1617.75、225、1333.33、2029m3/min，隨后按照通風量計算最大風量值。根據公式Qmax=max（Q1，Q2，Q3，Q4），最終得出該隧道工程最大通風量約為2030m3/min，而隧道施工通風中所設置的通風機需要的供應的風量為Q供=Qmax（1+■），其中η為通風設計中管道漏風概率，取值0.02，L為風道程度，即1800m，代入公式后，所得屬于約為46m3/s。

（二）長大隧道施工通風技術要點

首先，隧道施工通風時應重點控制的通風條件。一方面，重視隧道內氧氣含量的計算，同時結合隧道內部體積，使氧氣含量大于20%。除此之外，相關人員還應在隧道施工通風時，將粉塵、有害氣體的濃度控制在合理范圍內，以此確保長大隧道施工通風效果。

例如某隧道中粉塵中含有的有害物質為二氧化硅、水泥粉塵，所以在施工通風期間，應明確粉塵允許濃度范圍，即空氣中二氧化硅濃度大于、小于為10%時，允許濃度范圍應為2～6mg/m3，若二氧化硅小于等于10%，則隧道內無毒物質中動物、植物性粉塵、礦物粉塵的控制范圍應為10mg。在此期間，相關人員還應將隧道內有害氣體濃度進行合理控制。例如在施工人員正式開挖過程中，若有害氣體濃度為100mg/m3，則需在通風中盡快送入新鮮空氣，并在30分鐘內將有害氣體濃度調整在3030mg/m3。另一方面，準確把控長大隧道施工通風時的內部溫度，通常情況下，需將隧道內部溫度控制在18～26攝氏度。與此同時，相關人員在計算出每位施工人員需風量后，每人實際供風量應大于3m/min，同時使隧道斷面風速、坑道風速分別大于0.15、0.25m/s。

其次，風機選擇。結合長大隧道施工通風時的基本要求，在獲得風壓、風量等準確數值后，相關人員在壓入式通風方式實施中，應選用拉鏈式軟管作為隧道工程的通風管道，且軟管規格為φ2m。最后，通風期間的注意事項。為發揮施工通風技術實踐價值，相關人員在通風期間還應組好以下工作。其一，施工工作面、通風管道的實際間距，其取值方式應計算二者的直線距離。其二，安裝通風機時，還應設置保險裝置，使其在出現故障后自動開啟停機程序[9]。其三，通風體系中，相關人員需實時監測風壓、風速、通風量等數據的變化，以及通風裝置運行時的設備能耗。其四，通風設備故障后、通風流通不暢時，需及時徹底隧道工程施工現場，指導通風系統恢復，且確認過內部有害氣體濃度不會對施工人員造成損害。其五，采用通風機等機械設備支撐施工通風系統時，還應將現場內設備噪聲管控在75分貝以內。

五、結語

綜上所述，隨著長大隧道工程建設價值的突出，隧道開挖范圍、深度不斷拓展，但在該類工程實際建設中，卻因施工環境的特殊性需要利用通風機、風室引進新鮮空氣，維護施工人員健康與安全。長大隧道施工通風技術作為隧道工程重要工藝，相關人員在隧道工程建設中，需深入研究施工通風技術要點，持續優化長大隧道通風技術。

參考文獻：

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（作者單位：中鐵二十三局集團第三工程有限公司）