高海拔低氣溫地區(qū)隧道施工通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)研究

陳剛　陳國　朱孟艷　竇晗

在高海拔和低氣溫地區(qū)作業(yè)的工程機械設(shè)備由于內(nèi)燃機燃燒不充分，導(dǎo)致廢氣排量大幅增加，嚴(yán)重危害作業(yè)人員的身體健康，將直接制約隧道施工進(jìn)度。以川黃公路雪山梁隧道項目為例，從空氣質(zhì)量和通風(fēng)效率兩個方面研究了3種通風(fēng)方案的優(yōu)劣。結(jié)果表明，進(jìn)洞前采用壓入式通風(fēng)方案可有效解決主洞和導(dǎo)洞多工作面施工的通風(fēng)問題。而在隧道掘進(jìn)至1734m時，將壓入式通風(fēng)調(diào)整為巷道式通風(fēng)。現(xiàn)場空氣質(zhì)量檢測結(jié)果證明，隧道內(nèi)新鮮風(fēng)可滿足施工需要和環(huán)保要求。

高海拔? 低氣溫? 隧道? 通風(fēng)方案? 空氣質(zhì)量

CHEN GangCHEN GuoZHU MengyanDOU Han

（1. Guangxi Communications Investment Group Co.， Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530022 China;2. China Railway First Group Third Engineering Co.， Ltd.， Baoji， Shaanxi Province， 721006 China; 3. College of Civil Engineering， Nanjing Forestry University， Nanjing， Jiangsu Province， 210037 China ）

The emissions of the engineering mechanical equipment increases sharply due to incomplete combustion of internal combustion engine at high altitude and low temperature localities. This is a serious danger to health of the operators and directly restricts the progress of the tunnel construction. Taking the Xueshan Liang tunnel in Chuanghuang highway as an example， the advantages and disadvantages of three ventilation schemes is studies from the air quality and ventilation efficiency. It is found that the forced ventilation scheme can solve the ventilation problem of the multi-working faces of main and pilot tunnels before entering the hole. When the tunnel is drove to the front 1734 meter of the tunnel， the forced ventilation is adjusted to the gallery ventilation. The results of the air quality inspection on site shows that the fresh air in the tunnel meets the construction demand and environmental protection requirements.

High altitude; Low temperature; Tunnel; Ventilation scheme; Air quality

提高通風(fēng)質(zhì)量、改善作業(yè)環(huán)境及采用可靠的超前地質(zhì)預(yù)報指導(dǎo)施工，是隧道施工的重要環(huán)節(jié)之一，是隧道安全施工的關(guān)鍵。但在高海拔、低氣溫、地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行隧道施工時，因受外界環(huán)境因素影響，提高通風(fēng)質(zhì)量、改善作業(yè)環(huán)境相比一般地區(qū)較為困難;超前地質(zhì)預(yù)報對于指導(dǎo)地質(zhì)條件復(fù)雜、工期緊的隧道施工，作用和意義尤為突出。因此，通過合理地布置通風(fēng)系統(tǒng)及利用超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果正確指導(dǎo)施工，是施工安全和人員身心健康的重要保證，同時又為實現(xiàn)隧道又好又快施工奠定基礎(chǔ)。

目前，復(fù)雜地質(zhì)條件下高原長大隧道施工可借鑒的經(jīng)驗相對較少。高海拔地區(qū)由于大氣壓低、空氣稀薄存在缺氧現(xiàn)象，缺氧導(dǎo)致內(nèi)燃機燃燒不充分，廢氣排量比常規(guī)條件下有所增加，從而加大了通風(fēng)難度;地質(zhì)情況復(fù)雜多變，影響施工安全及工程進(jìn)度。隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展，尤其是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入進(jìn)行，研究復(fù)雜地質(zhì)條件下高原長大隧道施工技術(shù)具有廣闊的運用和推廣前景，對我國西部交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)具有重要意義。

川黃公路雪山梁隧道位于四川省阿壩藏族羌族自治州松潘縣境內(nèi)，隧址區(qū)位于秦嶺西端和岷山山脈北端的匯合部位。隧道底海拔高度為3378～3412m，穿越海拔高度為4500m的雪寶頂;隧道主洞全長7966m，導(dǎo)洞全長8086m，屬于高原型特長隧道。隧道施工分兩個標(biāo)段進(jìn)行，其中進(jìn)口段（主洞3996m、導(dǎo)洞4134m）的施工期間面臨極端惡劣天氣的考驗。極端溫度低至-28℃，隧道口大氣壓實測為650hPa，僅為海平面的64.3%，隧道口氧氣含量為海平面的70.0%。每年10月中旬至次年4月中旬為冬季施工，施工期長達(dá)半年，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，發(fā)生涌水突泥、巖爆、溶洞等風(fēng)險的可能性較大。隧道連接九寨溝和黃龍兩大景區(qū)的重要公路，環(huán)保要求高。

雪山梁隧道內(nèi)的有害氣體主要來自內(nèi)燃機械排出的尾氣，由于含氧量低，燃燒不充分，廢氣排量比常規(guī)條件下有所增加;隧道爆破產(chǎn)生的有害氣體;作業(yè)人員呼吸排放的CO，以及巖層中夾雜貯存的少量CO、CO和CH等。

通風(fēng)設(shè)備（風(fēng)機和風(fēng)管）的選型關(guān)系到整個方案的成敗，并為整個通風(fēng)系統(tǒng)的運行提供可靠的保證。借鑒四川省巴郎山隧道風(fēng)機機型，選用山西侯馬風(fēng)機廠生產(chǎn)的風(fēng)機。根據(jù)主洞與平導(dǎo)斷面大小，主洞采用SDF（P2）-№14，功率185kW×2的變頻風(fēng)機，配用直徑為Φ1.80m的風(fēng)管;平導(dǎo)采用SDF（P2）-№13，功率132 kW×2的變頻風(fēng)機，配用直徑為Φ1.5m的風(fēng)管;風(fēng)管材質(zhì)采用高強維綸長纖維基布PVC增強塑布。射流風(fēng)機選用型號為SSF-№10，風(fēng)機功率30kW，風(fēng)機出口風(fēng)速42.9m/s，風(fēng)機出口直徑0.98m，現(xiàn)場共配備13臺（兩臺間距約為800m），數(shù)量配備滿足施工需要。

要提高本隧道工程施工期間通風(fēng)質(zhì)量、改善作業(yè)環(huán)境，使施工期間空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，從而實現(xiàn)安全、快速施工的目標(biāo)。通風(fēng)系統(tǒng)的安設(shè)質(zhì)量對通風(fēng)效果有著直接的影響，為避免由洞內(nèi)排出的污濁空氣再次進(jìn)入洞內(nèi)引起循環(huán)污染，將風(fēng)機安設(shè)在距洞口30m外位置，如圖1所示。在安設(shè)風(fēng)管時盡量做到平直暢通、吊掛穩(wěn)固、接頭牢靠，注意使吊鉤沿縱向保持一致和風(fēng)管承重索的高度相同，風(fēng)管的接長及修補等工作宜選在打眼、立架等產(chǎn)生粉塵較少時段進(jìn)行。

及時了解通風(fēng)系統(tǒng)的運行狀況，正確評價系統(tǒng)的應(yīng)用效果。在爆破通風(fēng)20～30min左右對掌子面附近空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測，確認(rèn)檢測合格后方可允許施工人員進(jìn)行出渣作業(yè)（見圖2）。各項指標(biāo)檢測結(jié)果需滿足要求，即空氣含氧量大于19.5%、CO濃度小于20mg/m、NO小于5mg/m、工作面風(fēng)速大于0.15m/s，粉塵及有害氣體濃度達(dá)到或接近國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。極少數(shù)情況下存有粉塵或CO濃度有偏大的測量值，但通過加大通風(fēng)量后在較短的時間內(nèi)可調(diào)整在規(guī)定范圍內(nèi)。檢測結(jié)果證明，隧道內(nèi)新鮮風(fēng)可滿足施工生產(chǎn)的需要。

針對海拔高度3400m且獨頭掘進(jìn)長度為4000m的特長隧道施工，根據(jù)工程進(jìn)展情況，通風(fēng)方案劃分為2個階段，分別采用“壓入式”和“巷道式”通風(fēng)方案，如表1所示。結(jié)合洞內(nèi)空氣質(zhì)量檢測結(jié)果，在進(jìn)洞前1734m范圍內(nèi)，采用壓入式通風(fēng)方案可有效解決主洞和導(dǎo)洞多工作面施工的通風(fēng)問題。在隧道掘進(jìn)至1734m時，現(xiàn)場將壓入式通風(fēng)調(diào)整為巷道式通風(fēng)，效果較明顯且同樣滿足洞內(nèi)通風(fēng)的需求。采用巷道式通風(fēng)，污濁空氣不污染全洞，爆破工作面排煙迅速，絕大部分洞身始終空氣新鮮。不足之處是：此階段需對各橫通道進(jìn)行封堵，并確保嚴(yán)密不漏氣;將主洞作為專用運輸通道，給洞內(nèi)交通帶來壓力。施工期間必須合理組織，以免因運輸不暢造成相互干擾。盡可能采用高效大風(fēng)量的風(fēng)機和大直徑、性能好的風(fēng)管，以改善通風(fēng)效果。

為實現(xiàn)隧道的長距離通風(fēng)，除合理匹配通風(fēng)設(shè)備外，風(fēng)管的選型、安裝和維護(hù)的質(zhì)量對通風(fēng)效果都有直接影響。因此，選擇風(fēng)管時要注意材質(zhì)、接頭方式和單節(jié)風(fēng)管的長度及管徑大小;安裝上要保持平、直、順和接頭牢靠，定期檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)管破損時要及時修補或更換。為確保隧道洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境全面達(dá)標(biāo)，除實行切實可行的通風(fēng)措施外，現(xiàn)場施工時還應(yīng)盡量選擇污染少的濕噴工藝，以及低污染燃油及性能完好的機械設(shè)備;安排專人定期對路面上的雜物進(jìn)行清掃并及時清理;采取有效的灑水降塵措施及限制洞內(nèi)各類來往車輛的行駛速度，并且隨著科技的發(fā)展盡量選用電動設(shè)備來代替內(nèi)燃設(shè)備等。