某公路項目瓦斯隧道的施工通風技術分析

丁登陽

摘要 公路隧道工程地質條件復雜、線路較長，施工中極易遭遇瓦斯地層，施工處治不當，容易造成瓦斯泄漏，引發極為嚴重的安全事故。鑒于此，文章依托某公路項目高瓦斯隧道施工實踐，對高瓦斯隧道施工通風技術展開綜合探究，闡述了瓦斯隧道通風基本要求，分析了隧道施工通風類型及具體選型原則，根據工程實際情況，確定采用巷道式通風方案，并提出了瓦斯隧道施工通風技術措施，可為后續高瓦斯隧道工程施工提供參考。

關鍵詞 公路隧道項目；瓦斯隧道；通風方案分類；巷道式通風方案設計

中圖分類號 U453.5文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0123-03

0 引言

近年來，隨著經濟的高速發展，我國的公路工程建設逐步趨于完善，有效地推動了交通運輸行業的進步。隧道作為公路工程建設的關鍵組成要素，具有施工難度大、專業性強、技術要求高、安全風險高等特點，尤其當隧道途經瓦斯區域時，其施工安全風險更高，施工控制不當，極易引發爆炸事故，嚴重威脅施工安全[1-3]。因此，瓦斯隧道施工時，應加強瓦斯監測管理，并采取科學有效的通風措施，以有效降低隧道內瓦斯濃度，保證施工安全。

1 瓦斯隧道及通風要求

瓦斯隧道主要指隧道開挖過程中遭遇煤系層或含有瓦斯氣體的地層，且存在瓦斯涌出的現象。按照涌出量不同，行業推薦性標準將公路瓦斯隧道分為四類指標體系，即微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯以及瓦斯突出四種形式隧道。其引發的安全事故主要包括中毒、窒息、火災、爆炸等。

瓦斯發生爆炸的必要條件為濃度與火源。實際施工時，合理控制瓦斯濃度是避免瓦斯爆炸的根本方法，因此科學地進行隧道通風是保證施工安全的重要手段。此外，加強隧道通風還能有效清除施工過程中產生的粉塵、有害氣體等，凈化施工環境[4]。

2 隧道通風方案分類及選型原則

2.1 通風方案分類

目前，常用的隧道通風方式較多。按照有害氣體排放通道差異，可分為風管式與巷道式。同時，按照驅動方向差異，風管式通風又細分為壓入型、抽（排）出型、混合型三種類型；而巷道式通風細分為主扇型、射流型兩種類型，詳細情況如圖1所示。

2.2 壓入式通風

壓入式通風主要是通過通風設備正壓將洞外新鮮空氣壓送入洞內，并將內部粉塵、污染氣體等排出，其通風原理如圖2所示。風機風筒內為正壓，對其材質要求較低，通常選用普通帆布，價格較低。但由于隧道內部始終處于粉塵及有害氣體循環流動之中，污染相對嚴重。當開挖深度不斷增大時，送風管道沿程摩阻力顯著增加，通風耗能越來越大，并且開挖面粉塵及污染氣體排出時間顯著延長[5]。此通風方式應用較為廣泛。

2.3 抽出式通風

抽出式通風主要是通過通風設備負壓將洞內渾濁氣體抽出，其工作原理如圖3所示。該通風方式可及時將洞內有害氣體排出，保持洞內空氣新鮮。但由于粉塵、渾濁氣體由風機內部排出，安全風險較大，風機需具備防爆功能。同時，因風筒處于負壓狀態，其材質要求較高，價格昂貴。此通風方式較為少用。

2.4 混合式通風

混合式通風主要是在隧道內同時安裝壓入式與抽出式風機，按照二者風筒端口距開挖面位置，將其分為長壓短抽與長抽短壓兩種形式，其通風原理如圖4所示。長壓短抽式主要采用壓入式通風方式，只在靠近開挖面處設置小型抽出式風機及較短剛性風管，適合開挖面有害氣體濃度較高的隧道[6]。而長抽短壓式則主要利用抽出式通風方式，在靠近開挖面位置設置小型壓入式風機及較短帆布風筒，適合對空氣質量狀況要求較高的隧道。此種通風方式能科學避免開挖面污染氣體匯聚的現象，但需設置兩臺通風設備同時作業，成本較高。

2.5 巷道式通風

巷道式通風主要是借助平行導坑或通道形成回風道的通風方式，通常用于長度超過的3 km的大型隧道。巷道通風風流方向較為固定，投入設備較多，成本較高。同時，通風道內污染氣體濃度較大，風機主扇耗能較高，且通道密閉不嚴會導致有害氣體泄漏[7]。當作業面發生變化時，應結合實際情況，采取合適方式封閉橫向通風道。

2.6 瓦斯隧道通風方案選型原則

現階段，瓦斯隧道通施工主要采用壓入式通風方式。瓦斯監測及洞內通風是保證隧道施工安全的根本手段，實際施工時，需將瓦斯濃度控制在0.5%以下。通常狀況下，對于低瓦斯隧道常采取壓入式或巷道式通風方式，而對于高瓦斯隧道則采取巷道式通風方式。

圖4 混合式通風原理

3 隧道通風方案設計

3.1 工程概況

某隧道工程設計長度為5.4 km，出口位置存在瓦斯地層，涌出頻率較高。左、右幅涌出量分別為1.69～

2.25 m3/min和1.58～1.83 m3/min，為典型的高瓦斯隧道。

3.2 通風方案

根據瓦斯含量、施工人員數量、機械設備尾氣、施工粉塵等各方面因素，經綜合計算得出，洞內通風量為3 335.5 m3/min，風壓為1 979.27 Pa。結合隧道布設情況、開挖深度、斷面尺寸、開挖方式等相關指標，確定選用巷道式通風方式。

根據通風設備相關性能指標，隧道通風設備采用SDDY-No14#型多功能變速風機，并對其實施防爆改造，各項性能指標均符合計算標準。隧道通風方案如圖5所示。在K20+580位置布置4臺軸流式風機分別向左右幅隧道內壓送空氣，并在K20+520橫向通道與右幅隧道內設置射流式風機抽排渾濁氣體。為避免二次襯砌臺車周邊、橫向通道位置瓦斯匯聚，在襯砌臺車上方及橫向通道口位置分別設置2臺功率為11 kW局扇與功率為30 kW的射流式風機。經現場檢測，洞內風速及瓦斯含量符合標準要求。

3.3 瓦斯監測管理

結合隧道具體情況，編制切實可行的瓦斯監測方案，科學實施監測工作。

（1）為有效提升瓦斯監測準確性和高效性，應建立科學完善的動態監控系統，并安排專人管控[8]。

（2）系統管控人員應全面了解系統運行及操控原理，具備熟練操控系統的技能，能夠及時發現并報告異常情況，從而采取科學有效的處治措施。

（3）瓦斯動態監控系統運行狀況直接決定了隧道施工安全，因此應對其實施全面檢測，滿足要求后方可投入使用。該監控系統功能應全面，且應具有自動報警功能。當無法實現此功能時，應利用人工方式進行預警。監控系統運行期間應定期進行維護，及時排查并處治異常狀況，保證高效穩定運行。

（4）專業電工定期對設備實施檢修和保養，每7 d對甲烷傳感器、瓦檢儀進行一次檢修，并詳細記錄檢修情況。檢修過程中，嚴禁私自改變預先設定的技術參數。當設備相關參數顯示異常時，系統管控人員全面收集異常情況，報告專業電工和檢修人員，共同進行現場檢修，以便準確監測瓦斯濃度，判定系統運行狀態，從而采取針對性處治措施[9]。

3.4 瓦斯隧道施工現場通風措施

加強隧道通風能有效降低洞內有害氣體濃度，防止發生施工安全事故，具體通風措施如下：

（1）科學組織通風方案設計，根據瓦斯隧道具體情況，確定最佳通風量與風速，并依據相關技術指標選擇滿足實際施工需求的風機、風管等設施，確保實現最佳通風效果，將洞內瓦斯濃度控制在標準范圍內，保證隧道施工安全。

（2）隧道施工現場環境惡劣，通風設備選擇時應全面了解設備性能，考慮可能出現的異常狀況，并配置充足的應急設備，以有效應對突發情況。

（3）隧道開挖過程中，應加強現場通風管理，確保各種通風設備穩定運行，并積極強化設備檢修和維護工作，及時發現并處理存在的問題，以有效防止設備運行故障，確保通風效果。

（4）通風設備應設置兩套供電線路，并配備風電閉鎖設施。通風設備運行期間，若出現突然停電時，應及時開啟應急電路，啟動應急通風設備，保證通風正常進行。同時，為確保供電安全性和可靠性，應配備性能優良的自發電設施，并建立完備的供電體系，保證供電設施產生異常狀況時，依舊能夠持續、穩定供電[10]。

（5）根據瓦斯涌出量，科學計算通風量，并結合施工現場實際情況采取針對性通風措施。如：針對低瓦斯隧道，應將隧道內瓦斯濃度控制在0.3%范圍內，按照此標準設計針對性通風方案，以有效確保施工安全。

（6）瓦斯隧道施工時，局部路段存在較為顯著的瓦斯匯聚區。遇到此種情形，可增設小型通風設備，增強局部區域通風效果，以有效防止瓦斯匯聚現象。

4 結語

綜上所述，瓦斯隧道內部有害氣體較多，安全風險較高，施工控制不當，極易引發中毒、窒息、爆炸等事故，嚴重威脅施工安全。瓦斯隧道施工時，應根據隧道布設情況、開挖深度、斷面尺寸、開挖方式等相關指標，科學確定通風方式，并結合通風設備性能參數、隧道實際通風量等指標參數，設計針對性的通風方案，有效控制瓦斯等有害氣體濃度，保證施工安全。

參考文獻

[1]陳輝浩. 瓦斯隧道施工通風流場特征分析及參數優化研究[D]. 南寧：廣西大學， 2022.

[2]王逸， 劉仁剛， 王長林， 等. 低壓缺氧超長瓦斯隧道智能通風施工技術研究[J]. 四川建材， 2021（10）： 107-108+111.

[3]張洪旭. 大直徑瓦斯盾構隧道施工通風技術研究[D]. 成都：西南交通大學， 2021.

[4]項海燕. 超長瓦斯隧道斜井—單通道組合式通風技術研究[J]. 交通世界， 2021（19）： 99-101.

[5]李小勇. 低瓦斯隧道通風方案設計[J]. 四川建筑， 2021（3）： 152-155.

[6]熊華濤. 高瓦斯隧道施工通風方案設計及瓦斯運移規律研究[J]. 水利與建筑工程學報， 2021（2）： 113-119+137.

[7]高梅. 大峽谷隧道進口段施工通風方案設計[J]. 交通節能與環保， 2021（1）： 140-143+151.

[8]孟春龍. 高瓦斯隧道通風安全技術[J]. 工程技術研究， 2019（11）： 22-25.

[9]舒東利， 楊建民， 謝文強， 等. 保安營特長高瓦斯隧道運營通風方案研究[J]. 現代隧道技術， 2019（S2）： 96-105.

[10]鄭仕躍. 高瓦斯隧道壓入式通風風帶選型及安裝位置優化研究[C]//中國土木工程學會， 長沙市人民政府. 中國土木工程學會2021年學術年會論文集. 中國建筑工業出版社， 2021： 162.