某公路項目瓦斯隧道的施工通風技術(shù)分析

丁登陽

摘要 公路隧道工程地質(zhì)條件復(fù)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(fā)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(shù)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(jù)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(shù)措施，可為后續(xù)高瓦斯隧道工程施工提供參考。

關(guān)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(shè)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(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的公路工程建設(shè)逐步趨于完善，有效地推動了交通運輸行業(yè)的進步。隧道作為公路工程建設(shè)的關(guān)鍵組成要素，具有施工難度大、專業(yè)性強、技術(shù)要求高、安全風險高等特點，尤其當隧道途經(jīng)瓦斯區(qū)域時，其施工安全風險更高，施工控制不當，極易引發(fā)爆炸事故，嚴重威脅施工安全[1-3]。因此，瓦斯隧道施工時，應(yīng)加強瓦斯監(jiān)測管理，并采取科學(xué)有效的通風措施，以有效降低隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛龋ＷC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(xiàn)象。按照涌出量不同，行業(yè)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(fā)的安全事故主要包括中毒、窒息、火災(zāi)、爆炸等。

瓦斯發(fā)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?jié)舛仁潜苊馔咚贡ǖ母痉椒ǎ虼丝茖W(xué)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(chǎn)生的粉塵、有害氣體等，凈化施工環(huán)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(qū)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(shè)備正壓將洞外新鮮空氣壓送入洞內(nèi)，并將內(nèi)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(nèi)為正壓，對其材質(zhì)要求較低，通常選用普通帆布，價格較低。但由于隧道內(nèi)部始終處于粉塵及有害氣體循環(huán)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(yīng)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(shè)備負壓將洞內(nèi)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(nèi)有害氣體排出，保持洞內(nèi)空氣新鮮。但由于粉塵、渾濁氣體由風機內(nèi)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(tài)，其材質(zhì)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(nèi)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(shè)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(shè)置小型壓入式風機及較短帆布風筒，適合對空氣質(zhì)量狀況要求較高的隧道。此種通風方式能科學(xué)避免開挖面污染氣體匯聚的現(xiàn)象，但需設(shè)置兩臺通風設(shè)備同時作業(yè)，成本較高。

2.5 巷道式通風

巷道式通風主要是借助平行導(dǎo)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(shè)備較多，成本較高。同時，通風道內(nèi)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(dǎo)致有害氣體泄漏[7]。當作業(yè)面發(fā)生變化時，應(yīng)結(jié)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(xiàn)階段，瓦斯隧道通施工主要采用壓入式通風方式。瓦斯監(jiān)測及洞內(nèi)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?jié)舛瓤刂圃?.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(shè)計

3.1 工程概況

某隧道工程設(shè)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(jù)瓦斯含量、施工人員數(shù)量、機械設(shè)備尾氣、施工粉塵等各方面因素，經(jīng)綜合計算得出，洞內(nèi)通風量為3 335.5 m3/min，風壓為1 979.27 Pa。結(jié)合隧道布設(shè)情況、開挖深度、斷面尺寸、開挖方式等相關(guān)指標，確定選用巷道式通風方式。

根據(jù)通風設(shè)備相關(guān)性能指標，隧道通風設(shè)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(nèi)壓送空氣，并在K20+520橫向通道與右幅隧道內(nèi)設(shè)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(shè)置2臺功率為11 kW局扇與功率為30 kW的射流式風機。經(jīng)現(xiàn)場檢測，洞內(nèi)風速及瓦斯含量符合標準要求。

3.3 瓦斯監(jiān)測管理

結(jié)合隧道具體情況，編制切實可行的瓦斯監(jiān)測方案，科學(xué)實施監(jiān)測工作。

（1）為有效提升瓦斯監(jiān)測準確性和高效性，應(yīng)建立科學(xué)完善的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并安排專人管控[8]。

（2）系統(tǒng)管控人員應(yīng)全面了解系統(tǒng)運行及操控原理，具備熟練操控系統(tǒng)的技能，能夠及時發(fā)現(xiàn)并報告異常情況，從而采取科學(xué)有效的處治措施。

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

（4）專業(yè)電工定期對設(shè)備實施檢修和保養(yǎng)，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(yù)先設(shè)定的技術(shù)參數(shù)。當設(shè)備相關(guān)參數(shù)顯示異常時，系統(tǒng)管控人員全面收集異常情況，報告專業(yè)電工和檢修人員，共同進行現(xiàn)場檢修，以便準確監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋卸ㄏ到y(tǒng)運行狀態(tài)，從而采取針對性處治措施[9]。

3.4 瓦斯隧道施工現(xiàn)場通風措施

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

（1）科學(xué)組織通風方案設(shè)計，根據(jù)瓦斯隧道具體情況，確定最佳通風量與風速，并依據(jù)相關(guān)技術(shù)指標選擇滿足實際施工需求的風機、風管等設(shè)施，確保實現(xiàn)最佳通風效果，將洞內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃跇藴史秶鷥?nèi)，保證隧道施工安全。

（2）隧道施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，通風設(shè)備選擇時應(yīng)全面了解設(shè)備性能，考慮可能出現(xiàn)的異常狀況，并配置充足的應(yīng)急設(shè)備，以有效應(yīng)對突發(fā)情況。

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

（4）通風設(shè)備應(yīng)設(shè)置兩套供電線路，并配備風電閉鎖設(shè)施。通風設(shè)備運行期間，若出現(xiàn)突然停電時，應(yīng)及時開啟應(yīng)急電路，啟動應(yīng)急通風設(shè)備，保證通風正常進行。同時，為確保供電安全性和可靠性，應(yīng)配備性能優(yōu)良的自發(fā)電設(shè)施，并建立完備的供電體系，保證供電設(shè)施產(chǎn)生異常狀況時，依舊能夠持續(xù)、穩(wěn)定供電[10]。

（5）根據(jù)瓦斯涌出量，科學(xué)計算通風量，并結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況采取針對性通風措施。如：針對低瓦斯隧道，應(yīng)將隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.3%范圍內(nèi)，按照此標準設(shè)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(qū)。遇到此種情形，可增設(shè)小型通風設(shè)備，增強局部區(qū)域通風效果，以有效防止瓦斯匯聚現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，瓦斯隧道內(nèi)部有害氣體較多，安全風險較高，施工控制不當，極易引發(fā)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(yīng)根據(jù)隧道布設(shè)情況、開挖深度、斷面尺寸、開挖方式等相關(guān)指標，科學(xué)確定通風方式，并結(jié)合通風設(shè)備性能參數(shù)、隧道實際通風量等指標參數(shù)，設(shè)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。

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