特長高瓦斯斜井隧道施工通風技術

摘" 要：良好的通風系統是保證高瓦斯隧道施工順利進展的關鍵。該文以某高瓦斯為例，針對高瓦斯現狀及施工難點，從通風設計原則和標準著手，對通風方案進行綜合制定，并對不同施工階段的風量進行計算。基于此，對不同階段隧道通風系統的主風機進行選型，并對隧道交叉口及主要通風匯流處射流風機進行布設。該文旨在為類似工程施工工藝制定提供參考。

關鍵詞：通風系統；高瓦斯；特長隧道；施工通風；施工技術

中圖分類號：U453.5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0169-04

Abstract： A good ventilation system is the key to ensure the smooth progress of high gas tunnel construction. In this paper， taking a high gas as an example， aiming at the current situation of high gas and construction difficulties， starting from the ventilation design principles and standards， the ventilation scheme is comprehensively formulated， and the air volume in different construction stages is calculated. Based on this， the main fans of the tunnel ventilation system at different stages are selected， and the jet fans at the tunnel intersection and the main ventilation confluence are arranged. This paper aims to provide reference for the formulation of construction technology of similar projects.

Keywords： ventilation system; high-gas; extra-long tunnel; ventilation; construction technique

通風對隧道工程的安全施工至關重要，隨著國家基礎設施建設的不斷完善深入，隧道施工通風技術也取得了尤為突出的成效。隨著我國交通線路規模的不斷擴大，以及線路覆蓋范圍內地形地質條件的復雜性，特長隧道施工成為線路施工的重要組成部分，且呈日益增多趨勢，與此同時特長隧道施工帶來的通風問題也愈發嚴重，尤其在不良地質條件下，特長高瓦斯隧道施工的通風問題更為突出[1-2]。在特長高瓦斯隧道施工時，良好的通風系統和通風方案制定是稀釋和排放瓦斯的主要手段，是防止瓦斯事故發生和保護人員身心健康的重要工序，為此，通風技術的應用要同時兼顧隧道施工區段地質條件、消除和降低瓦斯對施工的影響、施工過程的通風安全保障以及通風方案的經濟合理等多方面因素[2-3]。

1" 工程概況

本文以某高鐵線路隧道施工為例，該隧道為斜井施工，斜井全場2 025 m，坡度10%，該段隧道與左線隧道交于D2K97+700里程處。該隧道工區絕對瓦斯涌出量大于3.0 m3/min，按照TB 10120—2019《鐵路瓦斯隧道技術規范》，將隧道工區確定為高瓦斯工區，并按照高瓦斯工區進行施工管理。受高地應力影響，炭質頁、板巖發生了嚴重大變形，約1 000 m，變形段采用加強支護措施后趨于穩定，但對應正洞段落施工后，又加劇了平導的變形，同時，正洞靠近平導側變形嚴重，洞群效應明顯。隧道開挖采用光面爆破技術，有效爆破深度取2.0 m，單位體積巖石炸藥用量取0.85 kg/m3。最大開挖斷面積105 m2，施工采用內燃機械作業，無軌運輸出渣。自卸汽車隧道內設計標準車速為10 km/h，斜井及單車道巷道運輸時，車速為5 km/h。壓入式通風管選用PVC增強塑纖布拉鏈式Φ1.0～1.8 m高強度、抗靜電、阻燃柔性風筒，每節長度20 m，模板臺車至通風機處風筒每節20 m，二襯臺車至掌子面風筒每節10 m，柔性風筒百米漏風率P100取1.0%～2.0%。斜井工區大里程為17.8‰單面上坡，1號泄水洞交叉口與26#左線大里程超前作業面距離5 000 m，自然壓差為89 m。

2" 通風設計

2.1" 通風設計原則

1）遵循鐵路隧道現行有關規程、規范，參考煤礦現行有關規程、規范。

2）設計的隧道施工通風系統安全、穩定、可靠和經濟，各用風地點風量配備應合理，風量、風速、瓦斯及其他有毒、有害氣體濃度應符合要求。

3）盡量采用雙級或多級調速軸流式通風機，選取較大直徑的通風管道。當需要風量大時，采用雙級或多級運轉，通風機以高轉速運行；當需要風量較小時，采用單級運轉，通風機可以較低轉速運行。

4）同一工區配置的通風設備型號、規格不宜過多、過雜，射流風機數量亦不宜過多。

5）根據隧道施工圖設計，施工通風應根據隧道長度、斷面大小、施工方法和施工設備配套等綜合考慮。洞內獨頭掌子面采用獨頭壓入式通風，洞內掌子面退回第二橫通道以后段落采用巷道式通風。

6）堅持“以人為本、改善環境、確保安全、節約能源、節約投資”的設計原則。

2.2" 通風設計標準

通風設計標準主要依據職業健康及安全標準，以及TB 10003—2016《鐵路隧道設計規范》和《煤礦安全規程》等對施工人員新鮮風量需求、防止瓦斯積聚的風速要求等，結合隧道瓦斯含量等實際情況，進行通風設計。確定隧道高瓦斯工區每人供應新鮮空氣不小于4 m /min，采用內燃機械作業時，供風量不應小于4 m3/（min·kW），施工最低風速應大于等于0.30 m/s，防止瓦斯局部積聚的風速不宜小于1 m/s。

2.3" 通風方案選擇

鐵路隧道施工通風方式按照風道的類型和通風機安裝位置，可分為風管式通風和巷道式通風2種類型。在TB 10003—2016《鐵路隧道設計規范》中規定，施工通風方式可根據獨頭通風長度、斷面大小、施工方法、有害氣體濃度和設備條件等采用壓入式、吸出式（抽出式）、巷道式或混合式通風，高瓦斯和瓦斯突出工區宜選用巷道式通風。而對于煤礦井巷施工通風來講，按照主風機的安裝位置可分為抽出式、壓入式、抽壓混合式3種，但在煤礦瓦斯礦井中一般不允許采用壓入式通風方法。綜合隧道和礦山通風技術要求，以及現階段通風系統改造工作量及安全風險等因素，確定隧道施工總體采用“全機械式壓入通風方法”：①主風機通風系統。在1號泄水洞口主風機，左線小里程交叉口處增設風門，右線小里程和泄水洞作為進風巷道，主風機安裝在右線52#橫通道前端形成正壓壓風，提高“平導+右線大里程段”的整體進風量。②局部風機（軸流式）通風方式。在泄水洞主風機通風系統的前提下，根據不同施工階段組織需求，針對性地調整各局部風機位置和風管布置，使其局部風機在新鮮風通道上“直接取風”，而后經風筒供向各施工作業面，隨后污風經各回風通道返回至主通風通道上，后隨主回風系統出洞。③備用通風通道。當隧道主通風機維修保養或故障損壞停風時，應確保施工現場所有施工全部停止并撤離施工人員。

2.4" 通風風量計算

通風風量計算主要基于主風機通風系統單個施工作業面進行計算分析。單個施工作業面風量計算考慮因素主要包括：同時段作業人數風量需求、洞內允許最小風量要求、爆破作業排煙風量、瓦斯治理排放風量需求和內燃機機械風量需求等。

1）按洞內同時工作的最多人數計算風量，同時工作人數N選擇16人，風量備用系數K1=1.2，每人呼吸所需風量q=4 m3/min，按照式（1）進行計算，得到工作面最多人數風量為77 m3/min。

掌子面需風量計算結果取最大值為1 254.6 m3/min（洞內允許最小風速要求計算風量）；綜合考慮躍龍門隧道復雜線型、特長型隧道特點，結合考慮瓦斯隧道備用系數要求，此處計算按照1.25倍取值，故Q=1 254.6×1.25=1 568.25 m3/min。按照掌子面最大需風量1 568.25 m3/min反推計算，隧道風速驗算：獨頭壓入式通風時隧洞內風速為v=Q/L/S=1568.25/60/69.7=0.375 m/s，洞內允許最小風速為0.375 m/s＞0.25 m/s，符合規范要求。

以此對隧道施工不同階段通風需風量進行計算如下：①第二階段（57#—60#外移平導未貫通前）各施工作業面風機吸風量為15 087 m3/min，新鮮風需風量為16 595.7 m3/min；②第三階段（57#—60#外移平導貫通后）各施工作業面風機吸風量為15 090 m3/min，新鮮風需風量為16 599 m3/min；③左線24#—25#區段貫通后，原左線24#大里程的1#通風系統轉至左線26#小里程作業面，調整3#通風系統（左線26#大里程作業面）改移至外移平導58#處風室，經由61#和27#橫通道將新鮮風送入左線26#大里程作業面，各施工作業面風機吸風量為15 027 m3/min，新鮮風需風量為16 529.7 m3/min；④第五階段（左線26#大里程貫通、外移平導大里程貫通后）隧道施工通風作業面減少，通風難度減少；調整1#通風系統到右線60#小里程作業面，調整3#通風系統由左線到右線64#大里程增開作業面。各施工作業面風機吸風量為13 419 m3/min，新鮮風需風量為14 760.9 m3/min。

3" 隧道施工通風設備選型

3.1" 隧道通風系統主風機選型

根據支護形式、施工斷面、斷面凈周長、隧道長度、風量、阻力系數、通風阻力、風速和計劃風量等對隧道施工不同階段通風阻力（主通風回路）進行計算：①第二階段（57#—60#外移平導未貫通前）通風阻力為1 998.324 Pa；②第三階段（57#—60#外移平導貫通后）通風阻力為2 048.808 Pa；③第四階段通風阻力為1 991.088 Pa。按照隧道1號泄水洞口與3號斜井洞口標高差約205.5m（3號斜井洞口標高1 283.002 m-1號泄水洞口標高1 077.456 m=205.546 m），自然風阻為200 Pa。綜上所述，隧道施工最困難時期的風量為 16 529.7 m3/min，摩擦風阻為2 048.808 Pa，自然風阻為200 Pa，總風阻為2 248.808 Pa。通過計算，主風機功率取值在610～690 kW區間，需結合隧道工程實際情況，合理選擇主風機功率，主要通風機的工作阻力為0.029 6，為此主風機選型選擇FBCDZ-12-No.34-2X315 kW。根據各階段施工組織中輔扇風機配置設備參數，一律采用礦用防爆軸流風機（1臺工作、1臺備用）；風筒選用高強度、防爆、抗靜電和阻燃柔性風筒（選用PVC增強塑纖布拉鏈式柔性風筒，具有較大的抗拉強度和較小的伸長率，接頭方式新穎，使用方便，重量輕，易安裝，破損較少，徑向變形小，能有效減少漏風和通風阻力）。

3.2" 隧道交叉口及主要通風匯流處射流風機布設

第二階段：射流風機主要安裝在24#橫通道、58#橫通道及轉外移平導、25#橫通道及59#橫通道與中間平導、26#橫通道及60#橫通道與中間平導交叉口匯流處；本階段射流風機總臺數為7臺。

第三階段：射流風機主要安裝在外移平導與58#、59#、60#、61#橫通道交叉口匯流處；同時24#橫通道、58#橫通道及轉外移平導、25#橫通道及59#橫通道與中間平導、26#橫通道及60#橫通道與中間平導交叉口匯流處。本階段射流風機總臺數為13臺。

第四階段：射流風機主要安裝在外移平導與58#、59#、60#橫通道交叉口匯流處；同時24#橫通道、58#橫通道及轉外移平導、25#橫通道及59#橫通道與中間平導、26#橫通道及60#橫通道與中間平導、61#及27#橫通道、62#及28#橫通道交叉口匯流處。本階段射流風機總臺數為17臺。

第五階段：射流風機主要安裝24#橫通道、58#橫通道、25#橫通道、59#橫通道、26#橫通道、60#橫通道、27#橫通道、28#橫通道、29#橫通道、30#橫通道、62#橫通道、63#橫通道、64#橫通道與左右線交叉口匯流處。本階段射流風機總臺數為14臺。

按照最困難時期通風階段方案測算，射流風機總臺數為17臺。

4" 結束語

為了有效避免因通風系統不完善，導致瓦斯災害影響施工安全，通風系統的設計和通風設備選型、通風方案制定要充分結合瓦斯涌出的實際情況，結合人員、設備應用、各階段通風難易程度等對通風系統進行完善，并且制定嚴格的通風系統監測監控制度，以及瓦斯災害防控體系，強化施工安全防控。

參考文獻：

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[2] 劉江，喻興洪，黃才明，等.特長高瓦斯公路隧道施工通風技術研究[J].公路交通技術，2021，37（2）：101-107.

[3] 何曉東.白云山隧道高瓦斯斜井通風系統優化論證[J].四川建材，2024，50（11）：165-167.