長大隧洞通風(fēng)效果監(jiān)測與分析

馬天昌

(中鐵建大橋工程局集團有限公司, 天津 300308)

長大隧洞通風(fēng)效果監(jiān)測與分析

馬天昌

(中鐵建大橋工程局集團有限公司, 天津 300308)

以錦屏二級水電站引水長大隧洞施工通風(fēng)為背景，運用理論分析及現(xiàn)場監(jiān)測等方法，對長大隧洞通風(fēng)現(xiàn)狀進行了分析，并對通風(fēng)方案優(yōu)化的通風(fēng)效果進行了監(jiān)測。結(jié)果表明，初始階段隧洞身段風(fēng)流速度為0.680 m/s、最小值為0.638 m/s，可以滿足施工人員身體需要，但洞內(nèi)各個地段5種污染物均大大超過了規(guī)范要求范圍，特別是CO和SO2嚴(yán)重超標(biāo)，分別高達51 mg/m3和23 mg/m3，超過允許值，對施工人員身體健康有極大危害。通風(fēng)方案優(yōu)化后，隧洞施工通風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)壓及空氣質(zhì)量基本可以達到施工要求，但通風(fēng)費時仍然較長，建議在局部洞段考慮增設(shè)射流風(fēng)機，以盡最大程度降低污染物濃度。

隧洞工程; 施工通風(fēng); 效果; 監(jiān)測

錦屏二級水電站引水隧洞長達16.67 km，其實際鉆爆法施工獨頭掘進通風(fēng)距離達到了12.5 km，TBM獨頭掘進通風(fēng)距離達7 km，工作面及洞身段通風(fēng)效果難以確定，特別是隨著隧洞掘進的不斷深入，洞身長度增加后，洞身段已經(jīng)出現(xiàn)通風(fēng)不暢、通風(fēng)時間大幅度增加并局部發(fā)生整條隧洞長期處于污染或死風(fēng)，導(dǎo)致施工癱瘓，嚴(yán)重影響工程建設(shè)進度和安全。單條隧洞如此，而整個錦屏工程共有7條特長隧洞，加上檢修、交通及大量的其他輔助隧洞，總長近150 km，其通風(fēng)相互干擾極其嚴(yán)重。

因此，錦屏水電站作為一項如此龐大又復(fù)雜的工程，必須以科學(xué)的通風(fēng)理論作為基礎(chǔ)，并以錦屏水電站現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過計算制定出一套既結(jié)合實際又經(jīng)濟合理的通

風(fēng)方案。在此就隧洞(道)通風(fēng)理論分析與計算以及錦屏隧洞群施工過程通風(fēng)條件進行具體分析與研究，為后續(xù)方案論證與實施奠定必要的基礎(chǔ)。

1 特長隧洞施工通風(fēng)現(xiàn)狀分析

為更好地了解隧洞群前期施工通風(fēng)效果，選擇采用鉆爆法施工的4#引水隧洞通風(fēng)條件較差時洞身段進行局部通風(fēng)參數(shù)和空氣質(zhì)量測試，為后續(xù)通風(fēng)方案研究提供參考。

1.1 風(fēng)速測試結(jié)果與分析

參考通風(fēng)理論[1-2]，指定測試方案并進行測試。爆破后60 min，選擇某個洞身段每隔50 m布置一個測點，每個測點各測試至少10組數(shù)據(jù)，取各組數(shù)據(jù)平均值，測試結(jié)果列于表1。

表1 4#引水洞洞身段風(fēng)速測試結(jié)果

注：測點里程中的“+”表示距離工作面向大里程(下游)及工作面掘進相反方向。

從表1中可知：被測試的洞身段風(fēng)流速度變化不大，其最大值為0.680 m/s，最小值為0.638 m/s，基本上能滿足最低風(fēng)速要求。當(dāng)空氣溫度為15～20℃時，適宜的風(fēng)速應(yīng)小于1.0 m/s，按測試結(jié)果，工作面位置的風(fēng)速適合施工人員身體需要。

1.2 空氣質(zhì)量測試

爆破后60 min的4#洞洞身段空氣質(zhì)量測試結(jié)果見表2。

由表2可以看出，洞內(nèi)主要存有CO、SO2、CO2、NO2以及粉塵等5種污染物，而H2S和CH4基本沒有。污染物沿隧洞軸線濃度變化不大，在各個地段5種污染物均大大超過了規(guī)范要求范圍，特別是CO和SO2嚴(yán)重超標(biāo)，分別高達51 mg/m3和23 mg/m3，超過允許值。此時，施工環(huán)境較差，對施工人員身體健康有極大危害，須盡快采取切實可行的工程對策，以盡最大程度降低污染物濃度。

表2 4#引水洞洞身段爆破后60 min空氣質(zhì)量測試結(jié)果(18℃) mg/m3

2 施工通風(fēng)效果監(jiān)測方法

依據(jù)通風(fēng)技術(shù)及方法[3-5]，監(jiān)測點選擇在工程通風(fēng)的關(guān)鍵點，如工作人員密集區(qū)、施工器械密集區(qū)、進排風(fēng)路與主風(fēng)路交匯點和由其他線路取風(fēng)的引入點等。在此主要對爆破開挖面進行分析，其他不作贅述。

爆破開挖面監(jiān)測位置設(shè)置在距離爆破面25 m處，每隔20 m設(shè)一監(jiān)測點共5個點，如圖1所示。

圖1 爆破開挖面附近監(jiān)測點布置(單位：m)

3 施工通風(fēng)優(yōu)化后的效果監(jiān)測與分析

為了克服通風(fēng)困難，依據(jù)通風(fēng)技術(shù)及理論，對隧洞通風(fēng)參數(shù)計算與風(fēng)機選型進行重新核定。

3.1 風(fēng)速測試結(jié)果與分析

施工通風(fēng)風(fēng)速測試按在距離工作面25 m至105 m近100 m區(qū)域內(nèi)，每隔20 m布置一個測點，每個測點各測試至少10組數(shù)據(jù)，取各組數(shù)據(jù)平均值，測試結(jié)果如表3和如圖2所示。

從表3和圖2中可知：在工作面附近25 m至105 m范圍內(nèi)，離工作面最近的1號測點風(fēng)流速度最小，其值為0.591 m/s；因測點附近布設(shè)了射流風(fēng)機，2號測點風(fēng)流速度。

表3 隧洞爆破工作面風(fēng)速測試結(jié)果

注：測點里程中的“+”表示距離工作面向大里程(下游)及工作面掘進相反方向，后同。

圖2 4#引水洞爆破工作面風(fēng)速

最大，其值高達4.063 m/s；3號測點也受射流風(fēng)機影響，其風(fēng)流速度為3.099 m/s。無論是工作面附近還是遠達100 m的位置，風(fēng)速均大于0.25 m/s，滿足隧洞施工通風(fēng)風(fēng)量要求，由此可以說明射流風(fēng)機在隧洞施工通風(fēng)中起到了至關(guān)重要的作用。值得注意的是，當(dāng)空氣溫度為15～20℃時，適宜的風(fēng)速應(yīng)小于1.0 m/s，按測試結(jié)果，工作面位置的風(fēng)速適合施工人員身體需要，但在射流風(fēng)機附近風(fēng)速過大，人員應(yīng)盡量不靠近風(fēng)機設(shè)備，條件允許時風(fēng)機安裝在隧洞頂部最為合理。

3.2 風(fēng)壓測試結(jié)果與分析

施工通風(fēng)風(fēng)壓與風(fēng)速測試相對應(yīng)，風(fēng)壓測試結(jié)果表4所示。

表4 4#引水洞爆破工作面風(fēng)壓測試結(jié)果 kPa

注：表中序號靠近工作面為1號，風(fēng)流方向為3、2、1。

從表4可知：風(fēng)壓由風(fēng)機通風(fēng)向工作面逐漸減小，在射流風(fēng)機附近風(fēng)壓為2.11 kPa，經(jīng)過80m后到工作面附近時風(fēng)壓減小為0.97 kPa，減小了114%。如果不設(shè)置射流風(fēng)機，風(fēng)壓將會急劇下降，不能滿足施工通風(fēng)的需要。

3.3 空氣質(zhì)量測試結(jié)果與分析

因不同地點和時間的空氣質(zhì)量差異很大，僅在90 min后才滿足施工人員安全要求，隧洞空氣質(zhì)量測試結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，5種污染物部分已滿足規(guī)范要求，其余略有超出規(guī)范要求。5種污染物變化范圍為：CO 30.4～31.6

圖3 4#引水洞爆破工作面爆破后90 min有害氣體測試結(jié)果

mg/m3，SO214.5～15.1 mg/m3，CO244.4～46.7 mg/m3，NO24.86～5.13 mg/m3，粉塵 1.94～2.29 mg/m3。此時，O2含量高于20%滿足人體工作需求，對人體危害最大的CO略微超出30 mg/m3，施工環(huán)境正常。

4 結(jié)論

(1) 長大隧洞(道)通風(fēng)是極其困難的關(guān)鍵問題，必須以科學(xué)的通風(fēng)理論作為基礎(chǔ)，通過計算優(yōu)化出一套既結(jié)合實際又經(jīng)濟合理的通風(fēng)方案才能滿足后續(xù)工程施工要求。

(2) 在施工通風(fēng)方案優(yōu)化后，風(fēng)速、風(fēng)壓及空氣質(zhì)量基本可以達到施工要求，但通風(fēng)時間仍然還需較長，應(yīng)該在局部洞段考慮增設(shè)射流風(fēng)機，并對射流風(fēng)機布設(shè)位置做進一步論證。

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馬天昌(1975～)，男，本科，工程師。

U453.5

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[定稿日期]2015-02-13