公路隧道單向掘進4.4km通風技術(shù)

李圣國（中國鐵建港航局集團路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

公路隧道單向掘進4.4km通風技術(shù)

李圣國
（中國鐵建港航局集團路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

本文以黃竹山隧道進口為例，通過科學計算及分析，制定出經(jīng)濟合理的隧道通風方案，取得了較好的通風效果，對以后的長大隧道通風有借鑒意義。

隧道；單向掘進；通風技術(shù)

在隧道施工中，會產(chǎn)生各種有害物質(zhì)，人員和設備需要在良好的空氣環(huán)境中才能正常工作，因此在隧道施工中必須采用通風向洞內(nèi)源源不斷地供給一定量的新鮮空氣。良好的通風是安全生產(chǎn)的前提，也對加快工程進度﹑確保工程質(zhì)量起著重要作用。我單位承擔的單向掘進4.4公里黃竹山隧道通風技術(shù)可以借鑒。

1 工程概況

京臺高速公路黃竹山隧道位于寧德﹑福州市交界處，為左右線分離式特長隧道，全長8668.4km。通風斜井設在福州境內(nèi)出口段，寧德境內(nèi)進口段4.4km的隧道無通風斜井，采用單向掘進，工期緊，施工組織難度較大，全線的控制性工程之一。隧道內(nèi)通風距離長，難度大，為了改善洞內(nèi)工作環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率，保證洞內(nèi)人員的身體健康，解決好隧道的通風是關(guān)鍵。

2 通風方案

2.1通風總體方案的確定

通風方案根據(jù)獨頭掘進通風長度﹑斷面大小﹑施工方法﹑施工設備的配置進行設計，在滿足施工通風需要的前提下，考慮通風系統(tǒng)的投入及營運經(jīng)濟合理，制定了分階段采用壓入式﹑巷道式﹑射流風機輔助的混合式通風方案，該方案隨著洞身的延長，階段性通風系統(tǒng)施做比較簡單，分階段投入通風設備，風管投入少，維修量小，對施工生產(chǎn)影響小，且通風耗能相比其他方案少。

2.2通風設計標準

隧道內(nèi)施工作業(yè)段的空氣必須符合國家標準：

粉塵濃度：每 立方米空氣含有 10%以上游離二氧化硅的粉塵為 2mg；含10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg，不含有害物質(zhì)的礦性和動植物性的粉塵為 10mg。

有害氣體濃度： 通風后保證洞內(nèi)氣溫不得高于28℃﹑一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）濃度分別降到30mg/m3和15mg/m3以下。

2.3 通風計算

黃竹山隧道掘進采用鉆爆法，出渣采用無軌運輸，洞內(nèi)施工作業(yè)人員最多80人，每個洞內(nèi)作業(yè)機械配備1臺挖掘機﹑2臺裝載機﹑8臺洞渣運輸車，3臺混凝土運輸車，洞內(nèi)施工所需通風量根據(jù)洞內(nèi)同時工作的最多工作人員所需空氣量﹑或使同一時間爆破產(chǎn)生的有害氣體降低到允許濃度所需的空氣量﹑或內(nèi)燃機施工產(chǎn)生的有害氣體降低到允許濃度所需的空氣量﹑或滿足洞內(nèi)最小風速要求等條件進行計算確定，以其中最大者選擇通風設備。

（1）按洞內(nèi)最小風速所需風量Q1

按公路隧道施工技術(shù)規(guī)范要求取最小風速為0.15m/s

Q1=0.15×84.4×60=759.6m3

（2）按洞內(nèi)最多工作人員所需風量Q2

每人所需新鮮空氣為4m3/min

Q2=80×4=320 m3

（3）按稀釋爆破炮煙所需風量Q3

Q3=19/t×（G×L×A）1/2=1123.8 m3

式中t為排煙時間，G為爆破炸藥用量，L為工作面至炮煙稀釋至允許濃度的臨界距離，一般為100m，A為開挖斷面面積。

（4）按稀釋內(nèi)燃機機械產(chǎn)生有害氣體所需風量Q4

每個洞內(nèi)同時作業(yè)的機械為裝載機 二臺（2×155kW），運 輸車4臺（4×96kW），總功率為694kW，每分鐘所需風量為：

Q4=694×3.0=2082m3

通過計算，稀釋內(nèi)燃機機械產(chǎn)生有害氣體所需風量Q4最大，因此稀釋內(nèi)燃機機械產(chǎn)生有害氣體所需風量 Q4=2082 m3作為風管的末端風量。

（5）風壓計算

h總阻= h摩+ h局式中：h總阻——風流受到的總阻力；

據(jù)此，h總阻= h摩+ h局=5153Pa。

2.4 通風設備配置

考慮漏風因素，通風機的供風量要大于Q=1.05×2082=2186m3，黃竹山隧道每個洞口配備1臺SDF（C）-NQ12.5型軸流通風機，其電機功率為2×110kW，風量為1555～2930m3/min，全風壓為1380～5360Pa，配?1.5m風管，滿足通風需要。根據(jù)不同的通風階段調(diào)整風機布置，并增加射流風機通過壓入和吸出形成混合式通風。

2.5通風方案的組織實施

本隧道在寧德境未設置通風斜井，施工獨頭掘進長度達4400m，獨頭通風距離達4400m，洞內(nèi)采用無軌運輸，本隧道的主要污染源是爆破產(chǎn)生的炮煙和內(nèi)燃機產(chǎn)生的廢氣。由于供風距離太長，共分三個階段進行，開挖深度在1500m范圍為通風第一階段，開挖深度在1500～3000m范圍為通風第二階段，開挖深度在3000～4400m范圍為第三階段。

第一階段（開挖深度在1500m范圍內(nèi)）：在施工前期，在隧道左右線進口各布置1臺SDF（C）-NQ12.5軸流風機，配置Φ1.5m軟風管，進行單機單管壓入式通風，新鮮空氣經(jīng)風機和風管進入開挖面，污風沿洞身排出洞外，左右洞之間的橫洞均采用風門進行封閉，防止左右洞之間串風，保證左右洞形成獨立的通風系統(tǒng)。

第二階段（開挖深度在1500～3000m）：當開挖達到1500m時，將洞口兩臺軸流式2臺風機均移至右洞1400m處，其中一臺風機的風管通過yk95+866處車行橫洞延伸至左洞掌子面附近，為左洞通風，一臺風機的風管延伸至右洞掌子面附近，為右洞通風。左右洞之間的橫洞除yk95+866和yk96+123外，均采用風門進行封閉，形成巷道式通風格局，防止左右洞污風循環(huán)。右洞距洞口700m除設置一臺射流風機，將洞外新鮮空氣抽進洞內(nèi)，通過軸流風機壓入到掌子面，因此右洞為新鮮空氣進氣通道，在yk96+123橫洞處設置一臺射流風機，將右洞的污風抽至左洞，左洞每500m設置一臺射流風機，將污風加快排出洞外，因此左洞為污風排除通道。具體布置如圖1所示。

第三階段（開挖深度在3000～4400m）：當開挖達到3000m時，將右洞的兩臺軸流式風機均移至右洞2800m處，其中一臺風機的風管通過yk97+371處車行橫洞延伸至左洞掌子面附近，為左洞通風，一臺風機的風管延伸至右洞掌子面附近，為右洞通風。左右洞之間的橫洞除yk97+329和yk97+371外，均采用風門進行封閉，形成巷道式通風格局，防止左右洞污風循環(huán)。右洞從洞口每700m設置一臺射流風機，將洞外新鮮空氣抽進洞內(nèi)，通過軸流風機壓入到掌子面，因此右洞為新鮮空氣進氣通道，在yk97+329橫洞處設置一臺射流風機，將右洞的污風抽至左洞，左洞每500m設置一臺射流風機，將污風加快排出洞外，因此左洞為污風排除通道。具體布置如圖2所示。

圖1 黃竹山隧道第二階段通風布置示意圖

3 通風管理

（1）為了保證通風系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，設立了通風管理小組，進行通風管理值班，確保按要求通風及關(guān)閉有關(guān)風門，防止漏風﹑竄風。

（2）管理小組人員必須定期檢修風機，及時發(fā)現(xiàn)和解決故障，保證風機正常運轉(zhuǎn)。加強日常通風檢測，保證足夠的風量和風壓，并且要愛護通風管路，避免對通風管路的破壞，降低漏風率。

（3）風管應采用新型軟管，它具有防水﹑阻燃﹑抗靜電性能。風管吊掛必須做到平﹑直﹑穩(wěn)﹑緊，確保在水平面上無彎曲，風管無褶皺，無扭曲。進風洞的路面要灑水降塵，避免路面揚塵污染空氣。

（4）提前計劃通風機用電，與隧道施工風﹑水﹑電供應統(tǒng)籌規(guī)劃，以免后期電能不足，通風機不能正常工作。

（5）在第二和第三通風階段，施工人員由右洞進出作業(yè)面，確保身心健康，施工機械車輛配備空氣凈化器，從左洞進出工作面，右洞的出渣車等通過車行橫洞在左洞進出，嚴禁施工機械車輛從右洞進出，污染新鮮空氣。

圖2 黃竹山隧道第三階段通風布置示意圖

4 效益分析

4.1 社會效益

黃竹山隧道獨頭掘進長度達4400m，是京臺高速公路全線的控制性工程之一，通過解決通風難題，提高了勞動生產(chǎn)率，隧道掘進速度超過220m/月，為京臺高速公路按期通車奠定了基礎(chǔ)，良好的通風效果和施工進度獲得當?shù)卣蜆I(yè)主的好評，為企業(yè)贏得榮譽。

4.2 經(jīng)濟效益

通風費用主要有設備購置費﹑電費和管理費構(gòu)成，與通風布置方案﹑設備選型和管理模式直接相關(guān)。黃竹山隧道的通風分三個階段實施，設備購置上統(tǒng)籌考慮，選用通風效果好﹑能耗低的設備，節(jié)省能源，提高經(jīng)濟效益，節(jié)省資金115萬元。另外通過提高通風效果，縮短開挖作業(yè)時間帶來的經(jīng)濟效益更可觀。

結(jié)語

針對黃竹山隧道獨頭掘進距離長，通風困難的特點，利用左﹑右洞平行施工，且左右洞有橫洞相連的條件，分3個階段采用壓入式﹑巷道式加射流風機的通風方案，解決了長距離通風的難題，改善了洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，保證了施工人員的身心健康，加快了施工進度，受到各方的好評，為今后相似隧道通風提供借鑒。

[1]賴滌泉．隧道施工通風與防塵[M]．北京：中國鐵道出版社，1994．

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