簡析高原高海拔地區(qū)特長公路隧道施工的通風(fēng)技術(shù)

摘 要：隧道通風(fēng)是公路隧道施工建設(shè)中的必要環(huán)節(jié)，它對工程建設(shè)的順利展開、對施工人員的健康與安全來說有著重要的意義。高原高海拔地區(qū)有著異于平原地區(qū)的氣候條件與施工環(huán)境，因此該地區(qū)特長公路隧道施工對技術(shù)水平的要求極高，文中將對通風(fēng)技術(shù)在高原高海拔地區(qū)特長公路隧道施工中應(yīng)用的意義進(jìn)行闡述，并對施工中通風(fēng)面臨的問題以及通風(fēng)技術(shù)的選擇情況進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：高原 高海拔地區(qū) 特長公路 隧道施工 通風(fēng)技術(shù)

高原高海拔地區(qū)空氣稀薄，在隧道中展開施工工作，很容易出現(xiàn)氣壓低、缺氧等情況，影響工程施工的進(jìn)度以及施工人員的健康與安全，因此需對隧道施工中的通風(fēng)情況予以關(guān)注，根據(jù)工程施工建設(shè)的狀況選擇合適的通風(fēng)技術(shù)，保證隧道內(nèi)空氣的流暢。高原特長公路隧道施工中的通風(fēng)技術(shù)選擇需考慮多方面的因素，對這一問題的探究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、通風(fēng)技術(shù)在高原地區(qū)特長公路隧道施工中應(yīng)用的意義

利用技術(shù)保證隧道內(nèi)的通風(fēng)有利于創(chuàng)設(shè)良好的施工環(huán)境，保證施工人員有充足的氧氣支持，使隧道內(nèi)部的濕度與溫度都能夠控制在適宜的范圍內(nèi)，同時(shí)能夠保證隧道內(nèi)粉塵與有害氣體的排出，因此通風(fēng)技術(shù)的選擇是十分重要的。

1.改善隧道內(nèi)的氣候條件。與平原相比，高原高海波地區(qū)的氧體積濃度是一致的，均可達(dá)到20.93%，但是高原地區(qū)的大氣壓較低且空氣密度較小，因此氧氣含量也相對較低。以汶馬高速鷓鴣山隧道為例，該地區(qū)的空氣中的氧氣含量僅能夠達(dá)到平原地區(qū)的65%左右。另外，該地區(qū)的氣候與濕度都與平原存在較大的差異，其西北部的年平均氣溫在0.8℃到4.3℃范圍內(nèi)，山原地的年平均氣溫在5.6℃到8.9℃范圍內(nèi)，而高山峽谷地帶則年均溫則為6.3℃，且鷓鴣山地區(qū)是雪災(zāi)、冰雹等自然災(zāi)害的多發(fā)地，在這種環(huán)境下進(jìn)行隧道施工，施工人員將會面臨生理上的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此必須利用通風(fēng)技術(shù)對隧道內(nèi)的環(huán)境予以改善，盡量將隧道的溫度控制在15℃到20℃之間，將濕度控制在50%到60%之間。除此之外，還應(yīng)當(dāng)對風(fēng)速予以管控，如果風(fēng)速較快，隧道內(nèi)將出現(xiàn)粉塵飛揚(yáng)的情況；如果風(fēng)速較慢，那么隧道內(nèi)就會積聚大量的有害氣體，同時(shí)設(shè)備也很難進(jìn)行散熱。在通風(fēng)管理中，主要是對隧道內(nèi)的溫度與風(fēng)速進(jìn)行控制，而濕度的控制難度相對較大。

2.減少對隧道內(nèi)的粉塵與有害氣體。隧道內(nèi)施工需要用到內(nèi)燃設(shè)備與爆破設(shè)備，因而內(nèi)部的有害氣體含量必然有所增加，加上隧道內(nèi)的空氣中的氧氣含量較低，施工人員的健康將會受到嚴(yán)重的影響，通過合理的通風(fēng)，隧道內(nèi)的粉塵與有害氣體將得到稀釋并有可能及時(shí)排出，從而減少對施工人員的影響。如表1所示為我國對施工中CO氣體濃度的控制標(biāo)準(zhǔn)，由此可見高原隧道施工對通風(fēng)技術(shù)的要求是極高的。

二、高原高海拔地區(qū)特長公路隧道施工通風(fēng)面臨的問題

高原地區(qū)的施工條件相對較差，氣壓低、空氣中氧含量低，通風(fēng)效能低，尤其高寒地區(qū)還面臨著風(fēng)雪的影響。在這種情況下，施工人員與機(jī)械設(shè)備都將面臨極大的調(diào)整，施工人員的自身機(jī)能可能無法適應(yīng)惡劣的自然環(huán)境，而機(jī)械設(shè)備則很容易出現(xiàn)效能下降，效率降低等情況，施工的進(jìn)度與質(zhì)量都將受到極大的影響。要想保證通風(fēng)效果就必須在隧道內(nèi)設(shè)置大直徑的風(fēng)管，在公路隧道在建設(shè)中的設(shè)備與空間都是有限的，因此通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用面臨一定的問題。以鷓鴣山隧道為例，該隧道全長超過8900米，獨(dú)頭掘進(jìn)最大距離達(dá)到4500米，未設(shè)置斜井，且隧道出口端出現(xiàn)了瓦斯。由于隧道長度較長，且空間有限無法在內(nèi)部設(shè)置較多的風(fēng)管，通風(fēng)工作面臨較多的問題。

三、高原高海拔地區(qū)特長公路隧道施工通風(fēng)技術(shù)的選擇

1.選擇原則。在選擇通風(fēng)技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循三個(gè)原則，第一，在選擇時(shí)需對通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化比較，利用擠壓理論等知識對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，保證通風(fēng)的效果能夠符合隧道施工的實(shí)際需求；第二，為了簡化檢修過程，提高隧道通風(fēng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性與適用性，應(yīng)當(dāng)盡量使用同一品種、同一型號的國產(chǎn)通風(fēng)設(shè)備，保證設(shè)備能夠適應(yīng)我國高原地區(qū)隧道施工的需求，風(fēng)機(jī)的型號與種類不宜過多，否則會對通風(fēng)系統(tǒng)的檢修工作帶來困難；第三，在設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意分析低氣壓可能對系統(tǒng)造成的不良影響，并意識的采取措施進(jìn)行防范。以風(fēng)機(jī)的選擇為例，設(shè)風(fēng)機(jī)的理論全壓值為P（Pa）；風(fēng)機(jī)風(fēng)量為Q；空氣密度為ρ（kg/m3）；氣流圓周速度為u（m/s）；圓周速度這一方向上風(fēng)機(jī)葉道出、入口位置的氣流絕對速度的投影分別為C1u、C2u（kg/s）；熱力學(xué)溫度為T（K）；相對濕度為Φ（%）；飽和水蒸汽的實(shí)際壓力值為Ps（Pa）；葉輪外徑為D（m）；輪轂外徑為d（m）；平均軸向速度為Ca。綜合考慮氣壓、海拔、風(fēng)雪、氣溫等綜合因素，可得出以下公式：

從三個(gè)公式可以發(fā)現(xiàn)，高原的氣候條件會對風(fēng)機(jī)風(fēng)壓造成較大的影響，高原高海拔地區(qū)的排風(fēng)量不足標(biāo)準(zhǔn)排風(fēng)量的70%，即使對葉片的角度予以調(diào)整或者對葉片進(jìn)行更新，排風(fēng)量也無明顯的變化，為了提高排風(fēng)效果，應(yīng)當(dāng)利用先進(jìn)的技術(shù)對風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)予以改造。

2.通風(fēng)技術(shù)比較。隧道通風(fēng)的形式可分為自然式、機(jī)械式與混合式三種，其中自然式通風(fēng)又包含斜井通風(fēng)與豎井通風(fēng)兩種；而機(jī)械通風(fēng)則包括巷道式、壓入式以及抽出式三種，首先是巷道式通風(fēng)，這種通風(fēng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于對能源資源的消耗較小，通風(fēng)能力相對較強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各種類型的隧道施工，施工過程中隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量相對較好，能夠?yàn)槭┕ぬ峁┝己玫臈l件，但是為了保證通風(fēng)的順暢需在隧道內(nèi)設(shè)置回風(fēng)巷或?qū)Э?，通風(fēng)中需要的設(shè)備較多、類型交雜，這會對管理造成一定的困難；其次是壓入式通風(fēng)，這種通風(fēng)技術(shù)具有普適性，其應(yīng)用極為廣泛，所需的設(shè)備較少，但是在單頭掘進(jìn)距離超過2000m的高原地區(qū)，該通風(fēng)設(shè)備的效率將會有所下降，此時(shí)其通風(fēng)質(zhì)量也無法得到較好的保證；最后是抽出式通風(fēng)，這種通風(fēng)形式無需風(fēng)門，因此便于風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸，在風(fēng)機(jī)的作用下，洞內(nèi)會產(chǎn)生負(fù)壓，繼而將洞內(nèi)的空氣抽走，使空氣可以流通，但是與壓入式相比，該通風(fēng)方式的排污效果較差、機(jī)械效率低，而且可能出現(xiàn)漏風(fēng)的情況，如果風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)不合理，還有可能使隧道內(nèi)部呈現(xiàn)低氣壓的狀態(tài)，進(jìn)一步降低空氣中的氧氣含量，影響施工效果。

總的來說，單獨(dú)采用一種方式進(jìn)行通風(fēng)其效果均不理想，在實(shí)際的施工建設(shè)中應(yīng)當(dāng)將三種通風(fēng)方式進(jìn)行綜合運(yùn)用，并根據(jù)施工的實(shí)際情況對通風(fēng)方式予以調(diào)整。另外，高海拔地區(qū)一般具有高寒的特征，冬季施工時(shí)設(shè)備很容易出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，這種情況會干擾設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)斐砂踩[患，因此冬季施工時(shí)應(yīng)當(dāng)利用空氣預(yù)熱技術(shù)對隧道口的空氣進(jìn)行預(yù)熱，使其溫度能夠超過2℃，然后再開啟通風(fēng)設(shè)備。

鷓鴣山隧道在施工中綜合運(yùn)用了多種方式進(jìn)行通風(fēng)，進(jìn)洞1300米前的位置采用獨(dú)頭壓入式通風(fēng)，進(jìn)洞1300米后，主要采用了巷道式進(jìn)行通風(fēng)。在洞內(nèi)車行橫通道中安設(shè)主要通風(fēng)機(jī)抽出式通風(fēng)，促使左、右洞形成一定的風(fēng)壓差，由左洞進(jìn)風(fēng)，右洞回風(fēng)，形成巷道式通風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流由左洞引至車行橫通道附近，在進(jìn)風(fēng)側(cè)安設(shè)2臺局部通風(fēng)機(jī)分別接柔性風(fēng)筒壓入至左洞、右洞掌子面，主要通風(fēng)機(jī)抽吸左洞風(fēng)流，左洞污風(fēng)經(jīng)車行橫通道引至右洞，右洞污風(fēng)直接排出地表。必要時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況增加射流風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)。

四、結(jié)語

隧道通風(fēng)是高原特長公路隧道施工中的重要內(nèi)容，施工人員與設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對這一問題予以關(guān)注。良好的通風(fēng)能夠改善施工條件，減少隧道內(nèi)的粉塵與有害氣體，將隧道內(nèi)的濕度與溫度控制在合理的范圍內(nèi)，提高施工效率、質(zhì)量以及安全性。如何利用有效的空間設(shè)置多個(gè)風(fēng)管和減小風(fēng)量在風(fēng)管中的損失，達(dá)到最佳通風(fēng)效果是施工設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的關(guān)鍵性問題，在實(shí)際的施工中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程的實(shí)際情況綜合多種通風(fēng)方式提高隧道內(nèi)的通風(fēng)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]路仕洋.當(dāng)金山特長隧道設(shè)計(jì)方案研究[J].隧道建設(shè)，2014（05）.

[2]劉赟.淺談高原高海拔地區(qū)特長公路隧道施工通風(fēng)技術(shù)[J].西南公路，2014（02）.

[3]李永，張立忠.高原特長隧道混合接力通風(fēng)技術(shù)[J].中國公路，2014（19）.

[4]龔懷明.淺述高原特長隧道施工通風(fēng)技術(shù)方案[J].科技風(fēng)，2012（05）.