隧道施工通風(fēng)和防塵措施研究

【摘 要】以雅康隧道為例，在分析其水文地質(zhì)條件及實(shí)際施工的基礎(chǔ)上，研究隧道施工中通風(fēng)控制條件及施工通風(fēng)計(jì)算，探討其通風(fēng)注意事項(xiàng)、通風(fēng)排煙管理措施和洞內(nèi)防塵。

【關(guān)鍵詞】隧道施工；通風(fēng)；防塵；防護(hù)措施

【Abstract】 In the paper， we take the Yakang tunnel as an example， and analyze the ventilation condition and the construction control calculation， on the basis the hydrogeological conditions and the actual construction. Finally， we explore the ventilation precautions， ventilation and dust control measures in tunnel.

【Keywords】 tunnel construction； ventilation； dust control； protection measure

1 .引言

隧道工程及施工技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)其安全性要求也日益重視。隧道施工中，由于爆破、內(nèi)燃機(jī)械等因素的存在，現(xiàn)場(chǎng)施工人員受到粉塵和噪音等威脅十分嚴(yán)重。因此，加大通風(fēng)除塵措施，降低各種作業(yè)產(chǎn)生的粉塵和有害氣體等意義重大[1、2]。

擬施工隧道位于四川省雅安市境內(nèi)，隧道為雙洞四車(chē)道，采用雙洞單向行車(chē)雙車(chē)道型式（上下行分離），隧道左洞全長(zhǎng)495m，右洞全長(zhǎng)436m。隧道洞身結(jié)構(gòu)按新奧法施工原理設(shè)計(jì)，即以系統(tǒng)錨桿、噴混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼架等組成的初期支護(hù)與二次模筑混凝土相結(jié)合的復(fù)合襯砌型式。施工掘進(jìn)為單向雙洞開(kāi)挖。

2 .水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)構(gòu)造、剝蝕高中山地貌區(qū)。區(qū)內(nèi)地貌多形成高山、峽谷。溝谷多呈“V”型，谷底陡窄，溝床坡降大，水系呈樹(shù)枝狀。區(qū)內(nèi)山脊最高約1450m，溝谷最低約1040m，相對(duì)高差約410m，地形總體變化大。隧道近東西向穿越一山體，總體地形南高北低。隧道整體位于一山體的北面斜坡上，整體坡度50～75°，基巖大部出露，為巖漿巖，坡體植被主要為少量草叢、灌木，基巖局部出露節(jié)理、裂隙較為發(fā)育。

隧址區(qū)地下水主要有松散層孔隙水、巖漿巖裂隙水。松散層孔隙水主要賦存于第四松散堆積層中，接受大氣降水及地表水的補(bǔ)給順地形向溝以及溝下游排泄，并部分補(bǔ)給下伏地下水，具有補(bǔ)給條件差、徑流距離短的特征，地下水不豐富。巖漿巖裂隙水主要賦存于花崗巖的裂隙中，埋藏分布于風(fēng)化帶裂隙和構(gòu)造裂隙中，其富水性和透水性較好。

3 .隧道施工

3.1 施工技術(shù)方案

隧道根據(jù)設(shè)計(jì)襯砌形式不同，采用注漿小導(dǎo)管、藥卷錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐作為初期支護(hù)，40～50cm厚的二次襯砌。

在防護(hù)棚搭設(shè)施工中，重點(diǎn)施工流程及注意事項(xiàng)如下：（1）鋼管及扣件必須附有該產(chǎn)品的生產(chǎn)許可證和產(chǎn)品合格證，并對(duì)進(jìn)場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，取得合格檢驗(yàn)單后方可使用。當(dāng)使用舊鋼管時(shí)，要求其表面銹蝕度不得超過(guò)0.5mm；鋼管彎曲變形在端頭1.5m以?xún)?nèi)不得超過(guò)5mm，立桿彎曲不得超過(guò)12mm，否則就應(yīng)進(jìn)行校正后再使用；發(fā)現(xiàn)有裂縫（或焊接裂縫）須補(bǔ)焊好后再用。禁止使用有裂縫、滑絲、變形的扣件。（2）參加搭設(shè)的工人必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的安全技術(shù)培訓(xùn)，經(jīng)考核合格，持架子工有效特種作業(yè)操作證，經(jīng)體驗(yàn)合格后方可上崗。并在上崗前進(jìn)行安全技術(shù)交義和相關(guān)安全技術(shù)學(xué)習(xí)，使他們?cè)谒枷胍庾R(shí)上重視防護(hù)棚搭拆的危險(xiǎn)性和應(yīng)采取相應(yīng)的安全措施。（3）防護(hù)棚搭設(shè)時(shí)先立立桿，立立桿時(shí)要臨時(shí)固定。臨時(shí)固定方法可設(shè)臨時(shí)斜撐。（4）在安裝扣件時(shí)，所有扣件的開(kāi)口必須向外，以防止閉口縫的螺栓勾掛操作者的衣褲，影響操作安全。（5）防護(hù)棚的橫向受力桿件應(yīng)交叉設(shè)置于立桿的不同側(cè)面，使立桿在受載時(shí)偏心減小。（6）在搭設(shè)防護(hù)棚時(shí)，每完成一步都要及時(shí)校正立桿的垂直度和上下橫桿的標(biāo)高和水平度，使防護(hù)棚的步距、橫距、縱距上下始終保持一致。（7）防護(hù)棚立桿鋼管在2m以上鋼管及橫桿、隔棚、防護(hù)欄桿鋼管用黃黑色油漆涂刷。（8）防護(hù)棚嚴(yán)禁與外腳手架連接。（9）防護(hù)棚的防雷、防電、防火。防雷：防護(hù)棚采用單獨(dú)埋設(shè)接地防雷裝置。具體方法為在防護(hù)棚角部處用L50 * 5角鋼L=1500mm埋入地下，再用-40* 4 扁鋼引出與防護(hù)棚連接。防電：電線不允許直接綁扎在防護(hù)棚上。棚內(nèi)的照明電線、燈具應(yīng)與各金屬管有效絕緣隔離。防火：在防護(hù)棚立桿上設(shè)置一定數(shù)量的滅火器材。

3.2 施工質(zhì)量保障

搭設(shè)質(zhì)量控制包括：立桿的垂直偏差：縱向 ±15mm；橫向±10mm；全部穩(wěn)定后，縱向水平力的沖擊位移 ￡max =10mm；橫向?yàn)?￡max = 30mm；扣件緊固力矩不得低于40N·m，不高于50N·m。并用力矩扳手抽測(cè)。

防護(hù)棚上嚴(yán)禁堆結(jié)荷載。不得以防護(hù)棚為卸料平臺(tái)，堆放周轉(zhuǎn)材料。禁止振動(dòng)設(shè)備及砼泵送管道與防護(hù)棚聯(lián)系。防護(hù)棚驗(yàn)收與保養(yǎng)，防護(hù)棚基礎(chǔ)必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)副經(jīng)理、項(xiàng)目工程師、安全員等聯(lián)合驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行上部防護(hù)棚搭設(shè)。棚架體經(jīng)過(guò)7.1條有關(guān)人員驗(yàn)收合格后當(dāng)場(chǎng)辦理好驗(yàn)收手續(xù)，掛驗(yàn)收合格牌后方可使用。架設(shè)班組長(zhǎng)每周對(duì)防護(hù)棚進(jìn)行檢查和保養(yǎng)。檢查重點(diǎn)是防護(hù)棚的垂直度、基礎(chǔ)、連結(jié)件的數(shù)量、位置、堆荷情況、臨邊的防護(hù)等。發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)消除，并做好檢查和保養(yǎng)記錄。

洞身開(kāi)挖采用自制多功能臺(tái)架人工手持風(fēng)鉆鉆眼，光面爆破或預(yù)裂爆破，裝載機(jī)裝碴自卸汽車(chē)運(yùn)輸[3]。洞口Ⅴ級(jí)圍巖段采用環(huán)狀開(kāi)挖留核心土施工方法，以“短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉、勤量測(cè)”作為本隧道施工的指導(dǎo)方針。開(kāi)挖完成后及時(shí)施做初支鋼架、錨桿和掛網(wǎng)混凝土初期支護(hù)及下循環(huán)超前支護(hù)。

4 .通風(fēng)和防塵措施

4.1 通風(fēng)控制條件

坑道中各因素參數(shù)要求如下：氧氣含量，按體積計(jì)，不得低于20%。粉塵允許濃度，每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg；含有10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物質(zhì)的礦物性和動(dòng)植物性的粉塵為10mg。有害氣體濃度，一氧化碳不大于30mg/m3。當(dāng)施工人員進(jìn)入開(kāi)挖面檢查時(shí)，濃度可為100mg/m3，但必須在30min內(nèi)降至30mg/m3；二氧化碳按體積計(jì)，不超過(guò)0.5%。氮氧化物換算成NO2為5mg/m3以下。隧道內(nèi)氣溫不得超過(guò)28℃。

隧道施工時(shí)，供給每人新鮮空氣量，不應(yīng)低于3m3/min，采用內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)時(shí)，1kw功率的機(jī)械設(shè)備供風(fēng)量不宜小于3m3/min。隧道開(kāi)挖時(shí)全斷面風(fēng)速不應(yīng)小于0.15m/s，坑道內(nèi)不應(yīng)小于0.25m/s。但均不得大于6m/s。

4.2施工通風(fēng)計(jì)算

鉆爆法施工，循環(huán)進(jìn)尺按2.0m，炸藥用量1.3kg/m3，通風(fēng)時(shí)間按30min考慮。鉆爆法施工時(shí)掌子面所需風(fēng)量應(yīng)按洞內(nèi)要求最小風(fēng)速、洞內(nèi)人員需風(fēng)量、一次爆破后30min排除掌子面炮煙所需的風(fēng)量計(jì)算，取其中的最大值為設(shè)計(jì)風(fēng)量?？傋枇轱L(fēng)管段阻力和隧道段阻力相加。風(fēng)管段阻力包括靜壓損失和動(dòng)壓損失；隧道段阻力包括沿程阻力損失、動(dòng)壓損失和局部阻力損失。正洞隧道內(nèi)摩阻系數(shù)為0.02，采用直徑為1.65m的風(fēng)管，管節(jié)100m，百米漏風(fēng)率為1.3%，管道內(nèi)摩阻系數(shù)為0.019；

（1）風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)洞內(nèi)同時(shí)作業(yè)的最多人數(shù)計(jì)算，采用公式：Q1=qmk（m3/min）。式中q-洞內(nèi)每人每分鐘所需新鮮空氣，取3m3/min；m-洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)；k-風(fēng)量備用系數(shù)，取1.15。

另按洞內(nèi)同一時(shí)間爆破使用的最大炸藥量計(jì)算，采用壓入式通風(fēng)計(jì)算：

式中t-通風(fēng)時(shí)間取30min；A-同一時(shí)間起爆總藥量；S-平導(dǎo)斷面面積；L-壓風(fēng)管口至工作面距離，取30m。

按洞內(nèi)允許最小風(fēng)速計(jì)算，采用公式：Q3=60VS（m3/min）。式中V-洞內(nèi)最小允許風(fēng)速m/s，最小允許風(fēng)速為0.15m/s；S-洞室面積。

取以上三種計(jì)算得到的最大通風(fēng)量作為設(shè)計(jì)通風(fēng)量。

（2）漏風(fēng)量及風(fēng)壓計(jì)算

隧道供風(fēng)量Q隧=P·Q，P=（1-β）-L/100。式中P-漏風(fēng)修整系數(shù)；β-百米漏風(fēng)率；L-通風(fēng)管長(zhǎng)度。通風(fēng)總阻力=風(fēng)管段阻力+隧道段阻力。

4.3 通風(fēng)注意事項(xiàng)

壓入式進(jìn)風(fēng)管口或抽出式排風(fēng)管口應(yīng)設(shè)在洞外適當(dāng)位置，并做成煙囪式，防止污染空氣再流入洞內(nèi)。通風(fēng)管靠近工作面的距離，壓入式通風(fēng)管的出風(fēng)口距工作面不宜大于15m。當(dāng)有兩個(gè)以上的通風(fēng)系統(tǒng)相互交錯(cuò)，通風(fēng)時(shí)，要在橫通道、豎井等部位布置風(fēng)門(mén)，防止新鮮風(fēng)與污風(fēng)的混流。通風(fēng)機(jī)應(yīng)裝有保險(xiǎn)裝置，發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)停機(jī)。通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)定期測(cè)定通風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓，檢查通風(fēng)設(shè)備的供風(fēng)能力和動(dòng)力消耗并做好記錄。如通風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)事故或洞內(nèi)通風(fēng)受阻，作業(yè)條件太差，所有人員應(yīng)撤離現(xiàn)場(chǎng)，在通風(fēng)系統(tǒng)未恢復(fù)正常工作和經(jīng)全面檢查確認(rèn)洞內(nèi)已無(wú)有害氣體之前，不得進(jìn)入洞內(nèi)。采用機(jī)械通風(fēng)，施工場(chǎng)所的噪聲不得超過(guò)90分貝，如有超出，第一，檢查風(fēng)機(jī)消聲器的工作性能，第二，改裝或增設(shè)消聲器。風(fēng)管安裝順直、嚴(yán)密；風(fēng)管的聯(lián)結(jié)采用密封法蘭盤(pán)接頭，橡膠墊板，擰緊，盡最大努力防漏降阻。

4.4 通風(fēng)排煙管理措施

設(shè)立通風(fēng)排煙作業(yè)班組，作業(yè)人員實(shí)行通風(fēng)排煙值班。風(fēng)管安裝做到平、直、穩(wěn)、緊，且不漏風(fēng)。風(fēng)管轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)不小于風(fēng)管直徑的3倍，風(fēng)機(jī)及風(fēng)管必須隨掘進(jìn)而延伸。通風(fēng)機(jī)安裝牢固，通風(fēng)方向與管道方向基本一致，盡量增大每節(jié)風(fēng)管的長(zhǎng)度以減少風(fēng)管接頭。出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)維修，保證通風(fēng)效果。作業(yè)面爆破前，做好對(duì)風(fēng)機(jī)及風(fēng)管防護(hù)，爆破后由專(zhuān)職人員攜帶防毒面具進(jìn)入拆除防護(hù)及延伸送風(fēng)管，確保送風(fēng)管出風(fēng)口到掌子面距離少于30m，同時(shí)盡快開(kāi)啟送、排風(fēng)機(jī)，達(dá)到加速排煙的目的。當(dāng)開(kāi)挖與砼澆注或開(kāi)挖與噴射砼平行作業(yè)時(shí)，通過(guò)澆注砼或噴射砼處的風(fēng)管應(yīng)換接臨時(shí)風(fēng)管以保證向開(kāi)挖面和砼工作面的順利通風(fēng)。

4.5 洞內(nèi)防塵

洞內(nèi)防塵的基本原則采用濕式鑿巖和濕噴砼工藝，水幕降塵和個(gè)人防護(hù)相結(jié)合。噴霧降塵：放炮后，利用爆破沖擊波啟動(dòng)噴霧器，采用風(fēng)水噴霧器，對(duì)掌子面噴霧降塵。水幕降塵：在掌子面30m處設(shè)一臺(tái)光電控制自動(dòng)水幕降塵器，對(duì)掌子面開(kāi)挖范圍封閉降塵并凈化空氣。光電控制自動(dòng)水幕的構(gòu)造見(jiàn)圖1，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

噴射砼規(guī)范控制風(fēng)壓，一般控制在0.15Mpa以?xún)?nèi)。在噴射砼工作面設(shè)局部風(fēng)機(jī)和集塵儀。個(gè)人防護(hù)，掘進(jìn)、裝碴及其它輔助作業(yè)工人佩帶防塵口罩。噴射砼工作人員佩帶附有凈化器和呼吸器的出碴防塵；水洗巖幫，放炮后出碴前，用水槍在掘進(jìn)工作面自里向外逐步洗刷隧洞頂板及兩幫。水槍距工作面15～20m處，水壓一般為0.3～0.5MPa。裝碴灑水，在裝碴前及裝碴時(shí)，向碴堆不斷灑水，直到石碴濕透。對(duì)干燥的石碴，其灑水量可取4～8L/m3；如果石碴濕度大，可以少灑水或不灑水。噴砼防塵，采用濕噴工藝，填加粘稠劑、速凝劑等外加劑，也可加入合成纖維降低回彈率。嚴(yán)格按照噴防塵安全帽。

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作者簡(jiǎn)介：程鵬飛，男，1978.02，滿(mǎn)，河北，本科畢業(yè)，工程師，路橋工程中交第四公路工程局有限公司，北京市， 100123

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