隧道與地下工程施工通風(fēng)特性及關(guān)鍵技術(shù)研究

張永宏

（中交第一公路工程局有限公司， 北京 100024）

1 地下工程施工通風(fēng)影響參數(shù)

（1）通風(fēng)動(dòng)力參數(shù)

風(fēng)機(jī)參數(shù)涵蓋了風(fēng)機(jī)型號(hào)、電機(jī)功率、反風(fēng)方法、反風(fēng)率等；風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)涵蓋了風(fēng)機(jī)啟動(dòng)停止、調(diào)節(jié)、電機(jī)功率、風(fēng)壓等。局部通風(fēng)機(jī)參數(shù)和軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)之間并沒(méi)有明顯的差異，有效射程、吸程也在其內(nèi)[1]。

（2）洞室參數(shù)

涵蓋了:洞室開挖的規(guī)模及形狀、洞室開挖斷面尺寸、洞室挖掘的實(shí)際長(zhǎng)度、洞室挖掘的尺寸等。

（3）爆破參數(shù)

涵蓋了單位炸藥消耗量、超鉆系數(shù)、炮眼鉆孔排距、鉆孔孔距等。

（4）機(jī)械設(shè)備參數(shù)

對(duì)通風(fēng)造成影響的設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)如下：洞內(nèi)裝載機(jī)、挖掘機(jī)、臺(tái)車等的數(shù)量及具體型號(hào)。

（5）通風(fēng)布置參數(shù)

通風(fēng)規(guī)劃中風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、通風(fēng)道的實(shí)際布設(shè)狀況。

（6）風(fēng)流品質(zhì)參數(shù)

地下項(xiàng)目作業(yè)通風(fēng)風(fēng)流等級(jí)包括施工人員的人體熱舒適性及地下洞室內(nèi)空氣質(zhì)量等。

（7）需風(fēng)量影響參數(shù)

①洞室內(nèi)施工作業(yè)人員所需風(fēng)量

一般來(lái)說(shuō)，能夠基于公式（1）來(lái)分析地下項(xiàng)目的實(shí)際需風(fēng)量。

②地下洞室內(nèi)爆破排煙所需風(fēng)量

壓入式通風(fēng)需風(fēng)量計(jì)算見(jiàn)式（2）。

混合式通風(fēng)需風(fēng)量計(jì)算見(jiàn)式（3）。

式（3）中：Qb-地下洞室內(nèi)爆破排煙所需風(fēng)量，m3/min；A-同時(shí)爆破炸藥用量，kg；t-通風(fēng)時(shí)間，min。

爆破掌子面后，將洞內(nèi)有害氣體稀釋到規(guī)定濃度范圍的時(shí)間是15～30min，并且運(yùn)用獨(dú)頭壓入式的通風(fēng)手段，L是隧洞長(zhǎng)度，Lk是有效射程。假如L＜Lk，取L；假如L＞Lk，取Lk ，Lk=400A/l。

③對(duì)洞內(nèi)施工設(shè)備排出廢氣進(jìn)行稀釋所需風(fēng)量

對(duì)洞內(nèi)施工設(shè)備排出廢氣進(jìn)行稀釋所需風(fēng)量計(jì)算見(jiàn)式（4）。

式（4）中：Qg-稀釋內(nèi)燃機(jī)排煙需風(fēng)量，m3/min；m -單位功率通風(fēng)計(jì)算系數(shù)，即單位時(shí)間范圍內(nèi)單位功率需風(fēng)量；洞內(nèi)計(jì)算區(qū)域施工設(shè)施總功率；高程修正系數(shù)。

④洞內(nèi)最小風(fēng)速需風(fēng)量

洞內(nèi)最小風(fēng)速需風(fēng)量計(jì)算見(jiàn)式（5）。

式（5）中得到地下洞室內(nèi)最小風(fēng)速時(shí)的實(shí)際需風(fēng)量，m3/min地下洞室內(nèi)最小允許風(fēng)速，洞室開挖斷面是其影響因素，全斷面隧道一定要＞0.15 m/s，并且在分步挖掘的條件下，并且挖掘小斷面導(dǎo)洞時(shí)，一定要控制洞內(nèi)風(fēng)速＞0.25m/s，但6m/s是其最大值；-隧洞最大橫斷面面積，m2。

2 工程概況

張家口到呼和浩特鐵路華北北部境內(nèi)，呈東西走向。線路東起河北省張家口市張家口南站，經(jīng)河北省萬(wàn)全縣、懷安縣、尚義縣后進(jìn)入內(nèi)蒙古自治區(qū)，經(jīng)烏蘭察布市興和縣、察哈爾右翼前旗、集寧區(qū)、卓資縣，西迄于呼和浩特市呼和浩特東站。

項(xiàng)目部承擔(dān)施工的區(qū)段為ZHZQ-5標(biāo)段一分部，新建張家口至呼和浩特鐵路站前工程ZHZQ-5合同段一分部，起始地點(diǎn)是集寧新區(qū)6間房村，和ZHZQ-4合同段在DK167+550連接，之后經(jīng)察哈爾右翼前旗止于卓資山縣蘆家卜子村，樁號(hào)DK179+950，路線長(zhǎng)度達(dá)到12.4km。

3 施工通風(fēng)技術(shù)

3.1 施工通風(fēng)控制條件

隧道內(nèi)氧氣含量：根據(jù)體積進(jìn)行計(jì)算，一定要控制在20%以上；

（1）粉塵允許濃度范圍：空氣中含有＞10%的游離二氧化硅粉塵是2mg/m3；＜10%的游離SiO2的水泥粉塵是6mg/m3；并且SiO2≤10%，無(wú)毒物質(zhì)的礦物性及動(dòng)植物性粉塵是10mg；

（2）有害氣體濃度：CO1≥30mg/m3。假如，施工人員開始檢測(cè)開挖面，濃度就為100mg/m3，可是一定要在30min以內(nèi)降低到30mg/m3；

CO2：根據(jù)體積進(jìn)行計(jì)算，＜0.5%；

氮氧化物換算為NO2，＜5mg/m3；

隧道內(nèi)溫度控制在28℃以下；

隧道開挖之前，供給每個(gè)施工人員的空氣量，一定要＞3m3/min；

隧道挖掘的過(guò)程中，全斷面風(fēng)速一定要控制在0.15m/s以上，并且坑道內(nèi)應(yīng)該控制在0.25m/s以上。可是一定要≤6m/s。

3.2 風(fēng)機(jī)選擇

基于上述通風(fēng)把控條件來(lái)對(duì)所需風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行計(jì)算，并且運(yùn)用最佳的通風(fēng)方式及風(fēng)機(jī)。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)風(fēng)管選擇規(guī)格為φ1.5m的拉鏈?zhǔn)杰浌埽軌蛞勒账@得的計(jì)算結(jié)果，運(yùn)用最合適的風(fēng)管直徑。

3.3 通風(fēng)注意事項(xiàng)

（1）通風(fēng)管和工作面之間的直線距離：獨(dú)頭壓入式通風(fēng)管的出風(fēng)口和工作面之間的直線應(yīng)該＜15m[2]。

（2）通風(fēng)機(jī)要安設(shè)保險(xiǎn)設(shè)備，加入出現(xiàn)故障實(shí)踐，就會(huì)自動(dòng)觸發(fā)停機(jī)程序。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)一定要針對(duì)通風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且監(jiān)測(cè)通風(fēng)裝置的供風(fēng)性能及動(dòng)力消耗，還應(yīng)該切實(shí)完成記錄。

（4）如果通風(fēng)裝置產(chǎn)生故障，或是洞內(nèi)出現(xiàn)通風(fēng)受到阻礙的現(xiàn)象，全部人員都要及時(shí)從施工現(xiàn)場(chǎng)撤離，指導(dǎo)系統(tǒng)恢復(fù)，并且確認(rèn)有害氣體的濃度已經(jīng)降到對(duì)身體不會(huì)產(chǎn)生很大危害的范圍之后，方能夠進(jìn)入洞內(nèi)。

圖1 洞內(nèi)通風(fēng)管路及管線布置圖

運(yùn)用機(jī)械通風(fēng)的方式，工程現(xiàn)場(chǎng)的噪聲應(yīng)該控制在90dB以下，要是超出了，首先應(yīng)該針對(duì)風(fēng)機(jī)消聲器的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)；其次，應(yīng)該增設(shè)或改進(jìn)消聲器。

3.4 施工降塵、防塵

（1）壓氣水幕降塵

在和工作面直線距離在40m的位置，安設(shè)3道水幕，并且在邊拱上安設(shè)壓氣水幕降塵器，在實(shí)施爆破的前10min，將水幕開關(guān)開啟，并且爆破操作結(jié)束之后的30min后就關(guān)閉。此外，在出碴前和出碴中，借助高壓水霧的方式，分層灑水碴堆，進(jìn)而使石碴的濕潤(rùn)度得到保障，減少裝碴中的粉塵，實(shí)現(xiàn)濕式施工。

（2）機(jī)械凈化

洞內(nèi)不但要運(yùn)用低排放、低污染源來(lái)完成車輛的運(yùn)輸，還應(yīng)該強(qiáng)化設(shè)備的維修及養(yǎng)護(hù)工作。根據(jù)器材常規(guī)養(yǎng)護(hù)及定期維修的相關(guān)規(guī)定，應(yīng)該尤其養(yǎng)護(hù)進(jìn)氣、燃油部分，并且始終采取燃油沉淀過(guò)濾機(jī)制。

（3）洞內(nèi)防塵措施

洞內(nèi)防塵的根本原則就是運(yùn)用濕式鑿巖及濕噴混凝土，并且聯(lián)用個(gè)人防護(hù)。

出碴防塵：水洗巖幫：在出碴前，放炮后，應(yīng)該借助水槍，從里往外有效清潔掘進(jìn)工作面。水槍和工作面的直線距離應(yīng)該控制在 15～20m，水壓通?？刂圃?.3～0.5MPa。裝碴灑水：在裝碴前和裝碴過(guò)程中一樣，應(yīng)該往碴堆中持續(xù)灑水，石碴濕透之后方停。要是石碴處于干燥狀態(tài)，就應(yīng)該將灑水量控制在4～8L/m3；要是石碴的濕度相對(duì)較大，就應(yīng)該適當(dāng)減少灑水量或是直接不灑水。

噴混凝土防塵：選擇濕噴技術(shù)，在其中添加外加劑，包括粘稠劑、速凝劑等，并且能夠添加合成纖維降低回彈率。在噴射混凝土操作規(guī)范下，對(duì)風(fēng)壓進(jìn)行有效控制，通常把控在0.15MPa以下。

個(gè)人防護(hù)：掘進(jìn)、裝碴的相關(guān)施工人員都要在工作期間佩戴防塵口罩。噴射混凝土施工人員一定要穿戴具備凈化器及呼吸器的防塵安全帽。

4 通風(fēng)與防塵安全保證措施

隧道作業(yè)通風(fēng)應(yīng)該指派專門的技術(shù)人員進(jìn)行管理。通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)管的進(jìn)出口周圍，人不能停留。通風(fēng)機(jī)運(yùn)行停止時(shí)，所有人都不能在通風(fēng)軟管附近走動(dòng)，并且不能在軟管周圍停留。

正洞運(yùn)用通風(fēng)管，一定要使每位施工人員能夠擁有3m3/min以上的新鮮空氣，并且空氣流動(dòng)速率要＞0.25m/s，SiO2粉塵要在 1mg/m3以下，挖掘施工空間的有害氣體濃度一定要在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以下。

隧道挖掘中運(yùn)用柴油機(jī)設(shè)施，并且在排氣口的位置安設(shè)凈化器。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前在國(guó)際上越來(lái)越重視地下空間的利用及開發(fā)，并且地下結(jié)構(gòu)的施工工藝不斷完善，各種類型的長(zhǎng)大隧道、大型復(fù)雜洞室越來(lái)越多。而地下空間的建設(shè)中，通風(fēng)情況會(huì)在極大程度上影響施工人員的施工效率及健康。因此，一定要在掌握通風(fēng)影響參數(shù)的基礎(chǔ)上，有效改進(jìn)通風(fēng)技術(shù)，并且制定完善的通風(fēng)方案。

[1]孫忠強(qiáng).公路隧道鉆爆法施工粉塵運(yùn)移規(guī)律及控制技術(shù)研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2015.

[2]王小敏，方勇.南大梁高速公路華鎣山特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)方案[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2013（04）：188-196.