鉆爆法特長隧洞無軌運(yùn)輸施工通風(fēng)技術(shù)研究

韓肖

摘要：采用實(shí)例分析的方法，以具體的工程項(xiàng)目為研究對(duì)象，闡述了軸流式通風(fēng)在鉆爆法特長隧道無軌運(yùn)輸施工中應(yīng)用的相關(guān)問題，并詳細(xì)闡述了軸流式通風(fēng)技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)。總體而言，在鉆爆法特長隧道無軌運(yùn)輸施工通風(fēng)中，應(yīng)用軸流式通風(fēng)技術(shù)具有技術(shù)可行性，能夠滿足復(fù)雜情況下的施工通風(fēng)需求，所以應(yīng)該做進(jìn)一步推廣。

關(guān)鍵詞：鉆爆法;特長隧洞無軌運(yùn)輸施工;軸流式通風(fēng)

近幾年在我國道路工程持續(xù)開展的情況下，隧道在現(xiàn)代工程中越來越常見，尤其是在隧道規(guī)模逐漸擴(kuò)大的情況下，隧道施工通風(fēng)也從最初的利用自然風(fēng)通風(fēng)發(fā)展到借助現(xiàn)代設(shè)備完成通風(fēng)，通風(fēng)的設(shè)備表現(xiàn)出了擴(kuò)大化的趨勢(shì)。其中，軸流式通風(fēng)方法作為一種有效的通風(fēng)手段，被廣泛的應(yīng)用在隧道工程中，其通風(fēng)效果也得到了諸多學(xué)者的認(rèn)可，具有技術(shù)先進(jìn)性。

1.工程案例簡(jiǎn)介

本次工程案例中主要有主洞、支洞兩個(gè)部分組成，主洞：全長8.00km（樁號(hào)25+000～33+000），縱坡1/2583，其中Ⅲ類圍巖段隧洞長7344m（Ⅲa4271m，Ⅲb2848m），Ⅳ類圍巖段隧洞長 854m，Ⅴ類圍巖段隧洞長27m。斷面尺寸7.5m×7.4m（寬×高）。P2支洞：位于喀雙隧洞樁號(hào)29+000處，進(jìn)口布置在喀雙隧洞右側(cè)，長度1814.364m，其中Ⅲ類圍巖段隧洞長1284m，Ⅳ類圍巖段隧洞長390m，Ⅴ類圍巖段隧洞長140m，縱斷面設(shè)計(jì)為200m長12.9%的陡坡+20m長3%的緩坡，綜合縱坡約11.71%。P2支洞斷面形式為城門洞型，斷面凈尺寸6.7m×6.8m（寬×高）。

鉆爆開挖作為一種高效的施工手段，在地下洞室群施工中較為常見，但是在這個(gè)環(huán)節(jié)中，通風(fēng)排煙已經(jīng)成為保證施工質(zhì)量的重要一環(huán)。通過對(duì)本次工程項(xiàng)目的施工環(huán)境進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目的的通風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜，所以決定采用通風(fēng)性能較好的軸流式通風(fēng)方法，與巷道通風(fēng)技術(shù)相比，該技術(shù)具有安裝方便、易于反風(fēng)等優(yōu)點(diǎn)，決定采用軸流式通風(fēng)的技術(shù)。

2.軸流式通風(fēng)的出現(xiàn)的技術(shù)問題

在本次工程項(xiàng)目中，采用軸流式通風(fēng)機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工況點(diǎn)不在最佳工作區(qū)間，導(dǎo)致該通風(fēng)方法下的通風(fēng)質(zhì)量不理想，導(dǎo)致在隧道施工中出現(xiàn)了通風(fēng)不足的現(xiàn)象，本文認(rèn)為，該工程中導(dǎo)致出現(xiàn)這一問題的主要問題就是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)了發(fā)生了變化。這是因?yàn)樵谒淼朗┕み^程中，整個(gè)施工本身就是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，包括施工面的推進(jìn)、巷道長度等都會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)環(huán)境發(fā)生改變，最終影響了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。除此之外，通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓偏差也是導(dǎo)致施工通風(fēng)技術(shù)出現(xiàn)問題的重要原因。雖然通過設(shè)備提供了足夠的風(fēng)，但是卻出現(xiàn)了“事倍功半”的效果，不僅造成了隧道電能浪費(fèi)，也會(huì)因?yàn)橥L(fēng)效果差而影響了正常施工的進(jìn)程[1]。

3.軸流式通風(fēng)的技術(shù)手段

在本次工程項(xiàng)目中，為了能夠通過軸流式通風(fēng)來獲得更理想的通風(fēng)效果，就是通過對(duì)其中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行控制，獲得更理想的通風(fēng)效果。

3.1控制通風(fēng)機(jī)葉片的安裝角度

在軸流式通風(fēng)中，技術(shù)人員在忽略通風(fēng)機(jī)各種損失條件的基礎(chǔ)上，軸流式通風(fēng)機(jī)的流量、流通面積、軸線流速之間的關(guān)系為：

在上述關(guān)系式中，Q代表計(jì)算得到的理論風(fēng)速流量，其單位為m3/s;Va代表軸向流速，其單位為m/s; 代表流通面積，其單位為㎡。

在該項(xiàng)目中，所選擇了兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)，其流通面積值是固定的，所以為了確保通風(fēng)質(zhì)量，需要從軸向流速的角度入手，來確?？梢詾樗淼朗┕ぬ峁├硐氲耐L(fēng)效果。

根據(jù)圖1的相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，軸向流速與圓周速度之間存在著比例關(guān)系，兩者之間的關(guān)系都是由通風(fēng)機(jī)氣流角度 來決定的。在該項(xiàng)目中，由于軸流式通風(fēng)機(jī)的圓周角轉(zhuǎn)速是確定的，因此通風(fēng)機(jī)軸向轉(zhuǎn)速主要是由氣流角的大小來確定的，而通風(fēng)機(jī)氣流角與葉片之間的安裝角度十分接近（從圖1可知），而氣流角會(huì)隨著軸流式通風(fēng)機(jī)葉片安裝角度來確定，因此在該項(xiàng)目中，為了能夠獲得理想的通風(fēng)效果，通過調(diào)整通風(fēng)機(jī)安裝角度的方法來調(diào)整軸線流速，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)量的控制。

在隧道施工階段，考慮到一定時(shí)間內(nèi)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力很難發(fā)生明顯的改變，所以在采用軸向流通風(fēng)技術(shù)時(shí)，需要根據(jù)隧道的正常所需風(fēng)量來確定靜壓值，并根據(jù)通風(fēng)機(jī)的技術(shù)性能，確定不同的葉片安裝角度，來獲得理想的通風(fēng)效果[2]。

3.2調(diào)整通風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)

一般在特長隧道施工階段，所采用的軸流式通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)主要有兩種級(jí)別，分別為Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)，雖然兩個(gè)等級(jí)的通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)下所提供的風(fēng)量是基本相同的，但是區(qū)別就是這兩種通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)下所產(chǎn)生的靜壓存在差別。而在本次工程中，所采用的軸流式通風(fēng)技術(shù)技術(shù)就是要了解通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的變化情況，了解不同工況下的隧道通風(fēng)環(huán)境。所以為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就需要通過保證葉片級(jí)數(shù)的變化，將通風(fēng)機(jī)的工作效率控制在一個(gè)理想的水平下。

3.3調(diào)整葉片數(shù)量

文獻(xiàn)[3]指出，葉片數(shù)量是影響影響通風(fēng)效果的重要因素，其表達(dá)關(guān)系式為：

在上述關(guān)系式中， 代表軸流式通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，單位為Pa;w代表通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，單位為rad/s;p代表氣流密度，單位為kg/m3;Z代表通風(fēng)機(jī)的葉片數(shù)量; 代表氣流的上升系數(shù)。

從關(guān)系式可以發(fā)現(xiàn)，葉片數(shù)量與通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓之間存在著密切關(guān)系，因此為了獲得更理想的通風(fēng)效果，可以通過改變通風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量的方法，讓通風(fēng)機(jī)功率與工況點(diǎn)達(dá)到理想狀態(tài)。一般認(rèn)為，通過減少通風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量可以降低風(fēng)壓，但是考慮到軸流式通風(fēng)機(jī)的輪轂比與葉片弦長的相關(guān)參數(shù)都是確定的，所以在在工程項(xiàng)目施工階段，應(yīng)該積極尋找葉片數(shù)量與通風(fēng)機(jī)工作效率之間的理想取值范圍，這樣才能獲得理想的通風(fēng)效果。

3.4具體措施與效果評(píng)價(jià)

在本次工程項(xiàng)目中，為了確保工程通風(fēng)效果理想，工作人員通過調(diào)查判斷，通風(fēng)困難時(shí)所需要的風(fēng)量為25.3m3/s，此時(shí)的通風(fēng)負(fù)壓達(dá)到了753.6Pa，葉片角度為29°。同時(shí)本次工程項(xiàng)目中隧道的長度較大，因此其通風(fēng)面臨著很大的阻力。因此在本次工程中，為了確保通風(fēng)質(zhì)量與通風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性，在施工中對(duì)通風(fēng)機(jī)的功率進(jìn)行了改進(jìn)：采用了葉片調(diào)節(jié)方法，通過調(diào)整通風(fēng)機(jī)安裝角度的方法來提高通風(fēng)質(zhì)量，將原本29°的安裝角度調(diào)整為28°，并在原有的通風(fēng)葉片的基礎(chǔ)上增加了一葉。

在采用上述方法進(jìn)行改進(jìn)之后，實(shí)踐結(jié)果證明，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率從最初的30kW下降到了24kW，雖然調(diào)整了葉片的安裝角度導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的工作效率有小幅度的下降，但是從工作效率來看，通風(fēng)機(jī)所消耗的電能下降了約19.6%，降低了本次項(xiàng)目中的通風(fēng)成本;并且增加了一葉葉片，也保證了工作效率。最終效果證明，通過這種改進(jìn)方法，讓軸流式通風(fēng)技術(shù)更好的滿足了本次工程項(xiàng)目的通風(fēng)需求，在工程項(xiàng)目實(shí)施階段，尚未出現(xiàn)通風(fēng)質(zhì)量問題，并且經(jīng)濟(jì)性得到了保證，因此具有推廣價(jià)值。

結(jié)論：

在鉆爆法特長隧洞無軌運(yùn)輸施工通風(fēng)技術(shù)研究中，軸流式通風(fēng)技術(shù)較為常見，并且該技術(shù)具有理想的通風(fēng)效果，能夠滿足多種復(fù)雜施工環(huán)境下的通風(fēng)需求，因此具有可行性，對(duì)于相關(guān)人員而言，必須要充分了解軸流式通風(fēng)技術(shù)的內(nèi)容，并根據(jù)工程項(xiàng)目的開展需求，對(duì)軸流式通風(fēng)技術(shù)的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，這樣才能為隧道工程施工提供理想的通風(fēng)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張廷彪，張扯道.高海拔公路隧道運(yùn)營通風(fēng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)初探[J].現(xiàn)代隧道技術(shù).2018，51（3）：23-29，34.

[2] 龐小沖，唐學(xué)軍，李玉平.高海拔特長公路隧道需風(fēng)量計(jì)算的探討[J].交通科技，2017，25（10）：105-109.

[3] 韓建秋.礦井軸流式通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方法的研究[J].黃金，2018，05：52-54.

（作者單位：中國水利水電第九工程局有限公司）