淺談山嶺地區(qū)特長隧道斜井施工通風(fēng)技術(shù)

朱增奎

摘 要：“十三五”以來，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民群眾對交通條件的需求不斷提升，公路工程建設(shè)的步伐不斷加快，平原地區(qū)的公路網(wǎng)絡(luò)已趨于完善，工程建設(shè)的重心逐漸向地質(zhì)情況復(fù)雜的山嶺地區(qū)轉(zhuǎn)移，在山嶺地區(qū)的公路工程建設(shè)中受地形地質(zhì)條件的制約，長、特長隧道工程設(shè)計所占比重不斷提高。

關(guān)鍵詞：長、特長隧道;斜井;通風(fēng)技術(shù)

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

長、特長隧道工程大多為線路的重要控制性工程，在設(shè)計時為了平衡工期、降低造價，長度大于3 000 m的特長隧道大多設(shè)計橫導(dǎo)洞、斜井、平導(dǎo)洞、豎井等輔助導(dǎo)洞，輔助導(dǎo)洞承擔(dān)開辟工作面或運營期通風(fēng)功能。如何解決長、特長隧道施工期的通風(fēng)問題成了施工過程中的面臨的技術(shù)難題，所以研究隧道施工通風(fēng)技術(shù)對山嶺地區(qū)的隧道工程建設(shè)意義重大[1]。

文章結(jié)合自己在貴州省都勻至安順高速公路T11標(biāo)毛尖特長隧道施工過程中斜井施工通風(fēng)的工程實例，就山嶺地區(qū)特長隧道斜井施工通風(fēng)技術(shù)做簡單探討。

1 工程背景

貴州省都勻至安順高速公路T11標(biāo)毛尖特長隧道，為全線的控制性工程，左洞長5 247 m，右洞長5 222 m，后半段1 400 m為低瓦斯隧道，在隧道距離進(jìn)口3 400 m處設(shè)置一施工斜井，斜井長度571 m，圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r夾薄層頁巖、炭質(zhì)頁巖、砂巖，屬硬質(zhì)巖夾軟巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，最大埋深174 m。斜井寬度7.39 m，高度6.25 m，縱坡-1.559%，本斜井轉(zhuǎn)入正洞后同時輔助左右洞進(jìn)入雙向施工，左右洞之間以聯(lián)絡(luò)通道相接，需開辟4個工作面，同時滿足3個工作面的物料運輸、照明、通風(fēng)需求（如圖1、圖2）。

2 斜井轉(zhuǎn)正洞交叉口施工組織安排

隧道斜井段施工采用普通鉆爆法施工，開挖掘進(jìn)至距離正洞（右洞）25 m處采用“小導(dǎo)洞爬坡”工法，逐拼漸變至聯(lián)絡(luò)風(fēng)道設(shè)計輪廓，聯(lián)絡(luò)風(fēng)道施工完成后分三步實施，逐一開辟正洞工作面，共開辟4個工作面，高峰期共3個工作面同時施工。

第一步開挖1號（右洞小樁號）工作面，開挖支護(hù)施工100 m，仰拱、二襯同時跟進(jìn);

第二步開挖2號（右洞大樁號）工作面，開挖支護(hù)施工60 m， 仰拱、二襯同時跟進(jìn);

第三步開挖3號（左洞大樁號）工作面，開挖支護(hù)施工，至此已形成3個工作面，各工作面可同時施工，齊頭并進(jìn)。

待1號（右洞小樁號）工作面施工至計劃樁號與進(jìn)口方向?qū)崿F(xiàn)貫通后，開始4號（左洞大樁號）工作面施工。根據(jù)工期需要，考慮各工作面工期均衡，1號工作面施工1 000 m;2號工作面施工800 m;3號工作面施工800 m;4號工作面施工800 m。

3 斜井通風(fēng)方案設(shè)計

3.1 通風(fēng)、防塵、防有害氣體

①有害氣體最高容許濃度表：

②隧道施工通風(fēng)應(yīng)能提供洞內(nèi)各項工序作業(yè)所需的最小風(fēng)量，每人應(yīng)供應(yīng)新鮮空氣3 m3/min，每立方米空氣中瓦斯?jié)舛炔坏贸^0.5%[2]。

3.2 通風(fēng)設(shè)置原則

在特長隧道施工過程中，由于隧道深入到山體內(nèi)部，隧道坑道中的氧氣含量逐漸減少，施工過程中機械設(shè)備產(chǎn)生有害氣體導(dǎo)致隧道中的空氣質(zhì)量差，嚴(yán)重威脅施工人員的身體健康。采取合理的通風(fēng)措施可以有效減低有害氣體的濃度，極大地改善施工作業(yè)環(huán)境，保證作業(yè)人員的身體健康，提高施工效率，保證施工安全有序地開展，通風(fēng)總體采用機械通風(fēng)，軸流風(fēng)機壓入+射流風(fēng)機抽排形成循環(huán)通風(fēng)，每個工作面設(shè)置獨立風(fēng)道。

3.3 通風(fēng)方案

3.3.1 風(fēng)量及風(fēng)壓計算

（1）計算參數(shù)：

計算參數(shù)如下：供給每人的新鮮空氣量按m=3 m3/min計，隧道施工中為防止瓦斯聚集的通風(fēng)最小風(fēng)速按Vmin=0.5 m/s;隧道內(nèi)氣溫不超過28℃;正洞最大開挖面積按SZ=68 m2計（Ⅴ級圍巖上、下臺階開挖）;正洞上斷面開挖爆破一次最大用藥量A=200 kg;正洞放炮后通風(fēng)時間按t=30 min計;風(fēng)管百米漏風(fēng)率β=2%，風(fēng)管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為λ=0.007 8，主風(fēng)筒直徑為1.5 m，分風(fēng)管直徑1.3 m。

（2）風(fēng)量計算：

①按洞內(nèi)允許最小風(fēng)速要求計算風(fēng)量：

Q風(fēng)速=Vmin×SZ×60 s=0.5×68×60 s=2 040（ m3/min）

②按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算風(fēng)量：

Q人員=3×m×1.2=3×40×1.2=144（m3/min）

m—坑道內(nèi)同時工作的最多人數(shù)，正洞按40人計。

③按洞內(nèi)同一時間爆破使用的最多炸藥用量計算風(fēng)量：

Q炸藥=（5×A×b）/t=（5×200×40）/30=1 333.3（m3/min）

b—公斤炸藥爆破時所構(gòu)成的一氧化碳體積，取40 L。

④滿足將隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下要求的風(fēng)量Q瓦：

=1.5×1.6/（0.005-0）=480

式中，Q實為瓦斯涌出量，取1.5 m3/min。

K為瓦斯涌出的不平衡系數(shù)，取1.6;

Bg為工作面允許的瓦斯?jié)舛龋?.5%;

Bg0為送入風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，?。

⑤按洞內(nèi)使用內(nèi)燃機械計算風(fēng)量：

計算公式：Q內(nèi)燃=Q0×ΣP

式中：ΣP——進(jìn)洞內(nèi)燃機械馬力總數(shù)。

該隧道洞內(nèi)內(nèi)燃動力在出渣時期有ZLC50側(cè)卸式裝載機和CQ1261T自卸汽車。其中側(cè)卸式裝載機1臺，最大功率162 kW，計算功率145 kW;3臺自卸車（滿載車1臺，空車2臺），滿載功率按110 kW，計算功率99 kW，空車計算功率按滿載80%計，即79 kW。則需要風(fēng)量為：

Q內(nèi)燃=Q0×ΣP=3×（145+99+79×2）=1 206 m3/min

Q需= max（Q風(fēng)速、Q人員、Q瓦、Q炸藥、Q內(nèi)燃）=2 040 m3/min

4 風(fēng)機及風(fēng)管配置

根據(jù)毛尖隧道總體進(jìn)度計劃及瓦斯隧道通風(fēng)施工安全的前提下，毛尖隧道斜井通風(fēng)設(shè)備配置如下：

①斜井段施工采用1臺2*110 kW軸流風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)，采取壓入式通風(fēng)方式。

②斜井轉(zhuǎn)入正洞后，要向3個掌子面同時通風(fēng)，需在斜井內(nèi)距離洞口200 m處開辟風(fēng)機房，配置3臺2*110 kW軸流風(fēng)機，同時還要設(shè)置4臺30 kW射流風(fēng)機，（2臺布設(shè)在斜井與右洞交叉口處拱頂，另外2臺布設(shè)在左洞與聯(lián)絡(luò)通道交叉口處拱頂），1臺75 kW射流風(fēng)機布設(shè)在距離斜井進(jìn)口100 m處拱頂，射流風(fēng)機根據(jù)洞內(nèi)通風(fēng)情況實時開啟，確保洞內(nèi)污濁空氣排出，轉(zhuǎn)彎處使用定制的轉(zhuǎn)換三通和彎頭，避免轉(zhuǎn)彎處風(fēng)阻大而影響通風(fēng)效果[3]。

③斜井洞口配置2臺1 000 kVA變壓器，2臺800 kVA變壓器，10 kV高壓線路進(jìn)洞，保證通風(fēng)設(shè)備的電力需求。

5 通風(fēng)管理

①安排專門的風(fēng)管維修工人。每班都要對所有的風(fēng)管進(jìn)行檢查，調(diào)整不順不平的地方。如果發(fā)現(xiàn)風(fēng)管出現(xiàn)了漏風(fēng)等情況，要立即進(jìn)行處理，對于破損不嚴(yán)重的管節(jié)，使用快干膠水進(jìn)行補縫。如果管節(jié)破損嚴(yán)重，要立即進(jìn)行更換。為降低漏風(fēng)系數(shù)、提高管道的密封度，需將每100 m管道的漏風(fēng)系數(shù)控制在2%以內(nèi)。

②隧道必須安排專人進(jìn)行通風(fēng)管理，24小時值班，每班測量風(fēng)管風(fēng)速，風(fēng)速不小于0.5 m/s，每10天進(jìn)行1次全面測風(fēng)。

③配置2人專職負(fù)責(zé)風(fēng)管的維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)帶有破損，及時修補或更換新風(fēng)帶，風(fēng)帶及時隨著掌子面跟進(jìn)，風(fēng)帶口距離掌子面不大于30 m。

④掌子面和其他用風(fēng)地點，應(yīng)根據(jù)實際需要隨時測風(fēng)，每次測風(fēng)結(jié)果應(yīng)記錄并寫在測風(fēng)地點的記錄牌上，管理人員應(yīng)根據(jù)測風(fēng)結(jié)果采取措施，進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，及時調(diào)整相應(yīng)的技術(shù)措施，確保隧道施工安全[4]。

6 結(jié)語

綜上所述，長、特長隧道施工中，合理的解決施工期通風(fēng)問題是確保工期和安全關(guān)鍵，通過合理的方案制定、設(shè)備選型、電力配置，嚴(yán)格的過程中通風(fēng)管理，都安公路T11標(biāo)毛尖特長隧道斜井施工通風(fēng)取得了良好的效果，在保證工期需求的同時極大的保證了隧道施工作業(yè)人員的生命安全和身心健康，其通風(fēng)技術(shù)經(jīng)驗值得總結(jié)借鑒，對長、特長隧道工程建設(shè)施工期通風(fēng)技術(shù)研究具有一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳逢懷.長大隧道快速施工關(guān)鍵控制技術(shù)[J].交通世界，2016（06）：178-179.

[2]張成剛.長大隧道斜井施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2009（06）：40-43.

[3]《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》（TB10120-2002）[S].

[4]《毛尖隧道兩階段施工圖設(shè)計》[S].