那文隧洞工程通風(fēng)防塵實施方案探討

陳敏柏

（安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，合肥 230601）

1 工程概況

那文隧洞進(jìn)口位于海南省昌化江的大廣壩庫區(qū)，出口位于感恩河的陀興水庫，那文隧洞洞長5 207.14 m，施工支洞長833.90 m（1#支洞長402.25 m，2#支洞長431.65 m），那文隧洞設(shè)計進(jìn)口底板高程127.5 m，縱坡1/800，設(shè)計引水流量7.7 m3/s，隧洞采用城門洞型，斷面尺寸3 m×3 m。

2 通風(fēng)防塵實施方案

本工程采用爆破法開挖，小型自卸汽車、裝載機(jī)等機(jī)械設(shè)備無軌出渣方式。隧洞爆破開挖、出渣產(chǎn)生大量煙塵等有害氣體，根據(jù)隧洞斷面尺寸、長度，經(jīng)計算，采取如下通風(fēng)防塵方案：主洞段向上（下）游洞方向1750 m、1#支洞和2#支洞的中間主洞1700 m 均采用2×[SDF（B）-N010.5]22 kW 軸流式變速風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)；為改善通風(fēng)、加強(qiáng)排煙，在主支洞叉口部位布置吸出式輔助通風(fēng)（10 kW 軸流變速風(fēng)機(jī)），為了降低有害氣體濃度，降低粉塵含量，在掌子面間隔30 m、距離地面3 m 處設(shè)兩個噴霧降塵器，進(jìn)行水幕降塵。

3 通風(fēng)防塵設(shè)計

3.1 通風(fēng)防塵標(biāo)準(zhǔn)

（1）隧洞內(nèi)氧氣含量按體積不小于20%。

（2）有害氣體濃度容許值：一氧化碳最高容許濃度為30 mg/m3，二氧化碳按體積不得大于0.5%，氮氧化物（NO2）濃度不超過5 mg/m3。

（3）每立方米空氣中的粉塵允許含量：含10%以上游離二氧化硅的粉塵不得超過2 mg/m3，含10%以下游離二氧化硅的粉塵濃度不得超過4 mg/m3。

（4）排塵風(fēng)速不小于0.15 m/s。

（5）其他不利于施工的因素如噪聲、地?zé)岬纫矐?yīng)進(jìn)行控制，隧洞內(nèi)氣溫不高于30℃。

3.2 通風(fēng)防塵設(shè)計原則

在滿足通風(fēng)效果、通風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)壓前提下，減少新購風(fēng)機(jī)，合理調(diào)配使用現(xiàn)有設(shè)備，同時每個開挖面配備同步除塵的必要設(shè)施，保證粉塵含量達(dá)標(biāo)。為減少能耗損失和通風(fēng)系統(tǒng)的長期運行成本，適當(dāng)增加一次性投入并布置大直徑風(fēng)管。

3.3 通風(fēng)參數(shù)計算

3.3.1 基本參數(shù)

隧洞斷面面積S為7.7 m2，洞內(nèi)最多作業(yè)人數(shù)N按每個工作面平均10人，內(nèi)燃機(jī)單位功率所需風(fēng)量Q0按《隧道設(shè)計手冊》取4.0 m3/（min·kW），管道百米漏風(fēng)率p100為1.2%，最大通風(fēng)長度L為2182 m，一次爆破作業(yè)的炸藥最大用量A為50 kg。

3.3.2 風(fēng)量計算

從4 個方面考慮（每個工作面），具體為按洞內(nèi)允許最低風(fēng)速計算得Q1，按洞內(nèi)最多作業(yè)人數(shù)計算得Q2，按洞內(nèi)機(jī)械計算得Q3，按洞中同一時間內(nèi)爆破作業(yè)的最多用藥量計算得Q4，比較Q1、Q2、Q3、Q4，取其中最大值為需要風(fēng)量Qmax。

（1）按洞內(nèi)最小風(fēng)速計算風(fēng)量Q1，Q1=60Sv=60×7.7×0.21=97.02 m3/min，式中v為洞內(nèi)最小風(fēng)速，取0.21 m/s。

（2）按洞內(nèi)最多作業(yè)人數(shù)計算風(fēng)量Q2，Q2=Nq=10×3=30 m3/min，式中q為洞內(nèi)每人所需最低新鮮空氣量，取3 m3/min。

（3）按洞內(nèi)機(jī)械計算得Q3，Q3=Q0ΣP=4×213=852 m3/min，式中ΣP為同時在洞內(nèi)作業(yè)的各種內(nèi)燃機(jī)的功率總和（按規(guī)范及綜合考慮各種因素后，功率總和按額定總功率的65%計算，上（中、下）游方向裝載機(jī)1臺，額定總功率135 kW，小型自卸汽車3臺，每臺額定總功率64 kW，總功率ΣP=（135+64×3）×65%=213 kW。

（4）按洞中同一時間內(nèi)爆破作業(yè)的最多用藥量計算Q4，Q4=7.8/t（AL2S2）1/3=7.8/60×（50×21 822×7.72）1/3=314 m3/min，式中t為通風(fēng)時間，隧洞長度超過2000 m時，取60 min。

比較Q1、Q2、Q3、Q4 可知，施工機(jī)械排煙是通風(fēng)最大制約因素，需要風(fēng)量Qmax為852 m3/min。

由隧洞通風(fēng)長度L和百米漏風(fēng)率p100，計算漏風(fēng)系數(shù)P=1/（1-L/100×p100）=1.35，根據(jù)洞內(nèi)需要風(fēng)量Qmax，求得隧洞所配風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q供=QmaxP=852×1.35=1150 m3/min。

3.4 設(shè)備選擇及布置

3.4.1 設(shè)備、材料選擇

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備風(fēng)量Q機(jī)按不小于1.1Q供（1.1 是風(fēng)量儲備系數(shù)）進(jìn)行配置，根據(jù)以上計算可知：主洞段向上（下）游洞方向、1#支洞和2#支洞的中間主洞均采用2×[SDF（B）-N010.5]22 kW 軸流式變速壓入式風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量為320～1902 m3/mi，風(fēng)壓為353～2986 Pa，轉(zhuǎn)速為1480 r/min，4 級變速。風(fēng)量Q機(jī)＞1.1Q供，完全滿足要求。兩臺通風(fēng)機(jī)后接Ф1000 mm玻璃鋼風(fēng)管，懸掛布置于隧洞拱頂，以確保出渣和機(jī)械設(shè)備進(jìn)場空間，風(fēng)管節(jié)長3 m，管頭距工作面不大于30 m；為改善通風(fēng)、加強(qiáng)排煙，在主支洞叉口部位布置吸出式輔助通風(fēng)（10 kW 軸流變速風(fēng)機(jī)），吸出式風(fēng)筒采用Ф800 mm 膠質(zhì)軟風(fēng)筒，節(jié)長50 m，布置在隧洞一側(cè)，離地1.0 m左右。有力的通風(fēng)防塵措施，保證了作業(yè)現(xiàn)場空氣清新和洞內(nèi)施工人員安全。

3.4.2 通風(fēng)防塵、照明及管線系統(tǒng)布置

在隧洞施工期間，洞內(nèi)在滿足通風(fēng)效果的前提下必須提供全部照明，亮度符合規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，洞內(nèi)照明系統(tǒng)的電壓采用安全電壓（行燈變壓器降壓引入），采用36 V安全電壓電源照明。通風(fēng)防塵、照明及管線系統(tǒng)布置見圖1。

3.5 其他通風(fēng)措施及影響因素

3.5.1 其他通風(fēng)措施

主洞施工長度5 207.14 m，單口掘進(jìn)長達(dá)1750 m，解決長小隧洞施工通風(fēng)是項目成功的關(guān)鍵。通風(fēng)設(shè)計上雖然采用了壓入、吸出混合式通風(fēng)，但工人洞內(nèi)佩戴氧氣面罩以防范缺氧，施工機(jī)械采用低標(biāo)號柴油及尾氣過濾等措施減少有害氣體數(shù)量，滿足長小隧洞無軌運輸通風(fēng)的要求，提高通風(fēng)效果。放炮后工人佩戴氧氣面罩出渣，利用汽車行駛帶動空氣流動，加快出渣時排煙效果。

3.5.2 綜合防塵措施

（1）水幕降塵。噴霧降塵器布置在距掌子面30 m外邊墻兩側(cè)，爆破前10 min 開閥門一直至放炮后30 min進(jìn)行水幕降塵，有害氣體濃度和粉塵含量通過水幕降塵大大降低。水幕降塵示意圖見圖2。

（2）風(fēng)機(jī)距洞口至少25 m 確保凈化風(fēng)源。支洞口處的吸出式風(fēng)筒布設(shè)90°彎角向上方排廢氣，避免混進(jìn)壓入式通風(fēng)機(jī)中，人員進(jìn)洞采取佩戴防塵的口罩和防塵安全帽等防護(hù)措施。

（3）降低粉塵含量的一系列濕式技術(shù)措施。例如采用沖洗巖壁和濕式鑿巖、安設(shè)噴霧器的裝載機(jī)裝渣時灑水、濕噴混凝土的濕噴防塵技術(shù)、爆破時用水炮泥等降防塵措施。

（4）減少風(fēng)筒漏風(fēng)和降低風(fēng)筒通風(fēng)阻力是提高通風(fēng)效率的主要措施。保證風(fēng)筒接頭質(zhì)量，連接時加襯墊，選用活三環(huán)多層反邊接頭。另外，合理變徑節(jié)、提高風(fēng)筒懸掛質(zhì)量、減緩轉(zhuǎn)角處風(fēng)筒彎度和排除風(fēng)筒內(nèi)的積水可以減少通風(fēng)阻力，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)快速處理，靠近炮崩工作面使用鐵風(fēng)筒。

3.5.3 通風(fēng)效果其他影響因素

（1）漏風(fēng)率影響。風(fēng)管平均百米漏風(fēng)率的理論計算較低，再加上風(fēng)管性能參數(shù)因素和施工現(xiàn)場通風(fēng)管理影響，實際漏風(fēng)率大于設(shè)計值很多，直接造成通風(fēng)效果差。應(yīng)選用性能參數(shù)達(dá)標(biāo)而且漏風(fēng)率每100 m低于1%的風(fēng)管，同時加強(qiáng)施工人員對施工通風(fēng)的重要性認(rèn)識和管理水平提高，保證良好通風(fēng)效果。

（2）氣候影響。本工程地處海南地區(qū)，常年溫度較高，都在10℃以上，施工中洞內(nèi)外溫差小無法形成氣壓差將洞內(nèi)氣體排出洞外，施工中應(yīng)采取有力措施加強(qiáng)排煙。

4 總結(jié)

經(jīng)實踐，海南那文隧洞工程通風(fēng)防塵實施方案安全可靠，通風(fēng)防塵措施得當(dāng)、有力，有效解決了較長隧洞通風(fēng)排煙問題，保障了洞內(nèi)空氣清新并創(chuàng)造良好的施工環(huán)境，保證了洞內(nèi)施工人員的身體健康，提高了勞動效率，加快了施工速度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。