某公路項(xiàng)目瓦斯隧道的施工通風(fēng)技術(shù)分析

丁登陽

摘要 公路隧道工程地質(zhì)條件復(fù)雜、線路較長(zhǎng)，施工中極易遭遇瓦斯地層，施工處治不當(dāng)，容易造成瓦斯泄漏，引發(fā)極為嚴(yán)重的安全事故。鑒于此，文章依托某公路項(xiàng)目高瓦斯隧道施工實(shí)踐，對(duì)高瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)展開綜合探究，闡述了瓦斯隧道通風(fēng)基本要求，分析了隧道施工通風(fēng)類型及具體選型原則，根據(jù)工程實(shí)際情況，確定采用巷道式通風(fēng)方案，并提出了瓦斯隧道施工通風(fēng)技術(shù)措施，可為后續(xù)高瓦斯隧道工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞 公路隧道項(xiàng)目；瓦斯隧道；通風(fēng)方案分類；巷道式通風(fēng)方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U453.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）14-0123-03

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)的公路工程建設(shè)逐步趨于完善，有效地推動(dòng)了交通運(yùn)輸行業(yè)的進(jìn)步。隧道作為公路工程建設(shè)的關(guān)鍵組成要素，具有施工難度大、專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)要求高、安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，尤其當(dāng)隧道途經(jīng)瓦斯區(qū)域時(shí)，其施工安全風(fēng)險(xiǎn)更高，施工控制不當(dāng)，極易引發(fā)爆炸事故，嚴(yán)重威脅施工安全[1-3]。因此，瓦斯隧道施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)管理，并采取科學(xué)有效的通風(fēng)措施，以有效降低隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛?，保證施工安全。

1 瓦斯隧道及通風(fēng)要求

瓦斯隧道主要指隧道開挖過程中遭遇煤系層或含有瓦斯氣體的地層，且存在瓦斯涌出的現(xiàn)象。按照涌出量不同，行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)將公路瓦斯隧道分為四類指標(biāo)體系，即微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯以及瓦斯突出四種形式隧道。其引發(fā)的安全事故主要包括中毒、窒息、火災(zāi)、爆炸等。

瓦斯發(fā)生爆炸的必要條件為濃度與火源。實(shí)際施工時(shí)，合理控制瓦斯?jié)舛仁潜苊馔咚贡ǖ母痉椒?，因此科學(xué)地進(jìn)行隧道通風(fēng)是保證施工安全的重要手段。此外，加強(qiáng)隧道通風(fēng)還能有效清除施工過程中產(chǎn)生的粉塵、有害氣體等，凈化施工環(huán)境[4]。

2 隧道通風(fēng)方案分類及選型原則

2.1 通風(fēng)方案分類

目前，常用的隧道通風(fēng)方式較多。按照有害氣體排放通道差異，可分為風(fēng)管式與巷道式。同時(shí)，按照驅(qū)動(dòng)方向差異，風(fēng)管式通風(fēng)又細(xì)分為壓入型、抽（排）出型、混合型三種類型；而巷道式通風(fēng)細(xì)分為主扇型、射流型兩種類型，詳細(xì)情況如圖1所示。

2.2 壓入式通風(fēng)

壓入式通風(fēng)主要是通過通風(fēng)設(shè)備正壓將洞外新鮮空氣壓送入洞內(nèi)，并將內(nèi)部粉塵、污染氣體等排出，其通風(fēng)原理如圖2所示。風(fēng)機(jī)風(fēng)筒內(nèi)為正壓，對(duì)其材質(zhì)要求較低，通常選用普通帆布，價(jià)格較低。但由于隧道內(nèi)部始終處于粉塵及有害氣體循環(huán)流動(dòng)之中，污染相對(duì)嚴(yán)重。當(dāng)開挖深度不斷增大時(shí)，送風(fēng)管道沿程摩阻力顯著增加，通風(fēng)耗能越來越大，并且開挖面粉塵及污染氣體排出時(shí)間顯著延長(zhǎng)[5]。此通風(fēng)方式應(yīng)用較為廣泛。

2.3 抽出式通風(fēng)

抽出式通風(fēng)主要是通過通風(fēng)設(shè)備負(fù)壓將洞內(nèi)渾濁氣體抽出，其工作原理如圖3所示。該通風(fēng)方式可及時(shí)將洞內(nèi)有害氣體排出，保持洞內(nèi)空氣新鮮。但由于粉塵、渾濁氣體由風(fēng)機(jī)內(nèi)部排出，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，風(fēng)機(jī)需具備防爆功能。同時(shí)，因風(fēng)筒處于負(fù)壓狀態(tài)，其材質(zhì)要求較高，價(jià)格昂貴。此通風(fēng)方式較為少用。

2.4 混合式通風(fēng)

混合式通風(fēng)主要是在隧道內(nèi)同時(shí)安裝壓入式與抽出式風(fēng)機(jī)，按照二者風(fēng)筒端口距開挖面位置，將其分為長(zhǎng)壓短抽與長(zhǎng)抽短壓兩種形式，其通風(fēng)原理如圖4所示。長(zhǎng)壓短抽式主要采用壓入式通風(fēng)方式，只在靠近開挖面處設(shè)置小型抽出式風(fēng)機(jī)及較短剛性風(fēng)管，適合開挖面有害氣體濃度較高的隧道[6]。而長(zhǎng)抽短壓式則主要利用抽出式通風(fēng)方式，在靠近開挖面位置設(shè)置小型壓入式風(fēng)機(jī)及較短帆布風(fēng)筒，適合對(duì)空氣質(zhì)量狀況要求較高的隧道。此種通風(fēng)方式能科學(xué)避免開挖面污染氣體匯聚的現(xiàn)象，但需設(shè)置兩臺(tái)通風(fēng)設(shè)備同時(shí)作業(yè)，成本較高。

2.5 巷道式通風(fēng)

巷道式通風(fēng)主要是借助平行導(dǎo)坑或通道形成回風(fēng)道的通風(fēng)方式，通常用于長(zhǎng)度超過的3 km的大型隧道。巷道通風(fēng)風(fēng)流方向較為固定，投入設(shè)備較多，成本較高。同時(shí)，通風(fēng)道內(nèi)污染氣體濃度較大，風(fēng)機(jī)主扇耗能較高，且通道密閉不嚴(yán)會(huì)導(dǎo)致有害氣體泄漏[7]。當(dāng)作業(yè)面發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，采取合適方式封閉橫向通風(fēng)道。

2.6 瓦斯隧道通風(fēng)方案選型原則

現(xiàn)階段，瓦斯隧道通施工主要采用壓入式通風(fēng)方式。瓦斯監(jiān)測(cè)及洞內(nèi)通風(fēng)是保證隧道施工安全的根本手段，實(shí)際施工時(shí)，需將瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5%以下。通常狀況下，對(duì)于低瓦斯隧道常采取壓入式或巷道式通風(fēng)方式，而對(duì)于高瓦斯隧道則采取巷道式通風(fēng)方式。

圖4 混合式通風(fēng)原理

3 隧道通風(fēng)方案設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

某隧道工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為5.4 km，出口位置存在瓦斯地層，涌出頻率較高。左、右幅涌出量分別為1.69～

2.25 m3/min和1.58～1.83 m3/min，為典型的高瓦斯隧道。

3.2 通風(fēng)方案

根據(jù)瓦斯含量、施工人員數(shù)量、機(jī)械設(shè)備尾氣、施工粉塵等各方面因素，經(jīng)綜合計(jì)算得出，洞內(nèi)通風(fēng)量為3 335.5 m3/min，風(fēng)壓為1 979.27 Pa。結(jié)合隧道布設(shè)情況、開挖深度、斷面尺寸、開挖方式等相關(guān)指標(biāo)，確定選用巷道式通風(fēng)方式。

根據(jù)通風(fēng)設(shè)備相關(guān)性能指標(biāo)，隧道通風(fēng)設(shè)備采用SDDY-No14#型多功能變速風(fēng)機(jī)，并對(duì)其實(shí)施防爆改造，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。隧道通風(fēng)方案如圖5所示。在K20+580位置布置4臺(tái)軸流式風(fēng)機(jī)分別向左右幅隧道內(nèi)壓送空氣，并在K20+520橫向通道與右幅隧道內(nèi)設(shè)置射流式風(fēng)機(jī)抽排渾濁氣體。為避免二次襯砌臺(tái)車周邊、橫向通道位置瓦斯匯聚，在襯砌臺(tái)車上方及橫向通道口位置分別設(shè)置2臺(tái)功率為11 kW局扇與功率為30 kW的射流式風(fēng)機(jī)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，洞內(nèi)風(fēng)速及瓦斯含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 瓦斯監(jiān)測(cè)管理

結(jié)合隧道具體情況，編制切實(shí)可行的瓦斯監(jiān)測(cè)方案，科學(xué)實(shí)施監(jiān)測(cè)工作。

（1）為有效提升瓦斯監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和高效性，應(yīng)建立科學(xué)完善的動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并安排專人管控[8]。

（2）系統(tǒng)管控人員應(yīng)全面了解系統(tǒng)運(yùn)行及操控原理，具備熟練操控系統(tǒng)的技能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)告異常情況，從而采取科學(xué)有效的處治措施。

（3）瓦斯動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況直接決定了隧道施工安全，因此應(yīng)對(duì)其實(shí)施全面檢測(cè)，滿足要求后方可投入使用。該監(jiān)控系統(tǒng)功能應(yīng)全面，且應(yīng)具有自動(dòng)報(bào)警功能。當(dāng)無法實(shí)現(xiàn)此功能時(shí)，應(yīng)利用人工方式進(jìn)行預(yù)警。監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行期間應(yīng)定期進(jìn)行維護(hù)，及時(shí)排查并處治異常狀況，保證高效穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）專業(yè)電工定期對(duì)設(shè)備實(shí)施檢修和保養(yǎng)，每7 d對(duì)甲烷傳感器、瓦檢儀進(jìn)行一次檢修，并詳細(xì)記錄檢修情況。檢修過程中，嚴(yán)禁私自改變預(yù)先設(shè)定的技術(shù)參數(shù)。當(dāng)設(shè)備相關(guān)參數(shù)顯示異常時(shí)，系統(tǒng)管控人員全面收集異常情況，報(bào)告專業(yè)電工和檢修人員，共同進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢修，以便準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛?，判定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，從而采取針對(duì)性處治措施[9]。

3.4 瓦斯隧道施工現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)措施

加強(qiáng)隧道通風(fēng)能有效降低洞內(nèi)有害氣體濃度，防止發(fā)生施工安全事故，具體通風(fēng)措施如下：

（1）科學(xué)組織通風(fēng)方案設(shè)計(jì)，根據(jù)瓦斯隧道具體情況，確定最佳通風(fēng)量與風(fēng)速，并依據(jù)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)選擇滿足實(shí)際施工需求的風(fēng)機(jī)、風(fēng)管等設(shè)施，確保實(shí)現(xiàn)最佳通風(fēng)效果，將洞內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃跇?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證隧道施工安全。

（2）隧道施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，通風(fēng)設(shè)備選擇時(shí)應(yīng)全面了解設(shè)備性能，考慮可能出現(xiàn)的異常狀況，并配置充足的應(yīng)急設(shè)備，以有效應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

（3）隧道開挖過程中，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)管理，確保各種通風(fēng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，并積極強(qiáng)化設(shè)備檢修和維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理存在的問題，以有效防止設(shè)備運(yùn)行故障，確保通風(fēng)效果。

（4）通風(fēng)設(shè)備應(yīng)設(shè)置兩套供電線路，并配備風(fēng)電閉鎖設(shè)施。通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行期間，若出現(xiàn)突然停電時(shí)，應(yīng)及時(shí)開啟應(yīng)急電路，啟動(dòng)應(yīng)急通風(fēng)設(shè)備，保證通風(fēng)正常進(jìn)行。同時(shí)，為確保供電安全性和可靠性，應(yīng)配備性能優(yōu)良的自發(fā)電設(shè)施，并建立完備的供電體系，保證供電設(shè)施產(chǎn)生異常狀況時(shí)，依舊能夠持續(xù)、穩(wěn)定供電[10]。

（5）根據(jù)瓦斯涌出量，科學(xué)計(jì)算通風(fēng)量，并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取針對(duì)性通風(fēng)措施。如：針對(duì)低瓦斯隧道，應(yīng)將隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.3%范圍內(nèi)，按照此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)針對(duì)性通風(fēng)方案，以有效確保施工安全。

（6）瓦斯隧道施工時(shí)，局部路段存在較為顯著的瓦斯匯聚區(qū)。遇到此種情形，可增設(shè)小型通風(fēng)設(shè)備，增強(qiáng)局部區(qū)域通風(fēng)效果，以有效防止瓦斯匯聚現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，瓦斯隧道內(nèi)部有害氣體較多，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，施工控制不當(dāng)，極易引發(fā)中毒、窒息、爆炸等事故，嚴(yán)重威脅施工安全。瓦斯隧道施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)隧道布設(shè)情況、開挖深度、斷面尺寸、開挖方式等相關(guān)指標(biāo)，科學(xué)確定通風(fēng)方式，并結(jié)合通風(fēng)設(shè)備性能參數(shù)、隧道實(shí)際通風(fēng)量等指標(biāo)參數(shù)，設(shè)計(jì)針對(duì)性的通風(fēng)方案，有效控制瓦斯等有害氣體濃度，保證施工安全。

參考文獻(xiàn)

[1]陳輝浩. 瓦斯隧道施工通風(fēng)流場(chǎng)特征分析及參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 南寧：廣西大學(xué)， 2022.

[2]王逸， 劉仁剛， 王長(zhǎng)林， 等. 低壓缺氧超長(zhǎng)瓦斯隧道智能通風(fēng)施工技術(shù)研究[J]. 四川建材， 2021（10）： 107-108+111.

[3]張洪旭. 大直徑瓦斯盾構(gòu)隧道施工通風(fēng)技術(shù)研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)， 2021.

[4]項(xiàng)海燕. 超長(zhǎng)瓦斯隧道斜井—單通道組合式通風(fēng)技術(shù)研究[J]. 交通世界， 2021（19）： 99-101.

[5]李小勇. 低瓦斯隧道通風(fēng)方案設(shè)計(jì)[J]. 四川建筑， 2021（3）： 152-155.

[6]熊華濤. 高瓦斯隧道施工通風(fēng)方案設(shè)計(jì)及瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究[J]. 水利與建筑工程學(xué)報(bào)， 2021（2）： 113-119+137.

[7]高梅. 大峽谷隧道進(jìn)口段施工通風(fēng)方案設(shè)計(jì)[J]. 交通節(jié)能與環(huán)保， 2021（1）： 140-143+151.

[8]孟春龍. 高瓦斯隧道通風(fēng)安全技術(shù)[J]. 工程技術(shù)研究， 2019（11）： 22-25.

[9]舒東利， 楊建民， 謝文強(qiáng)， 等. 保安營(yíng)特長(zhǎng)高瓦斯隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)方案研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2019（S2）： 96-105.

[10]鄭仕躍. 高瓦斯隧道壓入式通風(fēng)風(fēng)帶選型及安裝位置優(yōu)化研究[C]//中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)， 長(zhǎng)沙市人民政府. 中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)2021年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2021： 162.