特長高瓦斯斜井隧道施工通風(fēng)技術(shù)

摘" 要：良好的通風(fēng)系統(tǒng)是保證高瓦斯隧道施工順利進展的關(guān)鍵。該文以某高瓦斯為例，針對高瓦斯現(xiàn)狀及施工難點，從通風(fēng)設(shè)計原則和標準著手，對通風(fēng)方案進行綜合制定，并對不同施工階段的風(fēng)量進行計算?；诖耍瑢Σ煌A段隧道通風(fēng)系統(tǒng)的主風(fēng)機進行選型，并對隧道交叉口及主要通風(fēng)匯流處射流風(fēng)機進行布設(shè)。該文旨在為類似工程施工工藝制定提供參考。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng)；高瓦斯；特長隧道；施工通風(fēng)；施工技術(shù)

中圖分類號：U453.5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0169-04

Abstract： A good ventilation system is the key to ensure the smooth progress of high gas tunnel construction. In this paper， taking a high gas as an example， aiming at the current situation of high gas and construction difficulties， starting from the ventilation design principles and standards， the ventilation scheme is comprehensively formulated， and the air volume in different construction stages is calculated. Based on this， the main fans of the tunnel ventilation system at different stages are selected， and the jet fans at the tunnel intersection and the main ventilation confluence are arranged. This paper aims to provide reference for the formulation of construction technology of similar projects.

Keywords： ventilation system; high-gas; extra-long tunnel; ventilation; construction technique

通風(fēng)對隧道工程的安全施工至關(guān)重要，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善深入，隧道施工通風(fēng)技術(shù)也取得了尤為突出的成效。隨著我國交通線路規(guī)模的不斷擴大，以及線路覆蓋范圍內(nèi)地形地質(zhì)條件的復(fù)雜性，特長隧道施工成為線路施工的重要組成部分，且呈日益增多趨勢，與此同時特長隧道施工帶來的通風(fēng)問題也愈發(fā)嚴重，尤其在不良地質(zhì)條件下，特長高瓦斯隧道施工的通風(fēng)問題更為突出[1-2]。在特長高瓦斯隧道施工時，良好的通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)方案制定是稀釋和排放瓦斯的主要手段，是防止瓦斯事故發(fā)生和保護人員身心健康的重要工序，為此，通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用要同時兼顧隧道施工區(qū)段地質(zhì)條件、消除和降低瓦斯對施工的影響、施工過程的通風(fēng)安全保障以及通風(fēng)方案的經(jīng)濟合理等多方面因素[2-3]。

1" 工程概況

本文以某高鐵線路隧道施工為例，該隧道為斜井施工，斜井全場2 025 m，坡度10%，該段隧道與左線隧道交于D2K97+700里程處。該隧道工區(qū)絕對瓦斯涌出量大于3.0 m3/min，按照TB 10120—2019《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》，將隧道工區(qū)確定為高瓦斯工區(qū)，并按照高瓦斯工區(qū)進行施工管理。受高地應(yīng)力影響，炭質(zhì)頁、板巖發(fā)生了嚴重大變形，約1 000 m，變形段采用加強支護措施后趨于穩(wěn)定，但對應(yīng)正洞段落施工后，又加劇了平導(dǎo)的變形，同時，正洞靠近平導(dǎo)側(cè)變形嚴重，洞群效應(yīng)明顯。隧道開挖采用光面爆破技術(shù)，有效爆破深度取2.0 m，單位體積巖石炸藥用量取0.85 kg/m3。最大開挖斷面積105 m2，施工采用內(nèi)燃機械作業(yè)，無軌運輸出渣。自卸汽車隧道內(nèi)設(shè)計標準車速為10 km/h，斜井及單車道巷道運輸時，車速為5 km/h。壓入式通風(fēng)管選用PVC增強塑纖布拉鏈式Φ1.0～1.8 m高強度、抗靜電、阻燃柔性風(fēng)筒，每節(jié)長度20 m，模板臺車至通風(fēng)機處風(fēng)筒每節(jié)20 m，二襯臺車至掌子面風(fēng)筒每節(jié)10 m，柔性風(fēng)筒百米漏風(fēng)率P100取1.0%～2.0%。斜井工區(qū)大里程為17.8‰單面上坡，1號泄水洞交叉口與26#左線大里程超前作業(yè)面距離5 000 m，自然壓差為89 m。

2" 通風(fēng)設(shè)計

2.1" 通風(fēng)設(shè)計原則

1）遵循鐵路隧道現(xiàn)行有關(guān)規(guī)程、規(guī)范，參考煤礦現(xiàn)行有關(guān)規(guī)程、規(guī)范。

2）設(shè)計的隧道施工通風(fēng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟，各用風(fēng)地點風(fēng)量配備應(yīng)合理，風(fēng)量、風(fēng)速、瓦斯及其他有毒、有害氣體濃度應(yīng)符合要求。

3）盡量采用雙級或多級調(diào)速軸流式通風(fēng)機，選取較大直徑的通風(fēng)管道。當(dāng)需要風(fēng)量大時，采用雙級或多級運轉(zhuǎn)，通風(fēng)機以高轉(zhuǎn)速運行；當(dāng)需要風(fēng)量較小時，采用單級運轉(zhuǎn)，通風(fēng)機可以較低轉(zhuǎn)速運行。

4）同一工區(qū)配置的通風(fēng)設(shè)備型號、規(guī)格不宜過多、過雜，射流風(fēng)機數(shù)量亦不宜過多。

5）根據(jù)隧道施工圖設(shè)計，施工通風(fēng)應(yīng)根據(jù)隧道長度、斷面大小、施工方法和施工設(shè)備配套等綜合考慮。洞內(nèi)獨頭掌子面采用獨頭壓入式通風(fēng)，洞內(nèi)掌子面退回第二橫通道以后段落采用巷道式通風(fēng)。

6）堅持“以人為本、改善環(huán)境、確保安全、節(jié)約能源、節(jié)約投資”的設(shè)計原則。

2.2" 通風(fēng)設(shè)計標準

通風(fēng)設(shè)計標準主要依據(jù)職業(yè)健康及安全標準，以及TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》和《煤礦安全規(guī)程》等對施工人員新鮮風(fēng)量需求、防止瓦斯積聚的風(fēng)速要求等，結(jié)合隧道瓦斯含量等實際情況，進行通風(fēng)設(shè)計。確定隧道高瓦斯工區(qū)每人供應(yīng)新鮮空氣不小于4 m /min，采用內(nèi)燃機械作業(yè)時，供風(fēng)量不應(yīng)小于4 m3/（min·kW），施工最低風(fēng)速應(yīng)大于等于0.30 m/s，防止瓦斯局部積聚的風(fēng)速不宜小于1 m/s。

2.3" 通風(fēng)方案選擇

鐵路隧道施工通風(fēng)方式按照風(fēng)道的類型和通風(fēng)機安裝位置，可分為風(fēng)管式通風(fēng)和巷道式通風(fēng)2種類型。在TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，施工通風(fēng)方式可根據(jù)獨頭通風(fēng)長度、斷面大小、施工方法、有害氣體濃度和設(shè)備條件等采用壓入式、吸出式（抽出式）、巷道式或混合式通風(fēng)，高瓦斯和瓦斯突出工區(qū)宜選用巷道式通風(fēng)。而對于煤礦井巷施工通風(fēng)來講，按照主風(fēng)機的安裝位置可分為抽出式、壓入式、抽壓混合式3種，但在煤礦瓦斯礦井中一般不允許采用壓入式通風(fēng)方法。綜合隧道和礦山通風(fēng)技術(shù)要求，以及現(xiàn)階段通風(fēng)系統(tǒng)改造工作量及安全風(fēng)險等因素，確定隧道施工總體采用“全機械式壓入通風(fēng)方法”：①主風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)。在1號泄水洞口主風(fēng)機，左線小里程交叉口處增設(shè)風(fēng)門，右線小里程和泄水洞作為進風(fēng)巷道，主風(fēng)機安裝在右線52#橫通道前端形成正壓壓風(fēng)，提高“平導(dǎo)+右線大里程段”的整體進風(fēng)量。②局部風(fēng)機（軸流式）通風(fēng)方式。在泄水洞主風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)的前提下，根據(jù)不同施工階段組織需求，針對性地調(diào)整各局部風(fēng)機位置和風(fēng)管布置，使其局部風(fēng)機在新鮮風(fēng)通道上“直接取風(fēng)”，而后經(jīng)風(fēng)筒供向各施工作業(yè)面，隨后污風(fēng)經(jīng)各回風(fēng)通道返回至主通風(fēng)通道上，后隨主回風(fēng)系統(tǒng)出洞。③備用通風(fēng)通道。當(dāng)隧道主通風(fēng)機維修保養(yǎng)或故障損壞停風(fēng)時，應(yīng)確保施工現(xiàn)場所有施工全部停止并撤離施工人員。

2.4" 通風(fēng)風(fēng)量計算

通風(fēng)風(fēng)量計算主要基于主風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)單個施工作業(yè)面進行計算分析。單個施工作業(yè)面風(fēng)量計算考慮因素主要包括：同時段作業(yè)人數(shù)風(fēng)量需求、洞內(nèi)允許最小風(fēng)量要求、爆破作業(yè)排煙風(fēng)量、瓦斯治理排放風(fēng)量需求和內(nèi)燃機機械風(fēng)量需求等。

1）按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算風(fēng)量，同時工作人數(shù)N選擇16人，風(fēng)量備用系數(shù)K1=1.2，每人呼吸所需風(fēng)量q=4 m3/min，按照式（1）進行計算，得到工作面最多人數(shù)風(fēng)量為77 m3/min。

掌子面需風(fēng)量計算結(jié)果取最大值為1 254.6 m3/min（洞內(nèi)允許最小風(fēng)速要求計算風(fēng)量）；綜合考慮躍龍門隧道復(fù)雜線型、特長型隧道特點，結(jié)合考慮瓦斯隧道備用系數(shù)要求，此處計算按照1.25倍取值，故Q=1 254.6×1.25=1 568.25 m3/min。按照掌子面最大需風(fēng)量1 568.25 m3/min反推計算，隧道風(fēng)速驗算：獨頭壓入式通風(fēng)時隧洞內(nèi)風(fēng)速為v=Q/L/S=1568.25/60/69.7=0.375 m/s，洞內(nèi)允許最小風(fēng)速為0.375 m/s＞0.25 m/s，符合規(guī)范要求。

以此對隧道施工不同階段通風(fēng)需風(fēng)量進行計算如下：①第二階段（57#—60#外移平導(dǎo)未貫通前）各施工作業(yè)面風(fēng)機吸風(fēng)量為15 087 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為16 595.7 m3/min；②第三階段（57#—60#外移平導(dǎo)貫通后）各施工作業(yè)面風(fēng)機吸風(fēng)量為15 090 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為16 599 m3/min；③左線24#—25#區(qū)段貫通后，原左線24#大里程的1#通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)至左線26#小里程作業(yè)面，調(diào)整3#通風(fēng)系統(tǒng)（左線26#大里程作業(yè)面）改移至外移平導(dǎo)58#處風(fēng)室，經(jīng)由61#和27#橫通道將新鮮風(fēng)送入左線26#大里程作業(yè)面，各施工作業(yè)面風(fēng)機吸風(fēng)量為15 027 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為16 529.7 m3/min；④第五階段（左線26#大里程貫通、外移平導(dǎo)大里程貫通后）隧道施工通風(fēng)作業(yè)面減少，通風(fēng)難度減少；調(diào)整1#通風(fēng)系統(tǒng)到右線60#小里程作業(yè)面，調(diào)整3#通風(fēng)系統(tǒng)由左線到右線64#大里程增開作業(yè)面。各施工作業(yè)面風(fēng)機吸風(fēng)量為13 419 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為14 760.9 m3/min。

3" 隧道施工通風(fēng)設(shè)備選型

3.1" 隧道通風(fēng)系統(tǒng)主風(fēng)機選型

根據(jù)支護形式、施工斷面、斷面凈周長、隧道長度、風(fēng)量、阻力系數(shù)、通風(fēng)阻力、風(fēng)速和計劃風(fēng)量等對隧道施工不同階段通風(fēng)阻力（主通風(fēng)回路）進行計算：①第二階段（57#—60#外移平導(dǎo)未貫通前）通風(fēng)阻力為1 998.324 Pa；②第三階段（57#—60#外移平導(dǎo)貫通后）通風(fēng)阻力為2 048.808 Pa；③第四階段通風(fēng)阻力為1 991.088 Pa。按照隧道1號泄水洞口與3號斜井洞口標高差約205.5m（3號斜井洞口標高1 283.002 m-1號泄水洞口標高1 077.456 m=205.546 m），自然風(fēng)阻為200 Pa。綜上所述，隧道施工最困難時期的風(fēng)量為 16 529.7 m3/min，摩擦風(fēng)阻為2 048.808 Pa，自然風(fēng)阻為200 Pa，總風(fēng)阻為2 248.808 Pa。通過計算，主風(fēng)機功率取值在610～690 kW區(qū)間，需結(jié)合隧道工程實際情況，合理選擇主風(fēng)機功率，主要通風(fēng)機的工作阻力為0.029 6，為此主風(fēng)機選型選擇FBCDZ-12-No.34-2X315 kW。根據(jù)各階段施工組織中輔扇風(fēng)機配置設(shè)備參數(shù)，一律采用礦用防爆軸流風(fēng)機（1臺工作、1臺備用）；風(fēng)筒選用高強度、防爆、抗靜電和阻燃柔性風(fēng)筒（選用PVC增強塑纖布拉鏈式柔性風(fēng)筒，具有較大的抗拉強度和較小的伸長率，接頭方式新穎，使用方便，重量輕，易安裝，破損較少，徑向變形小，能有效減少漏風(fēng)和通風(fēng)阻力）。

3.2" 隧道交叉口及主要通風(fēng)匯流處射流風(fēng)機布設(shè)

第二階段：射流風(fēng)機主要安裝在24#橫通道、58#橫通道及轉(zhuǎn)外移平導(dǎo)、25#橫通道及59#橫通道與中間平導(dǎo)、26#橫通道及60#橫通道與中間平導(dǎo)交叉口匯流處；本階段射流風(fēng)機總臺數(shù)為7臺。

第三階段：射流風(fēng)機主要安裝在外移平導(dǎo)與58#、59#、60#、61#橫通道交叉口匯流處；同時24#橫通道、58#橫通道及轉(zhuǎn)外移平導(dǎo)、25#橫通道及59#橫通道與中間平導(dǎo)、26#橫通道及60#橫通道與中間平導(dǎo)交叉口匯流處。本階段射流風(fēng)機總臺數(shù)為13臺。

第四階段：射流風(fēng)機主要安裝在外移平導(dǎo)與58#、59#、60#橫通道交叉口匯流處；同時24#橫通道、58#橫通道及轉(zhuǎn)外移平導(dǎo)、25#橫通道及59#橫通道與中間平導(dǎo)、26#橫通道及60#橫通道與中間平導(dǎo)、61#及27#橫通道、62#及28#橫通道交叉口匯流處。本階段射流風(fēng)機總臺數(shù)為17臺。

第五階段：射流風(fēng)機主要安裝24#橫通道、58#橫通道、25#橫通道、59#橫通道、26#橫通道、60#橫通道、27#橫通道、28#橫通道、29#橫通道、30#橫通道、62#橫通道、63#橫通道、64#橫通道與左右線交叉口匯流處。本階段射流風(fēng)機總臺數(shù)為14臺。

按照最困難時期通風(fēng)階段方案測算，射流風(fēng)機總臺數(shù)為17臺。

4" 結(jié)束語

為了有效避免因通風(fēng)系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致瓦斯災(zāi)害影響施工安全，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計和通風(fēng)設(shè)備選型、通風(fēng)方案制定要充分結(jié)合瓦斯涌出的實際情況，結(jié)合人員、設(shè)備應(yīng)用、各階段通風(fēng)難易程度等對通風(fēng)系統(tǒng)進行完善，并且制定嚴格的通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控制度，以及瓦斯災(zāi)害防控體系，強化施工安全防控。

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