淺談隧道施工通風

龐新剛

隧道施工中,由于鉆眼、炸藥爆破、裝渣、噴射混凝土、內燃機械和運輸汽車的排氣、開挖時地層中放出的有害氣體等因素,使洞內狹窄空間的空氣非常污濁,對人體的健康影響較嚴重。因此,必須向洞內供給新鮮空氣、更換和凈化坑道內的空氣,供給洞內足夠的新鮮空氣,稀釋、沖淡和排除有害氣體和降低粉塵濃度,以改善勞動條件,保障施工作業人員的身體健康、保證正常的安全生產,并提高勞動生產率。月湖泉隧道左右線進口段單洞長2 500 m,采用單口掘進的方式開挖,因此,必須制定好合理的通風方案,設置專門的通風管理機構和專職人員,負責通風系統的管理、設備檢修、測試風速、風量和有害氣體的濃度等工作。認真按有關規范、規程管理好通風,確保施工進度。

1 通風方案

洞內通風采用多級管道壓入式通風,在兩洞口各設1臺大功率軸流式通風機,在洞內距洞口1 250 m處再串聯1臺大功率軸流式通風機,在工作面附近設局扇加強工作面的通風效果,風管均采用直徑為1.2 m的軟管。

2 風量計算

該隧道施工期間需要的風量根據隧道內同時工作最多人數、爆破作業、洞內最小風速、內燃機械所需的通風量分別進行計算,并取其最大值作為設計風量。

1)按洞內同時工作的最多人數的需風量計算。

其中,Q1為計算風量,m3/min;q為洞內每人每分鐘所需的新鮮空氣量,m3/min,按4 m3/min計;m為洞內同時工作的最多人數(鉆孔、噴錨、襯砌和其他輔助作業同時工作),按70人計;k為風量備用系數,取1.15。

2)按洞內同時爆破用炸藥量計算風量。

其中,t為通風時間,min,長隧道按60 min計;A為同時爆破的炸藥量,kg,全斷面開挖時,A=319 kg;S為隧道斷面積,m2,代表性開挖斷面按90 m2;L為通風區段長度,m,按隧道一半考慮,取L=1 250 m。

3)按洞內最小風速計算風量。

其中,Q3為開挖工作面所需風量,m3/min;S為開挖斷面積,m2,取 S=90 m2;V為最低風速,取 V=0.25 m/s。

4)按洞內使用內燃機械計算風量。

其中,Q0為柴油機單位功率所需風量指標,1 kW的風量不宜小于1.645 m3/min;∑P為同時在洞內作業的各種柴油機功率的總和,kW,經統計取 ∑P=810 kW。

根據計算結果可知,本隧道所需風量由洞內爆破計算風量控制,工作面所需風量 Q=2 070 m3/min,考慮漏風而損失的風量,故洞外風機的供風總量應為:

其中,Q為計算所需風量;P為漏風系數,取P=1.10。

3 風壓計算

通風機的靜壓在數值上等于風管沿程摩阻力損失和局部阻力損失。在一般情況下摩擦阻力是主要的,管道通風時,局部阻力一般可考慮增加5%～10%,本隧道采用管道壓入式通風,管道摩擦阻力按下式計算:

其中,H為管道摩擦阻力,Pa;L為管道長度,m,通風區段按隧道一半考慮取 L=1 250 m;α為管道摩擦阻力系數,取 0.000 23;Q為風量,m3/s,Q=41.4 m3/s;d為風管直徑,m,取d=1.5 m;g為重力加速度,g=9.81 m/s2。

總摩擦阻力:H總=1.1H=1.1×4 137=4 551 Pa。

4 通風機的選擇和布置

根據以上計算,月湖泉隧道每個洞口選用1臺ZWS-5.6型軸流式通風機,在洞內1 250 m處串聯1臺做主風機。通風機技術性能見表1。

表1 通風機技術性能表

5 安裝風機

風機安裝在洞口上風方向,支架要穩固結實,避免運轉時振動搖晃,風機和風管接口處法蘭間加密封墊,以減少局部漏風。

6 安裝風管

1)使用風管前,要進行外觀檢測,保證無損壞。2)掛設風管要平、順、直。在作業時,先由測工在拱頂測出中線位置,并每隔5 m標出錨桿位置。臺車打眼后安裝錨桿。3)布設φ 6鋼筋拉線,用緊線器拉緊,風管吊線在拉線下。為避免φ 6鋼筋受沖擊波振動,洞內潮濕空氣腐蝕等原因造成斷裂,須間隔一個錨桿增設1個φ 10尼龍繩吊掛圈。4)為避免爆破對新風管產生破壞,風管末端安放舊風管,風管出口距工作面控制在50 m左右。

7 通風系統的維護

1)通風機要有專人值守,按規程要求操作風機。2)風機盡量減少停機次數,發揮風機連續運轉性能。本工程采用對旋風機,為減少風機啟動時的氣錘效應對風管的沖擊破壞,要求采用分級啟動。3)洞內因滲水和溫度變化的影響,風管內會有積水,要每月排水一次。4)對于嚴重破損而不能修復的管節,必須及時更換。

8 施工通風監測

施工通風監測要根據需要進行,也可安排定期檢測。同時根據檢測結果對通風系統進行改進。為加強通風效果,在隧道每個工作面設局扇。在主風管末端附近安設局扇,用局扇把新鮮空氣送到開挖工作面,局扇風管采用φ 800 mm軟管,掛在邊墻拱腳附近,其臺數根據實際需要決定。洞內管線布置示意圖見圖1。

[1]杜維東.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2007.

[2]重慶交通科研設計院.晉濟高速公路月湖泉隧道設計圖紙[Z].2000.

[3]王立琛.長大公路隧道施工通風技術研究[J].山西建筑,2009,35(11):317-318.