秦嶺2號勘探試驗洞長隧道施工通風技術分析

趙進（陜西省水利電力勘測設計研究院大安監理公司 陜西 西安 710001）

1 前言

引漢濟渭秦嶺2號勘探試驗洞直線2692m，斷面尺寸5.2m×6.3m，綜合縱坡10.03%，行車道坡度11.33%。單面掘進施工，加之與后續主洞施工相連，使得隧道通風距離長、斷面小、坡度大，造成通風難度較大。通風系統是隧洞施工的生命線，是為隧洞內施工人員工作面供給足夠的新鮮空氣，淡化或排除各種有害氣體或巖塵，使其含量降低到《水工建筑物地下開挖工程施工技術規范》(DL/T5099-1999)標準所規定的范圍以內，以為隧洞內施工工作人員創造一個較為適宜的作業環境，同時也為維持其他機電設備正常運行提供必要的條件。通風方案首先必須與隧洞施工組織相協調，并采取“合理布局，優化匹配，防漏降阻，嚴格管理”的綜合管理措施。作為現場監理工程師，為了便于控制施工環節，確保工程施工安全，有必要對隧道施工的通風技術進行全面掌握。

2 施工通風控制條件

隧洞內的空氣中除含有氮氣、氧氣、二氧化碳等成分外，還包含許多對人體有害的成分，如一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫及粉塵、水蒸氣等，有些地區還有甲烷。為了保證隧洞內施工人員的身體健康和機械設備的正常運行，必須保證隧洞內的空氣質量，有毒、有害氣體濃度不超過DL/T5099-1999標準及國家有關標準的要求，同時使隧洞內的溫度、濕度保持在一個合理的水平。

(1)坑道中氧氣含量：按體積計，不得低于20%。

(2)粉塵允許濃度：每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg；含有10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物質的礦物性和動植物性的粉塵為10mg。

(3)有害氣體濃度：一氧化碳不大于30mg/m3。當施工人員進入開挖面檢查時，濃度可為100mg/m3，但必須在30min內降至30mg/m3。二氧化碳按體積計不超過0.5%。氮氧化物換算成二氧化氮(NO2)為5mg/m3以下。

（4）瓦斯(甲烷CH4)濃度：總回風道風流中，應小于0.75%；從其他工作面進來的風流中，應不小于0.5%；開挖面裝藥爆破前，應小于1.0%；開挖面濃度超過2%時，人員必須撤至安全地點。隧道內氣溫不得超過28℃。

（5）隧道施工時，供給每人的新鮮空氣量，不應低于3m3/min，采用內燃機械作業時，1kW功率的機械設備供風量不宜小于1.6m3/min。隧道開挖時全斷面風速不應小于0.15m/s;輔助坑道內不應小于0.25m/s,并不得大于6m/s。

3 通風量計算

3.1 施工人員所需風量

式中,Up——洞內每人所需新鮮空氣量，一般按3m3/min/人計算；

m——洞內同時工作的最多人數（鉆孔、噴錨、襯砌和其它輔助作業同時工作）；

k——通風量備用系數取（1.1～1.5）。

3.2 爆破散煙所需風量

按純稀釋炮煙的理論計算風量：

式中，t——爆破后通風時間(min)；

A——工作面同時爆破最多炸藥量；

V——全巷道容積；

S——巷道凈橫斷面面積；

L——需要通風巷道長度

3.3 洞內最小風速所需風量

式中，Umin——洞內允許最小風速，大斷面掘進≮0.15(m/s)，小斷面和異型斷面掘進≮0.25(m/s)；

3.4 沖淡柴油機械產生的有害氣體所需的風量計算

按單位功率所需風量指標計算：

式中，Q0——柴油機單位功率所需風量指標，1kW的風量不宜小于1.645m3/min；

ΣP——同時在洞內作業的各種柴油

機功率的總和，單位：kW。

4 通風設備的選擇和布置

通風設備的選擇，是確定隧洞內通風效果的關鍵。隧洞內所需最大通風量是選擇通風設備的控制因素，通風機的工作風量和工作全風壓，是選擇通風機的兩個要素，然后據此進行供風管配置和設備布設。

4.1 通風機的選擇

秦嶺2號勘探實驗洞采用單向掘進鉆爆法施工，隧道內巖質為硬質花崗巖，如單循環進尺以3m計，炸藥用量2.3kg/m3，耗藥量較大為3 kg/m3～4kg/m3，通風時間按30min考慮，掌子面所需風量應按洞內要求最小風速、洞內人員需風量和一次爆破后30min排除掌子面炮煙進行計算（取其中的最大值為計算依據）。理論計算：施工人員所需風量為135m3/min，純稀釋炮煙風量為187.73m3/min，洞內最小風速所需風量為589.05m3/min，沖淡柴油機械產生的有害氣體所需的風量為595.49m3/min。由此，秦嶺2號勘探實驗洞所需風量由裝渣運輸時內燃機械所需風量控制，工作面所需風量取Q=595.49m3/min。

考慮漏風而損失的風量，洞外風機的供風總量按公式Q風機=KQ計算。式中，Q風機為風機的供風量，K為漏風系數，取1.3。

即：Q風機=KQ=1.3×595.49=774.14(m3/min)

通風機的工作風壓為：hm=hky+hp(Pa)

確定秦嶺2號勘探實驗洞采用SDDY—ⅢNO5-11型軸流式通風機，其性能見表1。

表1 SDDY—ⅢN O 5-11型軸流式通風機性能參數表

4.2 風管與風機的布置

風管的選用主要考慮風速、風量、造價、耐用性等方面因素。結合本工程的特點，選用的通風管為塑膠材質，管徑110cm，以20m為一節，新型剛性接頭，風管安裝在隧洞頂部中央(或稍偏離中央)部位，先每隔5m打一錨桿孔，風管吊掛每100m撓度不大于150mm，軸向偏差每100m不大于300mm。考慮到隧洞中部空氣凈化所需的時間較長，凈化程度也比工作面差這一因素，采用混合通風的方式，通風機置于洞口，進行壓入式供風。SDDY—ⅢNO5-11型軸流式通風機風機流量為52000m3/h～72000m3/h，電機2×55kW，全壓 3700 Pa～5400Pa，轉速2900r/min，基本滿足目前生產。

5 通風系統的維護

通風系統的經常或定期維護，對于確保通風效果起著至關重要的作用。在秦嶺2號勘探試驗洞施工過程中，施工單位的具體做法有：

（1）項目部制定了隧道通風系統運行管理制度，成立了專門的通風作業班。班內人員有詳細的分工和責任，并在項目部的統一組織下，對通風作業班的全體人員進行了制度培訓學習。要求他們按照作業規程，對通風系統進行經常不間斷維修和更換，根據隧洞工程的進展情況，及時續接通風管的長度，以確保作業工作面的作業環境質量。

（2）根據工程進展，隨時進行作業面空氣質量檢測，根據發現的問題，及時優化通風系統。遇到有害氣體超標嚴重或可能出現危險，立即疏散人員，報項目部領導和現場監理，并進行停工整改。

（3）對于通風系統運行過程中出現的風管下垂、破裂漏風等其他運行故障或問題，進行及時處理，以確保通風系統的正常工況和隧洞內供風的效果。

（4）提高或改善隧洞通風效果，不僅僅要從通風設備上做文章，在具體的施工過程中，秦嶺2號勘探試驗洞的施工單位也采取了以下幾個方面有效方法：鉆爆法施工在打鉆時，加水鉆孔，減少粉塵；加強洞內運渣車輛的經常性保養維修，改善內燃設備硝煙化油設備，以減少廢氣排放量；加強洞內施工道路維修整平，減少車輛運行阻力，避免因加大油門而造成的尾氣排放。

6 結語

隧洞工程施工，搞好通風，對整個工程的施工質量、進度起著很重要的作用。在本次勘探試驗洞施工過程中，通過計算風量來選擇通風機，加強管理，強化控制，確保通風效果，保護了施工人員的健康和安全，達到了施工條件要求。根據現場測定，秦嶺二號勘測洞掘進工作面的通風效果，隨著隧道進尺的不斷加深，在20min～40min不等的時間內，工作面的空氣質量基本可以達到規范規定的標準。鉆孔爆破時停止通風，爆破后及出碴時保持通風，有害粉塵的濃度得到控制，既保證空氣質量，改善了洞內的工作環境，月掘進速度可達150m～200m，保證了工程施工進度。陜西水利

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