隧道施工通風技術探討

馬俊紅

(山西路橋第一工程有限責任公司，山西太原 030006)

0 引言

進入“十二五”以來，我國高速公路路網建設日趨完善，全國通行高速公路里程已達8.5萬 km，隨著科技的進步與經濟市場的日益強大，在建高速公路穿越山嶺重丘日趨增多，長隧道、特長隧道、隧道群、連體隧道等日益成為高速公路建設首選穿越方案。目前高速公路隧道的施工大部分仍采取新奧法施工，鉆爆、排風、出渣、支護再進行下一循環施工成為當前施工階段的必然途徑。在隧道施工中，我們需要關注的是以人為本，一切要從施工人員身體健康與安全出發來考慮隧道施工。基于此，隧道施工中，我們重點要關注其中之一——隧道的施工通風。當前短隧道通常是自然通風，而中長隧道，特別是特長隧道，則必須要細致計算并確定切實可行的施工通風才可以。山西省高平至河南新鄉高速公路在省界處以隧道形式進行對接，其中山西段王莽嶺隧道洞身長1 894.34m，單口掘進長度1 894.34m，本文通過分析王莽嶺隧道通風實踐，使我們重視隧道施工過程中的通風，進一步推進隧道施工的規范化，使其在今后的施工建設中能創造良好施工環境，符合以人為本的宗旨。

1 作業環境的衛生標準

在隧道施工中，因為洞身爆破施工、棄渣運輸等造成洞內產生了鉆眼爆破煙塵、車輛尾氣及揚塵等不良空氣環境，加之隧道施工各種機械設備的運行也給隧道提供了不利于施工人員健康的高溫環境等，這些不利因素的存在極可能給隧道施工的人員造成職業傷害，為此，考慮施工人員的健康，確保隧道各項施工工序有條不紊的進行，我們在中長隧道以及特長隧道施工中就必須采用必要的通風方法來解決不利環境造成的問題。交通部于2009年頒布的JTG F60-2009公路隧道施工技術規范中，專門對隧道施工作業環境的衛生標準作了規定。其中要求氧氣含量不小于20%，隧道內氣溫高于30℃，其他有害氣體濃度、粉塵濃度、噪聲等均做了細致要求。

2 機械通風的方式

目前，絕大部分隧道施工在施工通風中采取的通風方式無外乎這么四種:排風式(或抽風式)、送風式(或壓入式)、送排混合通風方式、利用輔助坑道通風等4種方式。從工程便于管理，經濟上可行角度出發，一般在中長隧道中采用壓入式或者排風式，稍長一些的隧道采取串聯壓入式通風逐段將污染粉塵及汽車尾氣排出，特長隧道在通風中相對就更加復雜，譬如已建成通車的陜西秦嶺特長隧道的通風就通過與巷道式混合通風必選而最終采用了長管路通風方案。王莽嶺隧道縱斷面設計是進口高程高于河南新鄉側隧道交界面(設計為單向縱坡，左線縱坡為－1.4%/－2.34%，右線縱坡為 － 1.35%/－2.5%)，所以，在施工中污染粉塵及汽車尾氣排出更為不易，通過各種方案的必選分析，我們采用了送風式(或壓入式)進行通風。其優點是掌子面能在相對較短的時間內(經過測算每個循環完全排出污染物大約為40 min～50 min)得到足夠的新鮮空氣，下一工作循環能盡早展開，工作效率有所提高;而其缺點是:污染物掌子面后續的其他作業如防水層的鋪設、二襯混凝土的施工等有很大的影響。

3 隧道通風設備的選配

從經濟效益既滿足施工需求出發，王莽嶺隧道通風設備的選配就是在分析風機性能與通風管的能力上進行了比選匹配。選擇適宜于本隧道通風的風機和風管，既避免了片面追求高效率、大風量的風機，又避免了風管與風機的不匹配并在施工中保證了良好的通風效果。在風機的選擇上，我們通過計算選擇了對旋式軸流通風機，從使用效果看，該風機在施工中取得了良好效果。在風管的選擇上，我們選取了運輸存放容易和方便、接長簡單、風阻系數低，漏風率低，直徑為1.5 m～2.0 m的維尼龍膠布風管。

4 施工通風的計算

4.1 壓入式通風方案計算方法

王莽嶺隧道采用壓入式通風方案，施工通風所需風量按洞內同時工作的最多人數、洞內允許最小風速、一次性爆破所需要排除的炮煙量和內燃機械設備總功率分別計算，取其中最大值作為控制風量。由于本隧道施工運輸采用無軌運輸方式，計算以內燃機械設備總功率計算的需風量作為控制風量，再經過管路漏風折算確定所需通風機的總供風量。

4.2 王莽嶺隧道通風計算的有關公式

4.2.1 按洞內最小風速計算

式中:Q——計算風量，m3/min;

V——計算風速，取 V=0.25 m/s;

S——開挖斷面面積，該處按照設計圖紙取 S=98.5 m2，Q=

1 477.5 m3/min。

4.2.2 按洞內可能的同時作業的最多人數計算

其中，Q為計算風量，m3/min;q為洞內每人所需新鮮空氣量，取q=3 m3/min;m為洞內可能的同時作業的最多人數，取m=200 人;R 為風量備用系數，取 R=1.15，Q=690 m3/min。

4.2.3 按洞內同一時間內爆破作業的最多用藥量計算

其中，Q為計算風量，m3/min;A為同時爆破的最大用量，取A=284 kg;b為1 kg炸藥爆破時所構成的CO體積(L)，取b=35;t為通風時間，一般在20min ～40min，取 t=30min，Q=1 656.67m3/min。

4.2.4 按沖淡內燃機械作業排出的廢氣計算

其中，Q為計算風量，m3/min;N為內燃機械的功率;取450 kW;m為內燃機械的數量，取1臺，Q=1 350 m3/min。

4.2.5 風機風量計算

Q=P·Q。

其中，Q為工作面所需最大風量，Q=1 656.67 m3/min;P為漏風系數，此處取P=1%。

P按下式計算:

其中，L為通風長度，m。

壓入式通風最大距離1 894.34 m，經計算P=1.234，所需風機風量為 2 044.33 m3/min。

4.2.6 風阻計算

1)風管流量計算:

式中:Qm——風管流量，m3/s;

Pm——漏風系數;

Q——管端風量，m3/s。

計算結果見表1。

所以風管流量 Qm=1.080 ×27.61=29.82 m3/s。

2)風阻計算。

風阻用下式計算:

式中:α——摩擦阻力系數;

L——風管長度，m;

U——風管周邊長度，取 4.71 m;

S——風管面積，取 1.77 m2;

Qm——風道流量，m3/s;

Q——風管出口流量，m3/s;

ξ——局部阻力系數;

表1 管道漏風計算結果表

4.3 王莽嶺隧道的施工通風

高新高速公路(山西段)王莽嶺隧道全長1 894.34 m，單口掘進施工，隧道施工通風的最長距離將達到單口1 894.34 m，加之設計為單向縱坡，左線縱坡為 －1.4%/－2.34%，右線縱坡為－1.35%/－2.5%，在施工中更不利于排煙除塵，要達到規范的要求，困難比較大。根據施工組織設計，采用上述公式計算結果顯示，采用TZ-140型軸流式通風機通風和直徑為2.0 m的維尼龍膠布風管完全能滿足施工通風需求，此設備的選配為便于今后施工操作提供了便捷，經過兩年的使用，效果良好。

5 對隧道施工通風幾個問題的認識

1)對于獨頭通風距離在2 km左右的，壓入式通風方式較好。對于特長的隧道，采用無射流風機長管路通風方案較好。

2)減少污染源，加強隧道內各種施工機械設備的維護，施工設備采取必要防污染手段，車輛采用有效地尾氣凈化技術。

3)選用大直徑風管可降低摩擦阻力。為克服風管摩擦阻力的影響并且不影響隧道洞內的施工，風管的選擇一般采用大直徑的風管。

通過以上計算可以知道，在隧道施工通風方面，采用大直徑低阻低漏的風管，和采用大風量高風壓的通風機是解決長距離獨頭通風的兩個關鍵問題。總之，隧道施工通風對隧道施工具有重要的影響，這就要求我們必須高度重視，在今后的施工建設中順應技術發展，采取更為科學先進的通風設備及管理方式，以人為本，服務一線施工。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］.

［2］高平至新鄉高速公路高平至陵川段路基第十三合同段兩階段施工圖設計(隧道)［Z］.山西省交通規劃勘測設計院，2009.