延安黃河引水工程楊家山隧洞通風方案

張引平

（延安市黃河引水工程建設管理處 陜西 延安 716000）

1 概況

位于延安市延川縣的黃河引水工程是陜西省委、省政府確定的全省“雙網”聯合調度重點供水工程和省重點水利工程，是延安市“十二五”規劃建設的重大水源工程。其關鍵環節就是楊家山輸水隧洞，全長11.34km。因為較長，所以設置了10個工作面，分5個標段施工。隧洞為圓拱直墻型，斷面尺寸寬2.5m，高3.05m。輸水隧洞進口位于柏樹坬山塬上，出口位于清澗河左岸坡。工程采用鉆爆法施工、全斷面開挖及小型運輸車運輸進行施工，整個工程于2011年11月開工建設。

2 施工中通風遇到問題

由于楊家山輸水隧洞較長，且工程量大，所以施工中的通風特別重要。因為其地質結構復雜，隧洞離地面埋藏較深，使得隧道施工通風較難，其技術難點主要表現在以下幾個方面:

（1）原設計施工裝渣為耙渣機，實際開挖中發現，部分石渣粒徑較大，以至耙渣機無法滿足施工要求，我們改為小型裝載機出渣，氧氣消耗量加大，加大了通風需求量。

（2）原設計施工出渣為農用三輪車，由于該標段有斜井，而且坡比較大，農用三輪車安全性較差，因此，我們實際采用小型四輪農用汽車進行運輸，也加大了氧氣的消耗量，對通風效果提出了更高要求。

（3）設計斜井及主洞斷面尺寸較小，寬×高為2.5m×3.05m，洞內采用小型運輸車運輸，運輸設備的寬×高為1.8m×2.2m，剩余空間很小，還要布設風、水、電路，再安通風管，實際工作斷面更小，根本無法安裝吸風管及設備，同時由于施工過程中風帶損壞較嚴重，風損較大，以至通過斜井送入主洞的風量明顯不足，洞內空氣質量無法保證，隨著開挖進尺的加大，極可能造成洞內缺氧。

（4）單口通風距離長；斜井與主洞交點至Ⅱ、Ⅳ兩標段交匯點的距離達2160m，加上李家溝斜井約728m，單口通風距離長達2888m，使得通風速度慢、效果不佳。

（5）進入主洞后，上下游兩個掌子面同時開挖，如果洞外送風量不足，極有可能形成上下游煙氣串流的現象，非常不安全。

（6）洞內氣壓小于洞外，且斜井與主洞高差超過50m，會造成洞內煙氣不能排除或者排除緩慢的問題。

（7）無法增設豎井通風的方案，由于Ⅲ標段主洞埋深較大，基本在150m左右，而且打井的位置都只能選在山上，施工難度大，工期長，不可能及時解決洞內的通風排煙問題。

（8）原設計的通風方案，通風經過斜井在交接處轉彎再送到主洞工作面上，風量明顯不足，以致洞內空氣質量極差，作業人員的健康及安全受到直接影響，而且隨著施工掘進深度的進一步加大，問題將會更嚴重。

3 通風設計方案

隧道施工中常用的通風方法有機械法、巷道法、管道法，其中管道法按其送風方法可分為壓入法、吸出法、混合法三類。壓入法的優點是排污濁空氣速度快，安裝拆卸簡單方便，缺點是空氣通過全部通道；吸出法的優點是施工操作點空氣快速凈化，空氣質量較高，但是風機需要頻繁地移動，噪音污染大，管道易漏風且會造成重復污染；混合法雖然是施工隧道通風中最佳的，空氣質量好、速度快，但是受施工隧道的空間限制，難以實施。根據楊家山隧道的實際施工情況，綜合考慮多種制約因素，認為壓入法較為合理、可行。針對施工通風中存在的問題，我們主要從以下幾個方面去解決。

3.1 洞內的溫度與風速及空氣標準

在洞內實施機械施工，會產生大量的熱量，增加洞內空氣的稀薄程度。因此，我們要以通風速度來降溫。其中溫度與風速及空氣標準按照我國《水工建筑物地下開挖工程施工技術規范》（DL/T5099-1999）的規定，根據不同的溫度，按表1調節洞內的風速，以提高散熱效果，但工作面附近的最小風速不得低于0.15m/s，最大風速也不得大于4.0m/s。

規范規定洞內每個作業人員應供新鮮空氣3m3/min。洞內空氣中氧含量為10%以上，游離SiO2粉塵的最高濃度為2mg/m3。

3.2 通風量分析

3.2.1 施工通風分析

根據施工經驗及國內外有關資料介紹，在獨頭巷道掘進時，如爆破后立即開始通風，當采用電雷管起爆時，則炮煙的擴散距離為25m左右。在爆炸的瞬間及之后數分鐘內，被炮煙污染的僅是距工作面幾十米的隧洞空間。如能采取有效措施，及時將炮煙控制在拋擲距離附近，防止擴散，則能大大減少排煙所需的通風量，縮短通風時間，且可減輕或避免污染整個隧洞。

3.2.2 設計參數

（1）開挖斷面積S=10.48m2；

（2）一次開挖進尺2.0m；

（3）一次爆破用藥量G=64kg；

（4）洞內最多作業人數15人；

（5）爆破后的通風排煙時間t=30min；

（6）通風管（筒）直徑d=0.8m；

（7）空氣質量密度C=1.2kg/m3；

（8）重力加速度g=9.8m2/s；

表1 溫度與風速的關系

圖1 通風排煙方案圖

（9）風管（筒）一個接頭的漏風率Pt=0.003。

3.3 通風方式與布置

3.4 通風量計算

施工人員所需風量：Vp=upmk

式中，Vp——施工人員所需風量，m3／min；

Up——洞內每個人所需新鮮空氣量，為3m3／min；

m——洞內同時工作的最多人數，取m=15；

k——風量備用系數，取用1.10～1.15。

則 Vp=3×15×1.15=52（m3／min）。

按洞內要求最低風速所需風量：

式中，V1——工作面設計風量，m3/min；

V——最小風速，m3；

S——最大斷面積。

則 V1=0.15×10.48×60=94.32m3/min。

按稀釋爆破炮煙計算風量：

式中，t——通風時間，取20min；

G—一次爆破用藥量，取64kg；

L——從工作面至炮煙稀釋到允許濃度的距離，即臨界長度，取100m；

A——開挖斷面積10.48m2。

則 V2=246.03（m3／min）。

通過上述計算，稀釋爆破炮煙所需風量最大，故V=246.03m3/min作為風管的末端風量。

3.5 導風裝置形式選擇

導風裝置可根據制造材料的不同，分成由帆布、人造革、塑料及膠皮等做成的柔性風筒和由鐵皮、鋁板等做成的金屬風管。根據本工程的特點，決定選用帆布風筒，它具有重量輕，連接、懸吊方便等特點。選擇風筒時，要考慮風筒的漏風率和風阻。

3.6 選擇通風機

選擇通風機主要是依據風量和風壓，以及確定在這樣的風量和風壓條件下通風機的功率。我國目前生產的隧道開挖通風機都是配套設備，只要由供風量和風壓選定相應的設備就行了，不需計算動力。通風機有軸流式和離心式兩種，出廠產品都有主要技術性能說明書或附有通風機特性曲線，因此，可以按計算出的QI和全負壓H從產品說明書中選取；或根據H=R給出風筒特性曲線，找出它與通風機特性曲線的交點，即工況點，選取所需的通風機。結合本工程特點，選用軸流式通風機，因其比離心式通風機體積小，安裝方便，效率也高，但噪音較大。

4 通風方案的實施

（1）經計算可知，在斜井施工時，洞口選擇SDFNO8/Ⅱ的風機能滿足斜井施工要求。

（2）當主洞施工時，通風經過斜井在交接處轉彎再送到主洞工作面上，風量明顯不足，以致洞內空氣質量極差，作業人員的健康及安全受到直接影響，而且隨著施工掘進深度的進一步加大，問題將會更嚴重。因此，為了保證洞內作業人員的安全，保證工程能夠順利按期完工，在主洞施工期間，通風方案變更為斜井洞口采用SDF№10/Ⅱ的風機供風，以加大洞外供風量，斜井段通風管采用φ800mm負壓變形導風筒，以減小風損。

（3）主洞開挖至一定距離后，會采用雙掌子面同時施工，此時單口通風就會出現串風現象，所以在斜井樁號0+691處，垂直主洞軸線方向開挖一通道，與主洞相交，做20m隔斷，用50cm磚墻封堵，將風送入隔斷內，再向上下游工作面送風，上下游各選用1臺SDF№8/Ⅱ軸流通風機送風，風管用φ800mm帆布風帶，如圖1所示。

5 結語

小斷面的隧洞施工通風一直是我國地下工程施工中常遇到而又難以解決的問題，特別是像楊家山輸水隧洞這樣小的斷面、如此長的距離，極其困難的施工通風環境，沒有先例。此項通風技術的成功應用，在國內水電基建工程越來越多的情況下，具有非常積極的實踐意義。一是極大地改善了施工環境，保護了施工人員的健康和安全；二是大大縮短了爆破后的通風排煙時間，加快了施工作業循環，保證了整個工程進度；三是節約了成本，創造了經濟效益。陜西水利