向莆鐵路隧道工程地熱災害通風降溫措施及成本研究

周 晶

（昌九城際鐵路股份有限公司 江西南昌 330000）

引言

隨著山區鐵路建設的發展，鐵路隧道不斷增多，施工中遇到的地熱引起高地溫等問題已較為普遍。地熱災害會造成隧道洞內施工環境溫度顯著升高，形成高溫高濕的“桑拿”濕熱施工作業環境。如果長期處在高溫高濕環境下，對人身健康存在較大傷害，必須采取有效降溫措施，改善施工環境。

1 樣本隧道概況

向莆鐵路戴云山隧道、青云山隧道和高蓋山隧道三座單線隧道概況如表1所示。在工程設計和施工過程中揭示三座隧道均存在地熱病害區域。隧道的局部火山巖和侵入巖區及埋深較深的區域為地熱異常區，高地溫直接導致施工環境溫度偏高，屬于存在地溫危害區域。

表1 向莆鐵路3座單線隧道長度及地熱段長度

2 施工組織模型的建立

戴云山、青云山、高蓋山三座隧道設計為單線雙洞隧道，通過斜井或橫通道輔助施工；三座隧道進洞時均為獨頭壓入式通風，具備條件后均采用巷道式通風，因此加強通風按照初進洞0～3000m采用獨頭壓入式通風、進洞3000～4800m采用獨頭壓入式結合巷道式通風、進洞超過4800m采用巷道式通風三個階段建立施工組織模型。

2.1 第一階段隧道獨頭壓入式通風

壓入式通風是指在洞口設置軸流通風機向掌子面壓入新鮮空氣。

左線正洞與右線正洞（輔助坑道）貫通之前，分別在洞口設置壓入式風機，隧道采用壓入式通風。在本階段開挖工作面有2個：左線正洞及右線正洞（輔助坑道）開挖工作面。

在通風系統的供風能力滿足工作面對風量的最大需求前提下，考慮隧道獨頭掘進長度，在隧道開挖洞口正常段時選用2×110kW軸流通風機，隨著隧道掘進長度增加，通風距離不斷加長，在通風距離超過3000m后，由于洞口軸流風機功率不足、風壓損失等原因，隧道洞內掌子面供風量不能滿足需要。在確保風管安裝質量、降低漏風和風壓損失同時，為確保風管的漏風長度得到控制進而做到加大風壓和風量，在距離洞口通風機3000m位置加設一臺2×110kW軸流風機增加送風能力。考慮壓入式通風排風速度較慢，隨著掌子面掘進，在隧道內距離洞口通風機位置每隔1000m增加一臺45kW射流風機輔助排出隧道內污濁空氣。隨著隧道掘進進入地熱環境，為確保作業環境溫度、濕度、空氣流通，增加作業人員舒適度，將洞口2×110kW軸流風機更換為2×132kW軸流通風機加強地熱環境的通風。為了加快地熱環境的風速，隨著隧道掘進，每隔600m設置一臺45kW射流風機。調整通風機的同時應加強施工過程中的通風管理及降塵管理，確保通風效果，創造更好的施工環境。

2.2 第二階段獨頭壓入式結合巷道式通風

巷道式通風是指利用平行導坑或者在成洞地段修建風道作為回風道的通風方式。

此階段采取壓入式結合巷道式通風，通過右線正洞（輔助坑道）輔助左線正洞施工。左線正洞此階段分為“第1工作面”、“第2工作面”兩個區域施工。

“第1工作面”采用獨頭壓入式通風，通風方案仍采用左側線路第一階段通風方案。

首先右線正洞（輔助坑道）在接近“第1工作面”臨近橫通道處設置風門，在風門后設置兩臺2×132kW風機向右線正洞（輔助坑道）內輸送新鮮空氣，考慮漏風長度及風壓損失，在間距2000m左右的位置設置兩臺2×110kW接力風機向右線正洞（輔助坑道）作業面和“第2工作面”繼續輸送新鮮空氣。

排風過程中，“第2工作面”的污濁空氣首先通過橫通道排入右線正洞（輔助坑道），之后沿橫通道排入左線正洞再排出洞外，由于排風巷道在右線正洞（輔助坑道）和左線正洞“第1工作面”區域匯合，大大增加了此區域污濁空氣濃度，因此右線正洞（輔助坑道）和左線正洞“第1工作面”至洞口段增設射流風機用以加快污濁空氣排出洞外，地熱環境間距由正常情況下1000m縮短至600m，以確保隧道內通風效果。

2.3 第三階段雙洞隧道巷道式通風

當隧道掘進超過4800m時，壓入式通風方案已不能滿足洞內施工作業區域供風量要求，左線正洞與右線正洞（輔助坑道）間橫通道已經貫通，具備了巷道式通風的條件，隧道可利用射流風機，把洞口到射流風機的區段變為真正意義上的巷道式通風，在射流風機和開挖掌子面之間采用壓入式通風，在污風道設置射流風機，以加快污濁空氣排出。本階段在兩洞之間橫通道和右線正洞（輔助坑道）洞口方向做風門，利用右線正洞（輔助坑道）做為進風巷道，利用左線做為排風巷道。

3 通風降溫效果

通過三座隧道現場地熱環境和正常環境通風措施和效果對比分析，地熱隧道采取加強通風措施可增大工作區域空氣流動速度，增加隧道洞內工作區域供氧量，有效的降低了作業環境溫度，給工作區域作業人員提供了相對舒適的作業環境，提升了工作效率，效果較好。

4 通風降溫增加費用分析

4.1 采集數據的整理

根據測定和記錄的數據，正常環境溫度下各工序的標準循環平均作業時間乘以對應的施工組織模型不同型號通風設備數量，即可計算出該圍巖正常環境溫度標準循環消耗機械臺班數量。地熱情況下環境溫度各工序的標準循環平均作業時間乘以對應的施工組織模型通風設備數量，即可計算出該地熱環境溫度下標準循環消耗人機械臺班數量。

4.2 通風降溫增加費用分析

將正常環境和地熱環境標準循環消耗機械臺班數量分別折算為機械臺班費用，兩者費用差即為該圍巖一個標準循環進尺地熱環境較正常環境通風降溫增加費用，再根據標準循環進尺長度，折算為該圍巖地熱環境通風降溫每延米增加費用，如表2所示。

表2 地熱隧道通風降溫每延米增加費用

5 結語

在山區長大隧道工程施工中，隨著埋深的逐漸增加，地熱病害也會頻繁出現，造成洞室內高溫高濕，導致施工環境惡化，機械故障率增加，不但降低了施工效率，而且嚴重威脅施工人員的健康和安全。通風降溫是廣泛應用且效果明顯的降溫措施，本文以向莆鐵路建設工程中戴云山、青云山和高蓋山隧道為例，通過對地熱地段通風降溫措施等全過程跟蹤和記實情況對比分析，為后續山區長大隧道高溫高濕環境施工措施及成本提供參考依據。