隧道與地下工程施工通風特性及關鍵技術研究

張永宏

（中交第一公路工程局有限公司， 北京 100024）

1 地下工程施工通風影響參數

（1）通風動力參數

風機參數涵蓋了風機型號、電機功率、反風方法、反風率等；風機運行參數涵蓋了風機啟動停止、調節(jié)、電機功率、風壓等。局部通風機參數和軸流風機參數之間并沒有明顯的差異，有效射程、吸程也在其內[1]。

（2）洞室參數

涵蓋了:洞室開挖的規(guī)模及形狀、洞室開挖斷面尺寸、洞室挖掘的實際長度、洞室挖掘的尺寸等。

（3）爆破參數

涵蓋了單位炸藥消耗量、超鉆系數、炮眼鉆孔排距、鉆孔孔距等。

（4）機械設備參數

對通風造成影響的設備各項參數如下：洞內裝載機、挖掘機、臺車等的數量及具體型號。

（5）通風布置參數

通風規(guī)劃中風機、風管、通風道的實際布設狀況。

（6）風流品質參數

地下項目作業(yè)通風風流等級包括施工人員的人體熱舒適性及地下洞室內空氣質量等。

（7）需風量影響參數

①洞室內施工作業(yè)人員所需風量

一般來說，能夠基于公式（1）來分析地下項目的實際需風量。

②地下洞室內爆破排煙所需風量

壓入式通風需風量計算見式（2）。

混合式通風需風量計算見式（3）。

式（3）中：Qb-地下洞室內爆破排煙所需風量，m3/min；A-同時爆破炸藥用量，kg；t-通風時間，min。

爆破掌子面后，將洞內有害氣體稀釋到規(guī)定濃度范圍的時間是15～30min，并且運用獨頭壓入式的通風手段，L是隧洞長度，Lk是有效射程。假如L＜Lk，取L；假如L＞Lk，取Lk ，Lk=400A/l。

③對洞內施工設備排出廢氣進行稀釋所需風量

對洞內施工設備排出廢氣進行稀釋所需風量計算見式（4）。

式（4）中：Qg-稀釋內燃機排煙需風量，m3/min；m -單位功率通風計算系數，即單位時間范圍內單位功率需風量；洞內計算區(qū)域施工設施總功率；高程修正系數。

④洞內最小風速需風量

洞內最小風速需風量計算見式（5）。

式（5）中得到地下洞室內最小風速時的實際需風量，m3/min地下洞室內最小允許風速，洞室開挖斷面是其影響因素，全斷面隧道一定要＞0.15 m/s，并且在分步挖掘的條件下，并且挖掘小斷面導洞時，一定要控制洞內風速＞0.25m/s，但6m/s是其最大值；-隧洞最大橫斷面面積，m2。

2 工程概況

張家口到呼和浩特鐵路華北北部境內，呈東西走向。線路東起河北省張家口市張家口南站，經河北省萬全縣、懷安縣、尚義縣后進入內蒙古自治區(qū)，經烏蘭察布市興和縣、察哈爾右翼前旗、集寧區(qū)、卓資縣，西迄于呼和浩特市呼和浩特東站。

項目部承擔施工的區(qū)段為ZHZQ-5標段一分部，新建張家口至呼和浩特鐵路站前工程ZHZQ-5合同段一分部，起始地點是集寧新區(qū)6間房村，和ZHZQ-4合同段在DK167+550連接，之后經察哈爾右翼前旗止于卓資山縣蘆家卜子村，樁號DK179+950，路線長度達到12.4km。

3 施工通風技術

3.1 施工通風控制條件

隧道內氧氣含量：根據體積進行計算，一定要控制在20%以上；

（1）粉塵允許濃度范圍：空氣中含有＞10%的游離二氧化硅粉塵是2mg/m3；＜10%的游離SiO2的水泥粉塵是6mg/m3；并且SiO2≤10%，無毒物質的礦物性及動植物性粉塵是10mg；

（2）有害氣體濃度：CO1≥30mg/m3。假如，施工人員開始檢測開挖面，濃度就為100mg/m3，可是一定要在30min以內降低到30mg/m3；

CO2：根據體積進行計算，＜0.5%；

氮氧化物換算為NO2，＜5mg/m3；

隧道內溫度控制在28℃以下；

隧道開挖之前，供給每個施工人員的空氣量，一定要＞3m3/min；

隧道挖掘的過程中，全斷面風速一定要控制在0.15m/s以上，并且坑道內應該控制在0.25m/s以上?？墒且欢ㄒ?m/s。

3.2 風機選擇

基于上述通風把控條件來對所需風機風量、風壓進行計算，并且運用最佳的通風方式及風機。圖紙設計風管選擇規(guī)格為φ1.5m的拉鏈式軟管，能夠依照所獲得的計算結果，運用最合適的風管直徑。

3.3 通風注意事項

（1）通風管和工作面之間的直線距離：獨頭壓入式通風管的出風口和工作面之間的直線應該＜15m[2]。

（2）通風機要安設保險設備，加入出現(xiàn)故障實踐，就會自動觸發(fā)停機程序。

（3）通風系統(tǒng)一定要針對通風風量、風速、風壓進行監(jiān)測，并且監(jiān)測通風裝置的供風性能及動力消耗，還應該切實完成記錄。

（4）如果通風裝置產生故障，或是洞內出現(xiàn)通風受到阻礙的現(xiàn)象，全部人員都要及時從施工現(xiàn)場撤離，指導系統(tǒng)恢復，并且確認有害氣體的濃度已經降到對身體不會產生很大危害的范圍之后，方能夠進入洞內。

圖1 洞內通風管路及管線布置圖

運用機械通風的方式，工程現(xiàn)場的噪聲應該控制在90dB以下，要是超出了，首先應該針對風機消聲器的性能進行監(jiān)測；其次，應該增設或改進消聲器。

3.4 施工降塵、防塵

（1）壓氣水幕降塵

在和工作面直線距離在40m的位置，安設3道水幕，并且在邊拱上安設壓氣水幕降塵器，在實施爆破的前10min，將水幕開關開啟，并且爆破操作結束之后的30min后就關閉。此外，在出碴前和出碴中，借助高壓水霧的方式，分層灑水碴堆，進而使石碴的濕潤度得到保障，減少裝碴中的粉塵，實現(xiàn)濕式施工。

（2）機械凈化

洞內不但要運用低排放、低污染源來完成車輛的運輸，還應該強化設備的維修及養(yǎng)護工作。根據器材常規(guī)養(yǎng)護及定期維修的相關規(guī)定，應該尤其養(yǎng)護進氣、燃油部分，并且始終采取燃油沉淀過濾機制。

（3）洞內防塵措施

洞內防塵的根本原則就是運用濕式鑿巖及濕噴混凝土，并且聯(lián)用個人防護。

出碴防塵：水洗巖幫：在出碴前，放炮后，應該借助水槍，從里往外有效清潔掘進工作面。水槍和工作面的直線距離應該控制在 15～20m，水壓通常控制在0.3～0.5MPa。裝碴灑水：在裝碴前和裝碴過程中一樣，應該往碴堆中持續(xù)灑水，石碴濕透之后方停。要是石碴處于干燥狀態(tài)，就應該將灑水量控制在4～8L/m3；要是石碴的濕度相對較大，就應該適當減少灑水量或是直接不灑水。

噴混凝土防塵：選擇濕噴技術，在其中添加外加劑，包括粘稠劑、速凝劑等，并且能夠添加合成纖維降低回彈率。在噴射混凝土操作規(guī)范下，對風壓進行有效控制，通常把控在0.15MPa以下。

個人防護：掘進、裝碴的相關施工人員都要在工作期間佩戴防塵口罩。噴射混凝土施工人員一定要穿戴具備凈化器及呼吸器的防塵安全帽。

4 通風與防塵安全保證措施

隧道作業(yè)通風應該指派專門的技術人員進行管理。通風機正常運行時，風管的進出口周圍，人不能停留。通風機運行停止時，所有人都不能在通風軟管附近走動，并且不能在軟管周圍停留。

正洞運用通風管，一定要使每位施工人員能夠擁有3m3/min以上的新鮮空氣，并且空氣流動速率要＞0.25m/s，SiO2粉塵要在 1mg/m3以下，挖掘施工空間的有害氣體濃度一定要在相關標準以下。

隧道挖掘中運用柴油機設施，并且在排氣口的位置安設凈化器。

5 結束語

綜上所述，當前在國際上越來越重視地下空間的利用及開發(fā)，并且地下結構的施工工藝不斷完善，各種類型的長大隧道、大型復雜洞室越來越多。而地下空間的建設中，通風情況會在極大程度上影響施工人員的施工效率及健康。因此，一定要在掌握通風影響參數的基礎上，有效改進通風技術，并且制定完善的通風方案。

[1]孫忠強.公路隧道鉆爆法施工粉塵運移規(guī)律及控制技術研究[D].北京：北京科技大學，2015.

[2]王小敏，方勇.南大梁高速公路華鎣山特長隧道施工通風方案[J].現(xiàn)代隧道技術，2013（04）：188-196.