公路隧道施工通風方案設計

喬學淵

（蘭州新區市政投資管理集團有限公司 甘肅蘭州 730314）

隧道施工環境相對封閉，施工中產生大量和灰塵和煙霧，有害物質難以排除影響著施工人員的身心健康。因此在隧道施工中必須加強通風方案設計，確保隧道內外空氣流通，保障隧道工程的施工質量和施工人員的生命安全。

1 隧道施工通風現狀

隧道施工對作業環境的要求與對安全、質量的要求同等重要，構成了三位一體。施工單位往往對洞內通風工作重視不足，通風方案設計深度不夠，導致大多數隧道施工洞內通風狀態不良，施工環境較差。

2 隧道施工環境標準

由中華人民共和國交通運輸部發布的《公路隧道施工技術規范》（JTFF60-2009）規定，隧道內施工作業環境的空氣應必須符合下列衛生及安全標準：

（1）空氣中的氧氣含量在作業過程中始終保持在19.5%以上，嚴禁用純氧進行通風換氣。

（2）空氣中一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NO2）等有害氣體濃度必須符合表1的規定。

表1 工作場所空氣中有毒物質最高允許濃度

（3）空氣中的粉塵濃度應符合表2的規定。

（4）隧道施工頭掘進長度超過150m時，必須采用機械通風。隧道施工通風應提供洞內各項作業所需要的最小風量。每人供應新鮮空氣不應少于3m3/min，采用內燃機械（汽車、裝載機、挖掘機等）作業時，供風量不宜小于4.5m3/（min·kW）。全斷面開挖時風速不應小于0.15m/s，導洞內不應小于0.25m/s，但均不應大于6m/s。

表2 工作場所空氣中粉塵容許濃度

3 通風設計

采用新奧法開挖技術時爆破產生大量炮煙，出碴采用無軌出碴，汽車、裝載機、挖掘機等機械設備都將產生大量的有害氣體，且隧道掘進較長，順坡掘進排煙塵將變得難上加難。因此合理的通風措施將至關重要。

3.1 風量計算

（1）按施工人員計算：需要風量Q1=N×q

式中：N——洞內工作人員最多人數，取m=120人；

q——洞內每人所需最低新鮮空氣量，3m3/min；

代入各項參數計算得：Q1=120×3=360m3/min。

（2）按隧道內凈空計算：Q2=60×S×Vmin

式中：S——斷面面積，按現在的F-III級圍巖襯砌后斷面S=81m2，開挖斷面S=93m2，取中間值S=87m2。

V——允許最小風速≥0.15m/s；

Q2=60×S×Vmin=60×87×0.15=783m3/min。

（3）按洞中同一時間內爆破作業的最多用藥量計算：Q3=7.18（AL2S2）1/3/t

式中：t——通風時間，長度超過1000m時，取t=30min；

A——一次爆破作業的最大用量，取A=200kg；

S——隧道斷面面積，88m2；

L——通風長度，最大通風長度取1200m；

代入各項參數計算得：Q3=7.18（AL2S2）1/3/t=7.18×（200×12002×932）1/3/30=3244m3/min；

（4）按內燃機需要風量計算：Q4=Q0∑P

式中：∑P——同時在洞內作業的各種內燃機的功率總和（kW）；按規范及綜合考慮各種因素后，功率總和按額定總功率的70%計算；汽車5臺額定總功率150kW×5，裝載機2臺額定總功率135kW×2，挖機1臺額定總功率220kW。

總功率∑P=（150×5+135×2+220）×0.7

Q0——內燃機單位功率所需風量指標，按《隧道設計手冊》，取Q0=4.0m3/（min·kW）。

代入各項參數計算得：Q4=Q0∑P=4.0×（150×5+135×2+220）×0.7=3472m3/min。

（5）風阻計算：H阻=∑H動+∑H局+H沿

取∑H動=50Pa，局部壓力損失一般按沿程壓力損失的10%估算：H沿=agpLQ2/S3；

式中：a——風道摩擦阻力系數，取a=3×10-4kg·s2/m2；

g——重力加速度，取9.81m2/s；

p——管道內周長，取1.5m風筒布，p=Dπ=1.5×π≈4.71m；

L——風道長度，取L=1400m；

Q——風機風量，取Q=25m3/s；

S——管道截面積，取S=π（D/2）2=π×（1.5/2）2≈1.77m2；

代入各項參數計算得：H沿=agpLQ2/S3=3×10-4×9.81×4.71×1200×252/1.773=1874.8Pa，H阻=∑H動+∑H局+H沿=50+1874.8×10%+1874.8=2112.3Pa。

（6）漏風計算：Q供=P×Qmax

百米漏風率P100=0.015，管道長L按1200m考慮，則漏風系數：P=1/（1-0.012L/100×P100）=0.998

則有Q供=Qmax/P=3948/0.998=3956m3/min。

（7）通風設備選擇

采用軸流式通風機，選擇時按Q機≥1.1Q供（1.1是風量儲備系數），軸流風機SDF（C）-No12.5功率2385m3/min，風壓5355Pa。根據以上計算可知：往上游洞方向采用（2×SDF（C）-No12.5）110kW×2 軸流變速風機，壓人式通風 Q機=2385×2=4770m3/min＞1.1Q供=1.1×3956=4352m3/min，基本滿足施工要求。

3.2 輔助通風措施

通風一直是困擾長大隧道施工的重點和難點之一，本工程承擔隧道施工長度1200m，在通風設計上，雖然采用了大功率的軸流變速風機壓入式通風，但為進一步確保通風效果，還應該在影響方面加強措施，采取以下輔助通風措施，來滿足長大隧道無軌運輸通風的要求，具體措施如下：

（1）尾氣凈化

本工程采用無軌出碴，影響通風效果最大因素之一就是內燃機械尾氣，隨著隧道的加深，汽車、裝載機等的尾氣采取凈化措施，凈化裝置采用齊齊哈爾YS汽車廠生產的尾氣凈化器，并定期更換凈化藥品，確保尾氣凈化效果。

（2）綜合防塵措施

水幕降塵爆破時，在距掌子面30m外邊墻兩側各放一臺水幕降塵器；爆破前10min打開閥門，放炮30min后關閉。水幕降塵示意圖如圖1。

圖1

（3）袋炮泥技術

隧道爆破時才采用水袋炮泥，可以很有效的降低粉塵。水袋炮泥就是用專門制作的水袋跟炸藥形狀類似，和炸藥混合裝藥，最后在炮眼口用炮泥封實。實踐證明，此法降塵效率非常高。

（4）濕式鑿巖

凈化水源并在水中加濕潤劑，濕潤劑的作用是降低水的表面張力，當粉塵與水滴膜相撞時，便易被沖洗濕潤，水中加放0.1%的氯化鈉打眼時，可使空氣中的含塵量降到4.16～4.39mg/m3。

利用銳鉆頭鑿巖時，鑿巖機的沖擊力隨風壓的提高而加大，因而被破碎的巖石粒徑也加大，粉塵量也減少，鑿巖的風壓保持在0.6MPa以上時，既能提高鉆速又能降低含塵量。

鑿巖機供水量要保持在3～4L/min，供水壓力一般以0.2～0.3MPa為宜。

在鑿巖機上配制除油器。

（5）凈化風源

風機距洞口要保證25m以上的距離。當采用混合式通風時，吸出式風筒在洞口處設90°彎角，把廢氣排向上方，避免混進壓入式通風機中。

（6）濕噴混凝土防塵

采用濕噴技術，控制噴頭處工作壓力，減少混凝土回填及粉塵量。

4 提高通風效率的措施

（1）風筒布選擇：盡量采用風筒節長較長的，以減少接頭。

（2）掛設時，要做到平、直、緊、穩，在高處不影響機械運輸的地方。

（3）采用合理變徑節：當風筒較長時，采用變徑，可以減少通風阻力。

（4）經常檢查：由于洞內外溫差，風筒內空氣遇冷后會出現積水，積水會增大風筒的阻力，應定期檢查和排放積水；發現漏風及時處理。

5 結束語

在公路隧道施工中，由于受施工空間的影響，施工場所的灰塵和有害氣體可能會危害施工人員的人身安全，所以應加強隧道施工通風技術的研究和方案設計，完善和優化通風方案促進洞內空氣流通，進而提高了施工效率，加強了施工質量。

[1]《公路隧道施工技術規范》（JTFF60-2009）.

[2]《公路隧道通風設計細則》（JTG/TD70-2014）.

[3]公路隧道通風防災技術.長安大學，2008，01.