雀兒山隧道通風和供氧方案的深化研究

陳 四 來

(1.四川樂西高速公路有限責任公司，四川 成都 610000； 2.國道317雀兒山指揮部，四川 成都 610000)

1 工程概況

國道317線雀兒山隧道工程位于四川甘孜州德格縣境內，項目起于雀兒山三道班，止于雀兒山六道班，路線長12.997 km，其中雀兒山隧道主洞7 079 m，設平行導洞7 108 m，西洞口高程4 373 m，東洞口高程4 233 m，為目前世界海拔最高的超特長公路隧道。項目于2017年11月建成通車，并于2018年11月作為我國首次入圍的公路隧道項目，榮獲了國際隧道工程領域“奧斯卡”獎項——2018國際隧道協會(ITA)“年度工程大獎”(布魯內爾獎杯)。

雀兒山隧道按二級公路標準建設，設計速度為40 km/h，主洞設計為單洞對向行車，平導作為通風救援通道；項目具有“三高三低”的特點(海拔高、地應力高、地震烈度高；氣溫低、含氧量低、氣壓低)。對于高海拔嚴寒地區超特長公路隧道的設計和施工，其實施的關鍵問題是解決通風和供氧問題，本文主要是對雀兒山隧道的通風供氧問題進行深化研究總結。

2 原設計的通風及供氧方案

在施工前期，業主單位匯同設計單位和科研單位提出了施工通風、制氧供氧系統、醫療保障系統等關鍵技術的指導性方案，以期最大限度地減少因高寒缺氧等因素造成的不良影響，實現“以人為本”和“均衡高效施工”的建設理念。

2.1 設計階段施工通風方案

根據施工組織設計專題，本隧道采用雙口掘進(適當部位加橫洞輔助)、平導有軌運輸、主洞無軌運輸，在此基礎上擬定了二階段施工通風實施方案。

第一階段：0 m～1 500 m采用獨立壓入式通風方案。主洞和平導分別采用獨立壓入式通風方案，污風沿各自隧道口排出。

第二階段：1 500 m～3 600 m采用巷道式通風實施方案。具

體為：

1)平導為進風巷、主洞為回風巷，采用射流通風技術，從平導到橫通道再到主洞形成主風流方向。

2)掌子面所需新鮮風由軸流風機通過風管供給，回風巷需風量由平導經橫通道供給。

3)為了確保無漏風和循環風情況出現，除靠近掌子面車行橫通道作為平導與主洞聯通風道外，其余橫通道均予以封閉。

2.2 設計階段制氧供氧系統

設計階段制定了隧道制氧供氧方案，其中制氧方式采用變壓吸附法，供氧方式采用彌散式、個體背負氧氣罐相結合的方法。具體見表1,圖1。

表1 生命保障方案一覽表

3 實施階段的施工現狀

項目設計階段作了大量基礎工作，借鑒了青藏鐵路隧道的經驗，開展了西部科研研究、氣象專題、隧道安全風險評估、專項施組設計等，提出了施工通風、制氧供氧系統、醫療保障系統等關鍵技術的指導性方案。在項目開工前，承包人根據設計方案和經驗編制了隧道實施性施工組織設計，包括施工通風和制氧供氧方案，明確了施工通風方式及設備配備、制氧供氧方式及設備配備，經審批后組織實施。但是由于雀兒山隧道規模大，施工環境特殊，設計與施工無直接規范及成熟經驗可借鑒，無論是指導性施組還是實施性施組對施工環境的認識均無法準確預計，如海拔修正系數的選取、隧道制氧供氧標準、機械設備污染物排放增加值、設備降低系數的取值等。實施階段的施工現狀是在隧道施工過程中，施工人員(包括開挖班、初支班、襯砌班)先后發生多起暈倒現象，出現頭暈、頭疼、眼花、耳鳴、惡心、嘔吐、心慌、氣短、胸悶、面色及口唇發紫、食欲不振、全身乏力、行走困難或面部水腫等高原缺氧癥狀，嚴重危及施工作業人員安全及身體健康，給正常的施工生產造成嚴重影響，以上癥狀經醫生初步診斷為隧道內有毒有害氣體超標、氧氣含量低缺氧所致。為積累高海拔隧道建設經驗，解決雀兒山隧道施工的實際問題，在工程項目開工建設同時啟動了科研課題研究工作，從隧道施工、抗防凍結構與運營控制等方面進行深入研究，其中施工子課題在現場進行了大量測試工作，掌握了大量施工現場環境數據，為細化、深化隧道施工通風與制氧供氧方案提供支撐與保障。

4 通風及供氧方案的深化研究

在施工組織設計階段擬定的通風方案的基礎上，結合現場實測數據，綜合考慮了相關通風關鍵參數的取值，相關方對施工通風方案進行了深化研究，根據現場實測數據計算了需風量，配置了通風設備。

施工通風方案經深化研究后，本隧道分為三個階段進行施工通風：

第一階段：0 m～1 000 m采用獨頭壓入式通風方案。主洞和平導分別采用獨立壓入式通風，污風沿各自隧道排出，具體布置見圖2。

第二階段：1 000 m～2 000 m采用單通道巷道式通風方案。具體為：1)平導為進風巷、主洞為回風巷，采用射流通風技術，從平導到橫通道再到主洞形成主風流方向。2)掌子面所需新鮮風由軸流風機通過風管供給，回風巷需風量由平導經橫通道供給。3)為

了確保無漏風和循環風情況出現，除靠近掌子面車行橫通道作為平導與主洞聯通風道外，其余橫通道予以封閉。具體布置如圖3所示。

第三階段：2 000 m～3 600 m采用多通道巷道式通風方案。具體為：1)平導為進風巷、主洞為回風巷，分別利用2處橫通道(洞口1 000 m處的車行橫通道和靠近掌子面的車行橫通道)，采用射流通風技術，從平導到2處橫通道再到主洞形成2道主風流方向。2)掌子面所需新鮮風由軸流風機通過風管供給，回風巷需風量由平導經橫通道供給。3)為了確保無漏風和循環風情況出現，其余橫通道予以封閉。具體布置見圖4。

施工供氧方案經深化研究后，本隧道施工供氧方案如下：

生活區空間大，作業人員勞動強度低，佩戴鼻息式吸氧器較為方便；生活區設置集中彌散式吸氧區便于病人休養，且管理人員集中辦公較為便利；而隧道內作業人員勞動強大，佩戴吸氧器和背負氧氣罐極為不便，掌子面集中彌散式與氧吧車的組合更有利于施工組織。

因此推薦方案為辦公生活區鼻息與彌散供氧組合、隧道內施工區彌散式供氧方式。在生活區設置兩間辦公室、醫務室采用彌散式供氧，其余辦公室或住所鼻息式吸氧，隧道內采用掌子面鉆孔工況局部彌散式供氧、其余工況采用氧吧車(吸氧室)供氧。

5 結語

雀兒山隧道的通風及供氧方案經過深化研究后實施，在實施過程中，通過多方通力合作，加強現場數據的測試與分析，開展減少洞內污染物的排放、海拔修正系數、高海拔隧道風管漏風率的深化研究，同時根據不同工況實施相應的供氧方式，深化隧道制氧供氧的應用研究，深化后的通風供氧方案實施后的實際效果很好，為雀兒山隧道順利完工通車提供了關鍵保障。