高海拔地區(qū)超長(zhǎng)隧洞小斷面施工通風(fēng)技術(shù)探究

戚浩雄

摘要：高原及其高海拔地區(qū)自然資源匱乏，氣候環(huán)境惡劣。而相應(yīng)的基礎(chǔ)建設(shè)施工更是難度巨大。為了研究高海拔地區(qū)超長(zhǎng)隧洞小斷面施工通風(fēng)技術(shù)，本文基于筆者中交養(yǎng)護(hù)西藏有限公司多年一線(xiàn)工作經(jīng)驗(yàn)，選定某實(shí)例做工程論證，全面而快速的進(jìn)行了設(shè)備設(shè)施完善性、施工設(shè)計(jì)全面性和地質(zhì)構(gòu)型下的多維復(fù)雜性對(duì)安全施工的影響分析。最終在相關(guān)理論依據(jù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下依據(jù)筆者工作感悟進(jìn)行了通風(fēng)技術(shù)升級(jí)改造方案的提出。梳理督促工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工重點(diǎn)概況。為同行提高建設(shè)性研究建議。

關(guān)鍵詞：高原;高海拔;隧道;通風(fēng);設(shè)備

多維導(dǎo)向下的工程建設(shè)需要穿越山脈、跨越地質(zhì)屏障。而在高海拔地區(qū)，基于環(huán)保導(dǎo)向的綠色工程原則，不能進(jìn)行大規(guī)模土石方清除施工。也不能進(jìn)行長(zhǎng)距離的盤(pán)山公路建設(shè)，以浪費(fèi)資源和增加行車(chē)安全性。所以進(jìn)行超長(zhǎng)隧洞的穿越施工最為可靠。但是隧道斷面因?yàn)榈刭|(zhì)因素和其他危害構(gòu)型影響，往往會(huì)出現(xiàn)多重故障復(fù)雜情況。且相關(guān)設(shè)備設(shè)施的選用也因?yàn)楦吆０蔚貐^(qū)獨(dú)有的施工特點(diǎn)而不能完全投用。本文基于筆者中交養(yǎng)護(hù)西藏有限公司多年一線(xiàn)工作經(jīng)驗(yàn)，在系統(tǒng)分析高海拔地區(qū)空氣稀薄，基礎(chǔ)建設(shè)器械和原材料有限的特性后。針對(duì)超長(zhǎng)隧道施工需要保障良好通風(fēng)性的安全施工特點(diǎn)。在環(huán)保角度、冬季嚴(yán)寒施工氣候互繞因素以及復(fù)雜地質(zhì)情況下的長(zhǎng)隧道連續(xù)施工難點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)層面和管理層面的綜合探討，梳理督促工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工重點(diǎn)概況。為同行提高建設(shè)性研究建議。

一、工程概況

覺(jué)巴水電站位于瀾滄江右岸一級(jí)支流登曲中下游河段，壩址位于西藏自治區(qū)昌都地區(qū)芒康縣曲登鄉(xiāng)納寫(xiě)村上游1km處，采用混合式開(kāi)發(fā)，裝機(jī)容量30MW，年均電量1.47×108kW·h。引水建筑物主要由電站進(jìn)水塔、引水隧洞（洞身全長(zhǎng)4151.79m）、調(diào)壓室、明鋼管和鎮(zhèn)支墩組成。引水隧洞采用有壓引水方式，斷面為城門(mén)洞型（凈斷面），尺寸為2.2m×2.8m和2.8m×3.1m（寬×高），調(diào)壓室位于引水線(xiàn)路末端。1號(hào)支洞與主洞交于0+053.10m樁號(hào)，支洞全長(zhǎng)99.70m;2號(hào)支洞與主洞交于3+418.10m樁號(hào)，支洞全長(zhǎng)124.70m。引水隧洞最長(zhǎng)工作段1號(hào)洞下游至2號(hào)洞之間長(zhǎng)3365m，引水隧洞1號(hào)支洞下游工作面開(kāi)挖最大獨(dú)頭工作面長(zhǎng)2100m。隧洞開(kāi)挖采用鉆爆法，出渣設(shè)備選用扒渣機(jī)（WZL-100型）配農(nóng)用自卸車(chē)裝運(yùn)組合，沿洞身每間隔150～180m布置一處避讓車(chē)道。

二、高海拔嚴(yán)寒地區(qū)小斷面長(zhǎng)隧洞施工難度分析

多維導(dǎo)向下的綜合技術(shù)完善與高海拔嚴(yán)寒地區(qū)小斷面長(zhǎng)隧洞施工需要前期的精細(xì)化準(zhǔn)備，隨著城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，小斷面長(zhǎng)隧道的發(fā)掘也越來(lái)越受到關(guān)注，建設(shè)單位如果忽視前期的孔前檢查工作，會(huì)給后期的工程建設(shè)帶來(lái)安全隱患。因此，施工單位應(yīng)做好施工前的大廳人員準(zhǔn)備工作，主要可以從以下幾個(gè)方面開(kāi)始：第一，施工單位要先做好施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查工作，解決施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，注重計(jì)劃設(shè)計(jì)工作，為后期工程的順利進(jìn)行提供參考依據(jù)。其次，施工建設(shè)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行施工監(jiān)督前，應(yīng)熟悉設(shè)計(jì)技術(shù)、安全技術(shù)、機(jī)械操縱技術(shù)等，并對(duì)施工機(jī)械設(shè)備和物資等進(jìn)行內(nèi)容購(gòu)買(mǎi)檢查。只有保證這些因素都符合工程建設(shè)的基本要求，才能推進(jìn)工程建設(shè)的順利進(jìn)行。最后，在施工過(guò)程中，為了保證中山體的穩(wěn)定性，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響和破壞，在樁號(hào)選擇前，必須在樁號(hào)上鉆孔或連接明洞，重視洞口的陽(yáng)坡和邊坡的阻斷排水及坡度保護(hù)工作，以確保小斷面長(zhǎng)隧道洞口的安全。而針對(duì)以上工程實(shí)例及工況特點(diǎn)，在技術(shù)范疇存在以下難度：

1.測(cè)量得出的隧洞斷面（凈斷面）構(gòu)型不完善，大致成城門(mén)洞型。而尺寸較大，大致有2.2m×2.8m和2.8m×3.1m（寬×高）。但是由于挖掘速度和先期設(shè)計(jì)規(guī)定。選型的洞內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備和輔助設(shè)施尺寸較大，工作面較為擁擠。估算設(shè)備尺寸有1.6m×2.2m（寬×高），所以在有限空間下，這種小斷面長(zhǎng)隧道的施工構(gòu)型模式嚴(yán)格制約了風(fēng)機(jī)和通風(fēng)筒的選型安裝空間。導(dǎo)致風(fēng)扇葉片尺寸過(guò)小而發(fā)生的功率過(guò)大，能耗降低以及綜合通風(fēng)量不足等問(wèn)題。

2.綜合估算設(shè)備設(shè)施最大通風(fēng)功率，在現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)道布局基礎(chǔ)上核算，其風(fēng)力輻射面和通風(fēng)距離仍然和施工掘進(jìn)速度不匹配，且受多重額外因素干擾。其施工過(guò)程的噪音和主體掘進(jìn)效率都嚴(yán)重受損。所以不能在技術(shù)層面形成較大郁度的控制策略，也沒(méi)有教好的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行當(dāng)前設(shè)備設(shè)施和工況的匹配性快速替換。

3.高海拔的氣候條件導(dǎo)致空氣本身含氧量有限，且多維角度下的空氣干燥且冷。而因?yàn)椴煌刭|(zhì)構(gòu)型的裂縫延展和構(gòu)造抬升導(dǎo)致隧道掘進(jìn)過(guò)程中頁(yè)巖氣、游離氣和其他的有毒有害酸性氣體被析出。嚴(yán)重危害隧道施工工作環(huán)境。施工人員會(huì)有中度、窒息等多維不正常危害。所以隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)的完備性和系統(tǒng)優(yōu)化的穩(wěn)定性是保障安全施工的關(guān)鍵。本標(biāo)段時(shí)刻進(jìn)行可燃?xì)怏w色譜檢測(cè)，該工區(qū)平均空氣氧含量（隧道中）為19.21%～20.09%、而CO為0～5mg/m3。值得慶幸的是該區(qū)位不含硫化氫、二氧化硫等其他致命有毒有害氣體。

三、高海拔地區(qū)超長(zhǎng)隧洞小斷面施工通風(fēng)技術(shù)方案

遵照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格設(shè)計(jì)隧洞供電和通風(fēng)布置。對(duì)于小斷面長(zhǎng)隧道，開(kāi)挖過(guò)程受供電系統(tǒng)及通風(fēng)布置的影響較大，為了最大限度地提高工程的順利進(jìn)行，需要在具體的開(kāi)挖過(guò)程中不斷完善。首先，在供電過(guò)程中，長(zhǎng)洞穴需要低壓孔，一般隨著小斷面長(zhǎng)隧道開(kāi)挖深度的加深，電壓損失現(xiàn)象也會(huì)發(fā)生變化，主要是不斷增加。因此，在小斷面長(zhǎng)隧道施工中，供電方面的工作需要容量補(bǔ)償，不僅可以減少電壓損失，還可以有效提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。另外，在通風(fēng)工作時(shí)，如果不能正確認(rèn)識(shí)到?jīng)Q定性作用，積極應(yīng)對(duì)，可能會(huì)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于小斷面長(zhǎng)隧道施工，在試驗(yàn)口壓通風(fēng)方式的同時(shí)，結(jié)合混合通風(fēng)工作，可以更好地保證小斷面長(zhǎng)隧道的通風(fēng)。綜合通風(fēng)設(shè)備要有效控制風(fēng)量，具體施工中要對(duì)施工設(shè)備、施工人員等進(jìn)行有效分析，完成通風(fēng)量計(jì)算。

遵循工程本質(zhì)，優(yōu)選小斷面長(zhǎng)隧洞開(kāi)挖方案。1、鉆爆施工。爆破工程質(zhì)量直接影響隧道開(kāi)挖后圍巖的穩(wěn)定性，可抑制隧道初期開(kāi)挖，保證圍巖穩(wěn)定，確保工程安全。通過(guò)控制超扣，可以有效減少平頂和拱橋的脫落現(xiàn)象。過(guò)度開(kāi)挖會(huì)產(chǎn)生礦渣，增加工程配套混凝土量，增加工程成本，清除巖土，減少人工和材料消耗，間接增加工程成本。具體工作順序如下。首先，在制定公約的過(guò)程中，施工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人以勤工儉學(xué)、光面爆破的要求為主要標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制孔、裝藥、接孔，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人對(duì)各項(xiàng)工程進(jìn)行勤工儉學(xué)檢查。其次，測(cè)量測(cè)設(shè)線(xiàn)的開(kāi)挖線(xiàn)間距不得超過(guò)50厘米。第三，技術(shù)人員需要對(duì)手掌周?chē)椒謱印嗔训陌┒芜M(jìn)行加密，必要時(shí)對(duì)橫膈膜進(jìn)行充電。第四，周?chē)目锥幢仨氂帽娎|進(jìn)行爆炸。第五，工程技術(shù)人員要做好每個(gè)鉆頭的測(cè)量定位工作。第六，結(jié)合爆破現(xiàn)象，對(duì)每一個(gè)存量都要進(jìn)行分析總結(jié)。最后，要教育現(xiàn)場(chǎng)工作人員，增強(qiáng)項(xiàng)目責(zé)任感，減少收費(fèi)項(xiàng)目突發(fā)事件的發(fā)生。2.合理經(jīng)濟(jì)的隧道結(jié)渣施工。隧道爐渣施工主要有兩種方法：裝載機(jī)裝載和爐渣卸載。兩種方法各有利弊。裝載機(jī)裝載的主要優(yōu)點(diǎn)是裝載機(jī)是通用設(shè)備。它也可以裝在汽車(chē)上。可以在濱灞河站投放材料，但隨著隧道開(kāi)挖的深入，洞內(nèi)煙霧也不斷增多，裝載機(jī)的殘?jiān)部赡苁艿蕉磧?nèi)風(fēng)力的影響，施工時(shí)間緊迫。缺點(diǎn)是為了保證裝載機(jī)的效率，需要增加避讓的尺寸和密度。芯片利用的主要優(yōu)點(diǎn)是可以利用電能工作。也就是說(shuō)，裝載汽車(chē)時(shí)，產(chǎn)生的煙霧比較小，輸出功率大，設(shè)備低，這樣就可以用皮帶裝載汽車(chē)，而不影響孔頂桿、防火擋板等。并且運(yùn)輸車(chē)輛可以到達(dá)手掌表面附近。這樣可以有效降低設(shè)備安裝時(shí)孔底的損耗。此外，磨床對(duì)車(chē)道的性能要求較低，可以有效減少車(chē)道數(shù)。但也存在使用單一、成本高、不同價(jià)格的磨床性能差異大等缺點(diǎn)。3.高標(biāo)準(zhǔn)的隧道開(kāi)挖工程細(xì)節(jié)管理。在保護(hù)隧道底板的過(guò)程中，應(yīng)平整底板和隧道內(nèi)的施工道路，以提高碎片效率，降低碎片車(chē)輛故障的概率。同時(shí)，應(yīng)在底板兩側(cè)設(shè)置排水出口，保證隧道內(nèi)的水及時(shí)排出。聚集在水面上的介質(zhì)使水流進(jìn)來(lái)，可以用彩布將橫斷面穿透固定在巖石附近，促進(jìn)水流向兩側(cè)排水溝，保證中間道路的干燥。要按工作面建賬，按循環(huán)顆粒編制詳細(xì)記錄，詳細(xì)記錄施工人員的具體施工工作，便于后期施工責(zé)任的追究，鼓勵(lì)對(duì)表現(xiàn)突出的進(jìn)行教育，對(duì)表現(xiàn)不佳的進(jìn)行批評(píng)。在計(jì)算工人工資時(shí)，要考慮購(gòu)買(mǎi)設(shè)備的成本，讓員工購(gòu)買(mǎi)一些設(shè)備自用，并負(fù)責(zé)后期的維護(hù)和使用。這樣不僅可以降低工程成本，還可以有效利用設(shè)備，提高工人愛(ài)護(hù)設(shè)備的意識(shí)。

遵循安全規(guī)范，實(shí)行責(zé)任化工程管理。1、建設(shè)單位的管理模式，為了探索西藏工程項(xiàng)目管理模式，電站主體工程采用設(shè)計(jì)、施工、總承包模式建設(shè)，加強(qiáng)質(zhì)量控制，設(shè)置工程建設(shè)監(jiān)督。建設(shè)機(jī)關(guān)以“掌握主要項(xiàng)目，控制重點(diǎn)工程，全面推進(jìn)工程進(jìn)展”為進(jìn)度管理指導(dǎo)方針，實(shí)行層層目標(biāo)責(zé)任制。重點(diǎn)督促承包商的保護(hù)措施及資源實(shí)施，嚴(yán)格檢查承包商的“架子隊(duì)”隊(duì)員及隧道施工管理人員，清理不合格隊(duì)伍及人員。制定進(jìn)度“紅黃卡”審查制度，同時(shí)制定并嚴(yán)格執(zhí)行獎(jiǎng)懲措施，直接對(duì)工作組及經(jīng)營(yíng)者進(jìn)行獎(jiǎng)懲，充分調(diào)動(dòng)工作人員的積極性。2、承包人管理模式。承包商實(shí)行“一級(jí)管理、二級(jí)會(huì)計(jì)、以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)”的管理模式。項(xiàng)目部成立了專(zhuān)門(mén)洞，挖了架子隊(duì)，架子隊(duì)分設(shè)了專(zhuān)門(mén)班。架子組長(zhǎng)擔(dān)任項(xiàng)目部隧道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)豐富的管理人員，同時(shí)項(xiàng)目部各級(jí)管理人員進(jìn)行全過(guò)程跟蹤監(jiān)督管理及技術(shù)指導(dǎo)。每天跟蹤隧道開(kāi)挖支援進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)每周審查，實(shí)施獎(jiǎng)懲，充分調(diào)動(dòng)各級(jí)人員的積極性。3、良好充足的資源配置。高原缺氧條件下，人、機(jī)械設(shè)備下降效果嚴(yán)重，不能充分發(fā)揮效率。而且，機(jī)械設(shè)備完好率嚴(yán)重，為了確保工程中的工程建設(shè)，需要引進(jìn)或儲(chǔ)備足夠的勞動(dòng)力、機(jī)械設(shè)備、備件等。與在內(nèi)地完成同一類(lèi)型的項(xiàng)目工程相比，投入更多的人力、物力、財(cái)力，投入成本大幅增加。查看水電建筑工程報(bào)價(jià)定額（2007），海拔3200米地區(qū)人工機(jī)械效率理論下調(diào)系數(shù)分別為1.2、1.45。望江縣位于長(zhǎng)東，交通不便，對(duì)設(shè)備運(yùn)輸維修有很大影響。常用備件、備件準(zhǔn)備、設(shè)備維護(hù)場(chǎng)所、高原地區(qū)對(duì)設(shè)備的影響仍然很大，部分偶然設(shè)備故障從本土進(jìn)入專(zhuān)業(yè)維護(hù)人員或零部件，直接影響項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展。隧道工人、設(shè)備及備件、備件數(shù)量為內(nèi)地一般配置的1.5約2倍，注重質(zhì)量選擇。水隧道洞施工設(shè)置各工作面風(fēng)、水、電及排風(fēng)設(shè)備專(zhuān)用線(xiàn)，確保主要線(xiàn)路不受設(shè)備問(wèn)題影響，確保工程進(jìn)度。冬季梅雨季節(jié)，提前儲(chǔ)備充足的物資等，確保現(xiàn)場(chǎng)施工連續(xù)性。

多維導(dǎo)向下的綜合考量和方案確定。按照BS6164標(biāo)準(zhǔn)2011版本最新規(guī)定，本工區(qū)可以?xún)?yōu)先選取有壓入式、吸出式、交替式及混合式等多種通風(fēng)辦法，而基于風(fēng)阻和隧道通風(fēng)間隙實(shí)際，該工程首選壓入式和輔助組合通風(fēng)方案，并采購(gòu)部署相關(guān)附件。旋軸流通風(fēng)機(jī)專(zhuān)業(yè)化配置上選用SDCY-No6.7號(hào)/4×37kW和SDCY-No6.7號(hào)/2×37kW，確保潤(rùn)滑到位和風(fēng)帶直徑700mm的關(guān)鍵要害部位保護(hù)后方可進(jìn)行試運(yùn)。其中，洞口30m處配置一套SDCYNo6.7號(hào)/4×37kW，1號(hào)支洞及2號(hào)支洞各配置一套SDCY-No6.7號(hào)/2×37kW，懸掛風(fēng)筒方面由于定高設(shè)置，選用φ700mm設(shè)備，風(fēng)機(jī)不安裝延長(zhǎng)管，選擇洞口高處新鮮風(fēng)流位置部署，在不影響設(shè)備進(jìn)出前提下盡量抵近部署。需要注意無(wú)論何種工況，施工支洞與主洞交匯處、錯(cuò)車(chē)道擴(kuò)挖段和拐彎段這些空氣自然風(fēng)流道不暢處可以采取輔助設(shè)備強(qiáng)化通風(fēng)的手段進(jìn)行空氣射流主動(dòng)干預(yù)，推薦使用7.5kW的SDS-Ⅱ射流風(fēng)機(jī)，全面確保施工部位安全。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于高原地區(qū)氣候條惡劣，工程導(dǎo)向下的水泥混凝土凝固和其他支護(hù)設(shè)備的作用力協(xié)調(diào)性都受到了嚴(yán)寒和雨季冰凍的多重影響。正因?yàn)樾嗝骈L(zhǎng)隧洞工程的施工條件復(fù)雜，加之地質(zhì)危害的不可預(yù)知性。需要在環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的多重角度進(jìn)行權(quán)衡。做好工程前期的施工設(shè)計(jì)，將通風(fēng)量、痛風(fēng)性和設(shè)備設(shè)施尺寸做好模擬性評(píng)估。并在備品備件管理上帶好備足風(fēng)筒、葉片、軸承、線(xiàn)纜等耗材。當(dāng)遇到設(shè)計(jì)與施工實(shí)際存在出入時(shí)可以良好和快速的進(jìn)行工程措施彌補(bǔ)與改進(jìn)，最終在數(shù)學(xué)模擬和系統(tǒng)工程的角度全力保障隧道連續(xù)開(kāi)挖的施工連貫性。全面促進(jìn)安全生產(chǎn)。

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