高海拔低氣溫地區隧道施工通風關鍵技術研究

陳剛　陳國　朱孟艷　竇晗

在高海拔和低氣溫地區作業的工程機械設備由于內燃機燃燒不充分，導致廢氣排量大幅增加，嚴重危害作業人員的身體健康，將直接制約隧道施工進度。以川黃公路雪山梁隧道項目為例，從空氣質量和通風效率兩個方面研究了3種通風方案的優劣。結果表明，進洞前采用壓入式通風方案可有效解決主洞和導洞多工作面施工的通風問題。而在隧道掘進至1734m時，將壓入式通風調整為巷道式通風。現場空氣質量檢測結果證明，隧道內新鮮風可滿足施工需要和環保要求。

高海拔? 低氣溫? 隧道? 通風方案? 空氣質量

CHEN GangCHEN GuoZHU MengyanDOU Han

（1. Guangxi Communications Investment Group Co.， Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530022 China;2. China Railway First Group Third Engineering Co.， Ltd.， Baoji， Shaanxi Province， 721006 China; 3. College of Civil Engineering， Nanjing Forestry University， Nanjing， Jiangsu Province， 210037 China ）

The emissions of the engineering mechanical equipment increases sharply due to incomplete combustion of internal combustion engine at high altitude and low temperature localities. This is a serious danger to health of the operators and directly restricts the progress of the tunnel construction. Taking the Xueshan Liang tunnel in Chuanghuang highway as an example， the advantages and disadvantages of three ventilation schemes is studies from the air quality and ventilation efficiency. It is found that the forced ventilation scheme can solve the ventilation problem of the multi-working faces of main and pilot tunnels before entering the hole. When the tunnel is drove to the front 1734 meter of the tunnel， the forced ventilation is adjusted to the gallery ventilation. The results of the air quality inspection on site shows that the fresh air in the tunnel meets the construction demand and environmental protection requirements.

High altitude; Low temperature; Tunnel; Ventilation scheme; Air quality

提高通風質量、改善作業環境及采用可靠的超前地質預報指導施工，是隧道施工的重要環節之一，是隧道安全施工的關鍵。但在高海拔、低氣溫、地質復雜地區進行隧道施工時，因受外界環境因素影響，提高通風質量、改善作業環境相比一般地區較為困難;超前地質預報對于指導地質條件復雜、工期緊的隧道施工，作用和意義尤為突出。因此，通過合理地布置通風系統及利用超前地質預報結果正確指導施工，是施工安全和人員身心健康的重要保證，同時又為實現隧道又好又快施工奠定基礎。

目前，復雜地質條件下高原長大隧道施工可借鑒的經驗相對較少。高海拔地區由于大氣壓低、空氣稀薄存在缺氧現象，缺氧導致內燃機燃燒不充分，廢氣排量比常規條件下有所增加，從而加大了通風難度;地質情況復雜多變，影響施工安全及工程進度。隨著我國現代化建設事業的迅猛發展，尤其是西部大開發戰略的深入進行，研究復雜地質條件下高原長大隧道施工技術具有廣闊的運用和推廣前景，對我國西部交通基礎設施的建設具有重要意義。

川黃公路雪山梁隧道位于四川省阿壩藏族羌族自治州松潘縣境內，隧址區位于秦嶺西端和岷山山脈北端的匯合部位。隧道底海拔高度為3378～3412m，穿越海拔高度為4500m的雪寶頂;隧道主洞全長7966m，導洞全長8086m，屬于高原型特長隧道。隧道施工分兩個標段進行，其中進口段（主洞3996m、導洞4134m）的施工期間面臨極端惡劣天氣的考驗。極端溫度低至-28℃，隧道口大氣壓實測為650hPa，僅為海平面的64.3%，隧道口氧氣含量為海平面的70.0%。每年10月中旬至次年4月中旬為冬季施工，施工期長達半年，地質情況復雜多變，發生涌水突泥、巖爆、溶洞等風險的可能性較大。隧道連接九寨溝和黃龍兩大景區的重要公路，環保要求高。

雪山梁隧道內的有害氣體主要來自內燃機械排出的尾氣，由于含氧量低，燃燒不充分，廢氣排量比常規條件下有所增加;隧道爆破產生的有害氣體;作業人員呼吸排放的CO，以及巖層中夾雜貯存的少量CO、CO和CH等。

通風設備（風機和風管）的選型關系到整個方案的成敗，并為整個通風系統的運行提供可靠的保證。借鑒四川省巴郎山隧道風機機型，選用山西侯馬風機廠生產的風機。根據主洞與平導斷面大小，主洞采用SDF（P2）-№14，功率185kW×2的變頻風機，配用直徑為Φ1.80m的風管;平導采用SDF（P2）-№13，功率132 kW×2的變頻風機，配用直徑為Φ1.5m的風管;風管材質采用高強維綸長纖維基布PVC增強塑布。射流風機選用型號為SSF-№10，風機功率30kW，風機出口風速42.9m/s，風機出口直徑0.98m，現場共配備13臺（兩臺間距約為800m），數量配備滿足施工需要。

要提高本隧道工程施工期間通風質量、改善作業環境，使施工期間空氣質量達標，從而實現安全、快速施工的目標。通風系統的安設質量對通風效果有著直接的影響，為避免由洞內排出的污濁空氣再次進入洞內引起循環污染，將風機安設在距洞口30m外位置，如圖1所示。在安設風管時盡量做到平直暢通、吊掛穩固、接頭牢靠，注意使吊鉤沿縱向保持一致和風管承重索的高度相同，風管的接長及修補等工作宜選在打眼、立架等產生粉塵較少時段進行。

及時了解通風系統的運行狀況，正確評價系統的應用效果。在爆破通風20～30min左右對掌子面附近空氣質量進行檢測，確認檢測合格后方可允許施工人員進行出渣作業（見圖2）。各項指標檢測結果需滿足要求，即空氣含氧量大于19.5%、CO濃度小于20mg/m、NO小于5mg/m、工作面風速大于0.15m/s，粉塵及有害氣體濃度達到或接近國家衛生標準。極少數情況下存有粉塵或CO濃度有偏大的測量值，但通過加大通風量后在較短的時間內可調整在規定范圍內。檢測結果證明，隧道內新鮮風可滿足施工生產的需要。

針對海拔高度3400m且獨頭掘進長度為4000m的特長隧道施工，根據工程進展情況，通風方案劃分為2個階段，分別采用“壓入式”和“巷道式”通風方案，如表1所示。結合洞內空氣質量檢測結果，在進洞前1734m范圍內，采用壓入式通風方案可有效解決主洞和導洞多工作面施工的通風問題。在隧道掘進至1734m時，現場將壓入式通風調整為巷道式通風，效果較明顯且同樣滿足洞內通風的需求。采用巷道式通風，污濁空氣不污染全洞，爆破工作面排煙迅速，絕大部分洞身始終空氣新鮮。不足之處是：此階段需對各橫通道進行封堵，并確保嚴密不漏氣;將主洞作為專用運輸通道，給洞內交通帶來壓力。施工期間必須合理組織，以免因運輸不暢造成相互干擾。盡可能采用高效大風量的風機和大直徑、性能好的風管，以改善通風效果。

為實現隧道的長距離通風，除合理匹配通風設備外，風管的選型、安裝和維護的質量對通風效果都有直接影響。因此，選擇風管時要注意材質、接頭方式和單節風管的長度及管徑大小;安裝上要保持平、直、順和接頭牢靠，定期檢查，發現風管破損時要及時修補或更換。為確保隧道洞內作業環境全面達標，除實行切實可行的通風措施外，現場施工時還應盡量選擇污染少的濕噴工藝，以及低污染燃油及性能完好的機械設備;安排專人定期對路面上的雜物進行清掃并及時清理;采取有效的灑水降塵措施及限制洞內各類來往車輛的行駛速度，并且隨著科技的發展盡量選用電動設備來代替內燃設備等。