隧道施工機(jī)械配套與通風(fēng)技術(shù)研究

摘要：機(jī)械配套與通風(fēng)技術(shù)的選擇和應(yīng)用是隧道施工中的關(guān)鍵工作之一，特別是在一些施工路段較長(zhǎng)或者海拔較高的隧道項(xiàng)目施工中，機(jī)械配套與通風(fēng)技術(shù)會(huì)對(duì)工程施工的整體安全性以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響。施工人員在選擇配套的機(jī)械設(shè)備時(shí)，應(yīng)科學(xué)認(rèn)識(shí)工期對(duì)施工機(jī)械選型的影響，正確分析施工環(huán)境對(duì)機(jī)械選型的作用程度，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合具體工況選擇合適的通風(fēng)技術(shù)，以適應(yīng)隧道施工中污染源控制要求以及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)氣體中毒等問(wèn)題。基于此，結(jié)合吉林省龍井至大蒲柴河公路建設(shè)項(xiàng)目主體土建工程LPTJ08標(biāo)段隧道工程實(shí)際施工，針對(duì)隧道施工機(jī)械配套與通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：隧道工程;機(jī)械配套;通風(fēng)技術(shù);案例分析

0" "引言

機(jī)械配套與通風(fēng)技術(shù)的選擇和應(yīng)用是隧道施工中的關(guān)鍵工作之一，特別是在一些施工路段較長(zhǎng)或者海拔較高的隧道項(xiàng)目施工中，機(jī)械配套與通風(fēng)技術(shù)會(huì)對(duì)工程施工的整體安全性以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響。在分析隧道施工機(jī)械配套的方式時(shí)，需注重工期、施工方案以及施工環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備配套選型的影響。

本文結(jié)合隧道工程施工機(jī)械配套選型的一般原則，對(duì)機(jī)械配套的具體方法和形式進(jìn)行了優(yōu)化。在分析通風(fēng)技術(shù)過(guò)程中，對(duì)炮煙、地溫、廢氣以及其他污染進(jìn)行了分析，從理論的角度分析了通風(fēng)技術(shù)對(duì)相應(yīng)污染排放效能的影響，進(jìn)而得到了選擇通風(fēng)技術(shù)的具體方法，并以此作為提高隧道施工整體質(zhì)量的基礎(chǔ)，為后續(xù)的施工建設(shè)環(huán)節(jié)提供安全保障。

1" "隧道施工機(jī)械配套選型方法

1.1" "工期對(duì)施工機(jī)械選型配套的影響及要求

隧道施工的工期一般比較明確，具體的工程施工工期在初期設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確定，為了滿(mǎn)足施工工期的要求，施工方應(yīng)合理選擇工程施工的機(jī)械化程度。機(jī)械化程度越高，隧道施工的工期適應(yīng)性也會(huì)越強(qiáng)，相應(yīng)的施工效率也會(huì)更高。如果隧道施工的工期較短，施工人力資源有限，則施工方應(yīng)選擇產(chǎn)能較高的機(jī)械化設(shè)備。此類(lèi)設(shè)備的功耗較高，施工方要注意控制隧道施工的整體成本。提高施工機(jī)械的機(jī)械化程度也是減小施工壓力的有效方法，施工方應(yīng)根據(jù)工期要求，制定詳實(shí)有效的機(jī)械設(shè)備配套方案，切實(shí)滿(mǎn)足隧道施工的工期要求。

1.2" "施工方案對(duì)施工機(jī)械選型配套的影響及要求

確定隧道施工的具體方案之后，即可進(jìn)行機(jī)械設(shè)備配套選型工作。隧道施工方案中包含爆破工程、運(yùn)輸工程（一般為無(wú)軌運(yùn)輸方式），對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能要求比較高，需要有較高的生產(chǎn)率，為此在選擇機(jī)械設(shè)備的具體型號(hào)時(shí)，施工方一定要詳細(xì)分析隧道施工的具體要求。

一般而言，施工方案中包含的施工機(jī)械主要有隧道鑿巖機(jī)、碎石挖掘機(jī)、工程用裝載機(jī)以及其他各種類(lèi)型運(yùn)輸車(chē)等。另外，在實(shí)際的隧道施工過(guò)程中，為了形成有效的機(jī)械化作業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)，施工方需要合理選擇大型工程機(jī)械，包括大功率的隧道風(fēng)機(jī)、混凝土噴射機(jī)組等。

1.3" "施工環(huán)境對(duì)機(jī)械選型配套的影響及要求

如果隧道施工的海拔比較高，例如在一些高原或者山區(qū)，平均氣溫可能比較低，并且低溫持續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng)，則施工過(guò)程中難免出現(xiàn)凍土。施工環(huán)境中的凍土?xí)?duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響，并且還可能出現(xiàn)氣壓低、氧氣含量少等情況。為此，在選擇施工機(jī)械的具體型號(hào)時(shí)，施工方需要參考海拔對(duì)氣壓、溫度以及空氣密度影響的參考表，以此作為選擇施工機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)條件，選擇適應(yīng)具體施工環(huán)境的機(jī)械設(shè)備。海拔高度對(duì)環(huán)境氣壓、溫度以及空氣密度的影響如表1所示。

隧道施工環(huán)境對(duì)內(nèi)燃機(jī)的影響頗為顯著。在一些比較惡劣的環(huán)境下，內(nèi)燃機(jī)工作氣壓條件得不到滿(mǎn)足，在燃燒之后會(huì)出現(xiàn)“后燃”現(xiàn)象，影響內(nèi)燃機(jī)整體的動(dòng)力性能，整體熱負(fù)荷也比較明顯。為此在選擇內(nèi)燃機(jī)時(shí)，施工方一定要詳細(xì)分析隧道工程施工環(huán)境的氣壓狀態(tài)，明確空氣的實(shí)際密度情況，進(jìn)而合理選擇增壓柴油機(jī)的型號(hào)。

2" "隧道施工通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用要求分析

2.1" "炮煙通風(fēng)要求

在隧道工程的實(shí)際施工過(guò)程中，爆破會(huì)產(chǎn)生大量的炮煙。此類(lèi)炮煙中包含很多有毒物質(zhì)，一般為一氧化碳和氮氧化合物。不同炸藥產(chǎn)生的有害氣體的具體構(gòu)成情況有所差別，具體的數(shù)據(jù)值如表2所示。在應(yīng)用通風(fēng)技術(shù)時(shí)，施工方應(yīng)明確各類(lèi)氣體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，例如一氧化氮易溶于水，則在通風(fēng)的過(guò)程中，施工方應(yīng)準(zhǔn)備噴霧設(shè)施，以降低隧道中一氧化氮的濃度，從而確保施工人員的人身安全。

2.2" "內(nèi)燃機(jī)廢氣通風(fēng)要求

在隧道工程的施工過(guò)程中，柴油機(jī)本身會(huì)產(chǎn)生一些廢氣，此類(lèi)廢氣的構(gòu)成成分非常復(fù)雜，一般會(huì)含有氮氧化合物、低碳氧化合物等。另外，還會(huì)出現(xiàn)一些柴油未燃燒而產(chǎn)生的油煙。為此，施工方應(yīng)盡量選擇低污染的油煙機(jī)。此類(lèi)油煙機(jī)可為隧道工程的通風(fēng)提供良好的氣體環(huán)境支持，進(jìn)而從源頭處消除隧道中有毒氣體對(duì)施工人員的影響。

3" "工程案例

3.1" "工程概況

林省龍井至大蒲柴河公路建設(shè)項(xiàng)目主體土建工程LPTJ08標(biāo)段隧道工程，兩江隧道結(jié)構(gòu)形式為左右分離式，左洞長(zhǎng)1375m，右洞長(zhǎng)1439m，采用新奧法施工，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車(chē)道，隧道單洞斷面積55m2，雙洞合計(jì)110m2，洞門(mén)型式削竹式。圍巖等級(jí)：Ⅲ級(jí)625m，Ⅳ級(jí)1495m，Ⅴ級(jí)694m。

TBM拆卸洞室在標(biāo)段終點(diǎn)，長(zhǎng)20m，寬9.1m，總高8.815m。為進(jìn)行主洞掘進(jìn)需進(jìn)行的施工內(nèi)容包括：進(jìn)洞支洞SJ0+000～SJ5+199.659，長(zhǎng)度5199.659m，與主洞高差為180.341m，坡比為3.857%。23#通風(fēng)支洞在85m+963m處于主洞成49.764°斜交，洞長(zhǎng)969.03m，與主洞高差為330.039m，坡比為37.315%。進(jìn)洞支洞和主洞為T(mén)BM掘進(jìn)，采用一臺(tái)羅賓斯5.06m雙護(hù)盾TBM獨(dú)頭掘進(jìn)，施工斷面為圓形。管片為預(yù)制C45混凝土拼裝式結(jié)構(gòu)，成型管片內(nèi)徑4.3m，管片厚度0.25m，管片型式為六邊形蜂窩狀，4片管片組成一環(huán)，管片與圍巖之間的空隙，采用豆礫石充填并進(jìn)行回填灌漿。洞內(nèi)鋪設(shè)單線(xiàn)鋼軌，連續(xù)皮帶機(jī)出渣，采用編組列車(chē)進(jìn)行物料運(yùn)輸，設(shè)置錯(cuò)車(chē)道。

3.2" "機(jī)械選型配套方案

本工程施工段總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，具有分段施工的特點(diǎn)，整體施工環(huán)境也比較復(fù)雜，為此在實(shí)際施工中，選擇靈活性較好的小型鑿巖機(jī)，負(fù)責(zé)完成隧道的鉆孔工作。在選擇風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)時(shí)，施工方應(yīng)根據(jù)爆破作業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合理論公式，計(jì)算鑿巖機(jī)的實(shí)際臺(tái)數(shù)，其中理論公式如下：

（1）

式中：

M——鑿巖機(jī)臺(tái)數(shù)的理論值;

N——隧道施工中炮孔的實(shí)際數(shù)量;

L——本次工程中平均炮煙的長(zhǎng)度，m;

V——鑿巖機(jī)鉆眼的速度;

T——鉆眼時(shí)間。

通過(guò)分析具體的施工數(shù)據(jù)，在本次施工中一共選擇了6臺(tái)鑿巖機(jī)，風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)數(shù)量為10臺(tái)。其中鉆爆作業(yè)線(xiàn)鑿巖機(jī)的配套如表3所示。其他用于材料運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械設(shè)備以及裝碴、扒碴的機(jī)械設(shè)備，均需要結(jié)合實(shí)際的施工進(jìn)度和施工情況進(jìn)行確定。

3.3" "通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用

3.3.1" "總體要求

先確定作業(yè)人員需風(fēng)量，一般而言需風(fēng)量為3m3/min，本工程滿(mǎn)足此要求。從爆破需風(fēng)量的角度分析，需要考慮實(shí)際施工時(shí)的氣壓以及空氣密度情況，本次工程施工選擇的空氣重率高程修正系數(shù)為0.7045。

本次施工選擇的通風(fēng)方式主要包括自然通風(fēng)方式以及機(jī)械通風(fēng)方式，其中機(jī)械通風(fēng)方式包括壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)以及混合式通風(fēng)。此外，本次施工還考慮了施工進(jìn)度的實(shí)際要求以及具體的送風(fēng)長(zhǎng)度要求，并在實(shí)際的施工過(guò)程中根據(jù)施工情況進(jìn)行了靈活調(diào)整。

考慮到高原因素，在設(shè)計(jì)過(guò)程中確定供風(fēng)量的參數(shù)時(shí)需要適當(dāng)增加一定的量，以確保通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)滿(mǎn)足使用要求。結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置斜井，以讓風(fēng)管和運(yùn)輸車(chē)輛從其通過(guò)。施工前應(yīng)選用雙級(jí)調(diào)速軸流式風(fēng)機(jī)，可以根據(jù)風(fēng)量需求的大小選擇高速運(yùn)轉(zhuǎn)和低速運(yùn)轉(zhuǎn)兩種模式，以起到節(jié)能的作用。

選用的各類(lèi)通風(fēng)設(shè)備的品牌不宜種類(lèi)過(guò)多，否則不利于維護(hù)和維修。進(jìn)行主洞施工過(guò)程中，需要先對(duì)撐子面進(jìn)行爆破。爆破后的殘?jiān)龆磿r(shí)間應(yīng)根據(jù)各撐子面進(jìn)行錯(cuò)開(kāi)，避免出現(xiàn)交叉出渣的情況。然后再進(jìn)行通風(fēng)量的計(jì)算，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行均衡供風(fēng)。

3.3.2" "通風(fēng)方案確定

根據(jù)隧道的施工情況，可以選擇的通風(fēng)方案有風(fēng)管壓入式通風(fēng)、斜井分隔壓入式通風(fēng)這兩種類(lèi)型。兩種方案均有較高的安全性，只需對(duì)其進(jìn)行能耗比較，選出最佳方案即可。經(jīng)過(guò)對(duì)某一個(gè)工區(qū)的能耗進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其共需向4個(gè)撐子面進(jìn)行供風(fēng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到，斜井上風(fēng)處的風(fēng)量達(dá)到8440m3/min。假設(shè)每個(gè)撐子面的風(fēng)量需求為2110m3/min。

根據(jù)風(fēng)阻方面的因素進(jìn)行方案必選，斜井分隔方案阻力為5478Pa，風(fēng)管壓入的阻力為7206 Pa，斜井分隔的阻力比風(fēng)管壓入的阻力小了1728 Pa，相對(duì)降低了能耗24%左右。最終決定選用斜井分隔壓入式的通風(fēng)方案。

3.3.3" "隔板施工作業(yè)

隔板主要由鋼梁和彩鋼板兩種材料制作而成，將斜井分成兩個(gè)部分，上面區(qū)域設(shè)置為進(jìn)風(fēng)通道，下面區(qū)域設(shè)置為排風(fēng)通道和施工作業(yè)通道。本工程隔板選用的鋼梁為15mm的方鋼管，將其固定在隧道的兩側(cè)，并用吊桿固定在拱頂，然后用彩鋼板作為分隔板，使用鉚釘將彩鋼板固定在骨架上即可。

4" "結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合吉林省龍井至大蒲柴河公路建設(shè)項(xiàng)目主體土建工程LPTJ08標(biāo)段隧道工程實(shí)際施工，針對(duì)隧道施工機(jī)械配套與通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行分析。在隧道施工過(guò)程中，機(jī)械選型配套方案以及通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)結(jié)合工程施工的具體情況，包括施工環(huán)境、施工進(jìn)度以及施工技術(shù)要求等。在此基礎(chǔ)上，施工方應(yīng)根據(jù)施工的具體情況，靈活調(diào)整機(jī)械選型方案以及通風(fēng)方式，以保障施工安全性為基礎(chǔ)，適應(yīng)施工機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用成本要求，進(jìn)而切實(shí)提高隧道施工的整體質(zhì)量。

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