隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究

武新耀

（中鐵建陜西眉太高速公路有限公司，陜西寶雞 721000）

1 引言

在隧道通風(fēng)施工中，無論是工程的質(zhì)量還是施工人員的安全都需要得到保障[1]。在長期的實(shí)踐過程中，隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)一直是技術(shù)難題，施工單位及設(shè)計(jì)單位對其都十分重視。本文將選擇衙嶺隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)作為研究對象，在斜井工區(qū)使用了分割巷道及風(fēng)管施工的通風(fēng)技術(shù)，在一定程度上解決了大部分的隧道通風(fēng)效果差的問題。通過該技術(shù)的應(yīng)用，提供了較好的通風(fēng)質(zhì)量，可在一定程度上提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益[2]。

2 工程概況

衙嶺隧道起始于大白縣桃川鎮(zhèn)雙岔子移明村北部，路線近東穿過了秦嶺的分水嶺，終點(diǎn)位于大白縣北村溝，是呈曲線式分離隧道，為雙向四車道。左線起訖樁號為ZK53+603～ZK62+580，全長8977 m，為特長隧道，起點(diǎn)的高程為1 428.04 m，終點(diǎn)高程為1 606.00 m，隧道的底板最大埋深為430 m。右線起訖樁號為YK53+587～YK62+555 全長8 968 m，為特長隧道，起點(diǎn)高程為1 427.65 m，終點(diǎn)高程為1 605.91 m，隧道底板最大埋深439 m。兩洞中軸線最大間距約40 m。

為了滿足工期要求，需要進(jìn)行施工通風(fēng)的設(shè)計(jì)，在防災(zāi)救援的過程中，還要進(jìn)行場地布置。合同段內(nèi)有衙嶺隧道進(jìn)口段（左線：ZK53+602～ZK58+081，右線：K53+586～K58+081）及衙嶺隧道1#斜井。衙嶺隧道進(jìn)口右線承擔(dān)正洞2 300 m，1#斜井小里程承擔(dān)1 410 m，大里程段承擔(dān)785 m；衙嶺隧道進(jìn)口左線承擔(dān)正洞2 350 m，1#斜井小里程承擔(dān)1 361 m，大里程段承擔(dān)768 m。

3 分離巷道及風(fēng)管聯(lián)合式通風(fēng)設(shè)計(jì)

首先，根據(jù)隧道洞內(nèi)需要的風(fēng)量進(jìn)行挖掘，隨著隧道斷面及相關(guān)路徑的改變，將其分為3 個(gè)階段的動態(tài)設(shè)計(jì)，目的是減少成本的支出。第一階段為斜井施工階段，通風(fēng)設(shè)計(jì)主要集中在第二階段和第三階段中，施工通風(fēng)的設(shè)計(jì)需要在斜井的頂部裝隔離板，將新鮮的風(fēng)流和污濁的風(fēng)流進(jìn)行分流，到達(dá)風(fēng)倉之后，經(jīng)設(shè)在風(fēng)倉遠(yuǎn)端的軸流風(fēng)機(jī)加壓，分別對隧道的進(jìn)出口進(jìn)行有效供給。在第三階段成功通風(fēng)之后，正洞及斜井所交叉的位置需設(shè)置風(fēng)倉，風(fēng)倉的密封性必須得到保證[3]。

4 通風(fēng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 風(fēng)機(jī)選型及計(jì)算

國內(nèi)外對軸流風(fēng)機(jī)已經(jīng)有了比較完善的實(shí)踐研究，其中比較重要的一點(diǎn)是，即使軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)量滿足了需風(fēng)量的需求，還需要將通風(fēng)的阻力納入考量的指標(biāo)，所以要保證有一定的儲備風(fēng)量。儲備風(fēng)量一般控制在10%左右。

4.2 通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)本項(xiàng)目所需要的通風(fēng)量對隧道進(jìn)行挖掘，從而改變通風(fēng)的路徑，一般來說，將其分為3 個(gè)階段。第一階段為斜井的施工階段，通過常規(guī)壓入式進(jìn)行通風(fēng)。第二階段是斜井到正洞之后，進(jìn)行分隔巷道通風(fēng)聯(lián)合壓入式通風(fēng)。第二階段施工所需的通風(fēng)設(shè)備如表1 所示。

表1 施工所需的通風(fēng)設(shè)備（第二階段）

第二階段中，需要在斜井的頂部提前放置隔離板，從而讓新鮮的風(fēng)流及污濁的風(fēng)流進(jìn)行獨(dú)立通風(fēng)。隨后將第一階段所設(shè)置的軸流風(fēng)機(jī)拆除，在斜井底部放置功率為55 kW×2 的軸流風(fēng)機(jī)，拉鏈?zhǔn)杰涳L(fēng)管直徑為1.8 m，在隧道的進(jìn)口和出口處進(jìn)行通風(fēng)。軸流風(fēng)機(jī)安裝在用工字鋼制作的支架上，目的是固定風(fēng)機(jī)。在支架兩端中的導(dǎo)坑壁采用風(fēng)鎬開鑿50 cm 的深坑，將支架安裝之后在空隙中填入混凝土，從而固定支架。斜井上半部分隔離巷道內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)處的斷面布置圖如圖1 所示。

圖1 軸流風(fēng)機(jī)斷面布置示意圖

除此之外，為了保證隧道中的污濁空氣與分離巷道進(jìn)行接入，防止對新鮮的風(fēng)流進(jìn)行污染，所以在第二階段中需要臨時(shí)封堵軸流風(fēng)機(jī)尾端的上半部。

在第三階段中，正洞的挖掘長度超過1 000 m 后，第二階段就無法滿足隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)需求，需要通過其他的通風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行通風(fēng)，即在正洞中設(shè)計(jì)密封的風(fēng)倉，在風(fēng)倉的中間設(shè)置隔離板，讓新鮮的空氣進(jìn)入分割巷道，由軸流風(fēng)機(jī)加壓后對隧道內(nèi)進(jìn)行供風(fēng)。

第三階段的施工所需通風(fēng)設(shè)備如表2 所示。

表2 施工所需的通風(fēng)設(shè)備（第三階段）

4.3 斜井供風(fēng)巷道的密封

為了成功密封斜井供風(fēng)巷道，還需要安裝相應(yīng)的分隔材料，主要將其安裝在橫梁上，讓分隔材料和坑壁中的縫隙進(jìn)行密封。

首先，需要利用斜井上方的拱形空間作為供風(fēng)巷道，供風(fēng)的巷道斷面積大于最大的需風(fēng)量，通過壓入式的通風(fēng)得到所需要的通風(fēng)管面積應(yīng)該大于最大需風(fēng)量，單獨(dú)壓入式通風(fēng)所需通風(fēng)管斷面積之和必須要滿足洞內(nèi)車輛同行的需求。

其次，在供風(fēng)巷道的分隔中，大多數(shù)的分隔材料是用彩鋼板制作而成的，因?yàn)椴输摪宓膶挾刃枰ㄟ^斜井的分隔斷面進(jìn)行確定，所以板與板之間的搭接寬度為15 cm，彩鋼板固定在橫梁上面，兩側(cè)的邊墻在接觸后會向下進(jìn)行彎折，彎折的距離約10 cm 左右，使用膨脹螺栓錨進(jìn)行固定。錨的間距控制在1 m 左右。

最后，為了讓分隔巷道的彩鋼板有較好的剛度，借助在風(fēng)機(jī)位置后方加設(shè)橫梁的方式保證剛度，一般在橫梁的縱向設(shè)置中，間距為2 m 最適合。但在后期可能會出現(xiàn)通風(fēng)的故障，主要包括風(fēng)流負(fù)壓，從而損傷相應(yīng)的分隔材料，所以在預(yù)安裝的過程中，需要在風(fēng)機(jī)后50 m 的范圍內(nèi)采取橫梁加固措施，將間距設(shè)置為1.5 m。若橫梁間距的分隔材料＜50 cm，調(diào)整橫梁的位置，保證搭接的牢固。上部分隔供風(fēng)巷道的橫梁長度需要通過斜井的實(shí)際寬度進(jìn)行確定，一般使用60 mm×60 mm 的鋼方管進(jìn)行加工，隨后焊接鋼墊板，鋼墊板的尺寸一般為100 mm×100 mm×5 mm，在墊板的下端直接進(jìn)行鉆孔，鉆孔的直徑為14 mm，使用膨脹螺栓進(jìn)行固定。

4.4 風(fēng)倉設(shè)置及其密封

首先，將風(fēng)倉放置在井底的正洞拱部，當(dāng)風(fēng)倉進(jìn)入封口時(shí)，就能與之前設(shè)計(jì)的通風(fēng)巷道進(jìn)行連接，而風(fēng)倉的遠(yuǎn)端會有一個(gè)出風(fēng)口及軸流風(fēng)機(jī)。風(fēng)倉在隧道與正洞縱向25 m 處進(jìn)行連接，隧道正洞的橫向?qū)挾葹?0 m，高度為2.5 m，為了防止風(fēng)機(jī)搶風(fēng)，需要設(shè)置隔板，選擇長度為8m 的隔板最合適。

其次，在風(fēng)倉的安裝中，因?yàn)轱L(fēng)倉會受到各方面的壓力，所以風(fēng)倉的結(jié)構(gòu)需要有一定的剛度支持。風(fēng)倉主骨架主要使用工字鋼制作，中部加入槽鋼，外包材料大多數(shù)是彩鋼板，隔板材料是4 mm 的鋼板，將它們之間進(jìn)行連接。風(fēng)倉的支架架構(gòu)不能影響到車輛的正常通行，所以使用120b 工字鋼進(jìn)行制作，風(fēng)倉下部的空間需要保證材料的正常運(yùn)輸，安裝的高度需高于4.2 m。

最后，風(fēng)倉的密封是為了給通風(fēng)系統(tǒng)形成一定的風(fēng)壓，只有保證風(fēng)倉結(jié)構(gòu)的密封，才能為通風(fēng)系統(tǒng)提供風(fēng)壓，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。風(fēng)倉面板所使用的材料是鉚釘，起到連接作用，使用黏結(jié)劑與專用鐵皮連接，轉(zhuǎn)角處用電焊連接，保證外包鐵皮轉(zhuǎn)角處的完好密封性。對于軸流風(fēng)機(jī)及風(fēng)倉而言，采用隧道防水板進(jìn)行封閉，縫隙使用瀝青進(jìn)行封閉，通過玻璃膠密封，保證不吸入污濁的空氣。

5 通風(fēng)試驗(yàn)斷面布置檢測

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)壓力最大是在第三階段，所以對第三階段的通風(fēng)結(jié)果進(jìn)行測試。隨機(jī)選擇12 個(gè)斷面及6 個(gè)風(fēng)管內(nèi)的位置，具體的出口方向斷面風(fēng)管測試結(jié)果如表3 所示。

表3 出口方向斷面風(fēng)管風(fēng)速測試結(jié)果m/s

在出口方向風(fēng)管的平均漏風(fēng)率為12.32%，風(fēng)管供風(fēng)量的測試結(jié)果如表4 所示。

表4 出口方向風(fēng)管、供風(fēng)量、百米漏風(fēng)率計(jì)算結(jié)果

6 結(jié)語

在衙嶺隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)中，使用分割巷道及風(fēng)管施工的通風(fēng)技術(shù)能夠提高斜井中正洞通風(fēng)的距離，因?yàn)楸竟こ绦枰^大的通風(fēng)量，在延長通風(fēng)距離的同時(shí)也解決了施工的難題。尤其是在第三階段，設(shè)置了風(fēng)倉結(jié)構(gòu)及進(jìn)風(fēng)口遠(yuǎn)端裝置，有利于發(fā)揮出風(fēng)機(jī)的最大效率。