劉建鑣

(福建省第二公路工程有限公司 福建福州 350001)

福州京臺高速公路建設項目為國家重點建設項目，主線里程52.952km，按雙向四車道高速公路標準建設，設計速度100km/h，全線特長隧道2.5座，均為雙線分離式雙洞布置，正洞凈寬10.75m，凈高5.0m。其中黃竹山隧道(0.5座，在Y(Z)K99+650設分離式通風斜井)與寧德交界，起迄樁號為左洞 ZK99+128～ZK1103+362，右洞 YK99+128～YK103+387，左洞長4234m，右洞長4259m;本隧道施工采用獨頭掘進方式，獨頭最大通風長度 3687m，開挖斷面積84m2。隧道施工過程通風方案采用兩階段式，第一階段左右線各自采用壓入式通風;第二階段待兩隧道之間的橫向通道開挖貫通后，利用橫向通道使兩隧道形成巷道式通風，軸流風機設在單側洞向兩個掌子面供應新鮮空氣，污風自另一側洞排出洞外，待斜井與主隧道貫通后，形成自然通風系統。巷道式通風階段確保通風管長度在1500m之內。

1 施工通風方案設計原則

(1)通風系統

隧道掘進工作面都必須采用獨立通風，嚴禁任何兩個工作面之間串連通風。隧道需要的風量，須按照爆破排煙、同時工作的最多人數以及有害氣體絕對涌出量分別計算，并按允許風速進行檢驗，采用其中的最大值。隧道施工中，對集聚的空間和襯砌模板臺車附近區(qū)域，可采用空氣引射器、氣動風機等設備，實施局部通風的辦法。隧道在施工期間，應實施連續(xù)通風。因檢修、停電等原因停機時，必須撤出人員，切斷電源。

(2)通風設備

1)壓入式通風機必須裝設在洞外或洞內新風流中，避免污風循環(huán)。通風機應設兩路電源，并裝設風電閉鎖裝置，當一路電源停止供電時，另一路應在15min內接通，保證風機正常運轉。

2)必須有一套同等性能的備用通風機，并經常保持良好的使用狀態(tài)。

3)隧道掘進工作面附近的局部通風機，均應實行專用變壓器、專用開關、專用線路及風電閉鎖、瓦電閉鎖供電。

4)隧道應采用抗靜電、阻燃的風管。風管口到開挖面的距離應小于5m，風管漏風率應不大于2%。

2 巷道式通風施工通風方案

(1)通風方式選擇

黃竹山隧道為平行雙隧，左右線之間每隔738m設有行車橫洞，具備采用射流巷道式通風的條件，所以設計采用射流+軸流巷道式通風。

(2)通風量計算

施工通風所需風量按洞內同時作業(yè)最多人數、洞內允許最小風速、一次性爆破所需要排除的炮煙量、內燃機械設備總功率分別計算，取其中最大值作為控制風量。

1)按掌子面同時工作的最多人數計算

式中:q—每一作業(yè)人員的通風量，取3m3/min

n—掌子面同時作業(yè)的最多人數(取60人)

計算可知需風量為180m3/min。

2)按洞內允許最小風速0.15m/s計算(《隧道工程施工技術規(guī)范》規(guī)定，施工中隧道內平均風速不得低于0.15m/s)

式中:S—隧道開挖斷面積84m2(Ⅲ級圍巖)

V—洞內允許最小風速0.15m/s=9m/min

計算可知需風量為756m3/min。

3)按一次性爆破所需要排除的炮煙量計算

式中:A—一次性爆破炸藥量(根據爆破方案為206.1kg);

t—通風時間，20min

L—通風長度，200m

F—隧道斷面積，84m2

計算可知需風量為1511m3/min。

4)按內燃機械設備總功率計算

式中:H—內燃機械總功率550KW(掌子面1臺裝載機功率150KW、一臺出渣車功率200KW，其它內燃設備計200KW)

q—內燃機械單位功率供風量，8m3/(min·KW)

а—內燃機械的工作效率，取50%。

經計算內燃機械設備需風量為控制風量，開挖面需風量為2200m3/min。

5)確定總供風量

由上可知:按內燃機械總功率計算值最大，為控制風量;總供風量按2200m3/min計算。

此時，所需平均風速 ˉV=2200 ÷60 ÷84=0.44m/s。

(3)通風設備選型配置

巷道式通風方案中，軸流風機的選擇主要由所需風量和所選風管參數計算的風壓確定;射流風機的選擇主要由軸流風機的所需要的總風量及總風量所經路程的總阻力確定;風管全部采用科研所研制并獲國家專利的新型軟管。

1)軸流風機選型計算

通風阻力因選擇的風管直徑和風機型號以及送風距離的不同會有很大差距，如果選擇的風管直徑過小，會導致通風阻力過大，不能滿足送風需要;如果選擇的風管直徑過大，又會造成浪費，且不利于施工組織。針對隧道的實際情況，結合風機特性曲線和送風長度對通風阻力進行模擬計算，同時也對風機風管進行選型匹配后，選定2臺SDF(C)-No12.5型軸流風機，功率110kw;此型號風機與1500m長的Φ1.7m風管匹配參數見(表1):

表1 主洞風機風管系統匹配點的參數

風管出口風量1926m3/min＞總供風量按1800m3/min，符合要求。

2)隧道通風阻力計算:

①隧道摩擦阻力:

式中:α——摩擦阻力系數，α=0.030

L—隧道最長通風長度 (3687m)

U—隧道周邊長度(30.8m)

Q—風量(2200/60=36.7m3/s)

S—隧道面積(84m2)

摩擦阻力為:Pm=α×L×U×Q2/S3=0.030×3687×30.8×36.72/843=7.74(Pa)

②局部阻力:

式中:ζ—局部阻力系數，ζ=1.5

Q—風量(36.7m3/s)

S—隧道面積(84m2)

局部阻力為:PJ=0.612ζQ2/S2=0.612×1.5×36.72/842=0.18(Pa)

③正面阻力:

式中:φ—機械設備阻力系數(取:裝載機2.0+襯砌臺車4.0+操作臺車1.5=7.5)

Sm—阻塞物最大迎風面積(取10m2)

Q—風量(36.7m3/s)

S—隧道面積(84m2)

正面阻力為:Pz=0.612×7.50×10×36.72/(84-10)2=11.29(Pa)

④隧道通風總阻力:

P總=Pm+PJ+Pz=7.74+0.18+11.29=19.2(Pa)。

3)射流風機選擇計算

射流風機產生的風壓必須得以克服整個系統的阻力，即:Hf≥P總

①型號:SSF-№16型，流量 31m3/s，出口速度30.9m/s，電動機功率55kw/臺。

②每臺射流風機產生的風壓:

式中:Vj—射流風機出口風速，30.9m/s

Aj—射流風機出口斷面積，0.852π=2.27m2

Ag—隧道斷面積，84m2

Vgo—隧道內風速，取所需平均風速0.44m/s

kj—增壓系數，取0.85

ρ—空氣密度(現場實測1.19kg/m)

③射流風機總臺數:

Nj=P總/Hf=19.2/25.7=1臺，即安裝1臺射流風機就可滿足要求;由于隧道較長，在每貫通一個行車橫通道后，同步在距行車橫通道100m左右的小里程位置再增設1臺射流風機，以保證通風質量。

(4)通風布置

主洞通風布置共分二個階段:

第一階段，在施工初期，正洞兩個開挖面均采用獨頭壓入式通風，分別采用一臺主洞2×110KW軸流風機和Φ1.7mPVC風管送風，布置圖如(圖1)所示，在10#行車橫通道貫通后準備階段調整，風管送風最長距離控制在1500m以內。

圖1 出口工區(qū)第一階段通風布置圖

第二階段第一步，10#行車橫通道貫通并具備階段調整條件后，將洞口兩臺風機設置在左線距10#行車橫通道50m左右靠洞口一側，通過風管分別向兩個開挖面送風，在距洞口100m處增設1臺射流風機，形成射流巷道式通風，布置圖見(圖2)。左線引進新鮮風，右線排出污風，施工要求必須進行交通管制，出碴和材料運輸車輛由右線進出，需要進入左線經10#行車橫通道進出，在9#行車橫通道貫通后再準備階段調整。

圖2 主洞第二階段第一步通風布置圖

第二階段第二步，9#行車橫通道貫通并具備階段調整條件后，利用風墻封閉10#行車橫通道，將左線10#行車橫通道處的兩臺風機前移至距9#行車通道50m左右靠洞口一側，通過風管分別向兩個開挖面送風，同時在距10#行車橫通道100m左右的小里程位置再增設1臺射流風機，布置圖見(圖3)。風流方向和交通管制方式同上，左右線之間主要通過9#行車橫通道聯通，在8#行車橫通道貫通后在準備階段調整。

圖3 主洞第二階段第二步通風布置圖

第二階段第三步，8#行車橫通道貫通并具備階段調整條件后，利用風墻封閉9#行車橫通道，將左線9#行車橫通道處的兩臺風機前移至距8#行車通道50m左右靠洞口一側，通過風管分別向兩個開挖面送風，同時在距9#行車橫通道100m左右的小里程位置再增設1臺射流風機，布置圖見(圖4)。風流方向和交通管制方式同上，左右線之間主要通過8#行車橫通道聯通，保持此方式直到與斜井工區(qū)貫通。

圖4 主洞第二階段第三步通風布置圖

2 通風技術管理

通風技術管理包括通風方案的實施，方案的局部調整，過渡方案的設計，通風效果的監(jiān)測與評價等;這些都由專業(yè)技術人員來完成。

(1)通風方案的實施

通風設計方案只是一個基本模式，要在現場實施，還要進一步細化并繪制出方案實施圖。要求技術人員根據設計圖和現場具體情況，把方案具體化，繪制實施圖，及時制定出方案實施細則。

(2)通風方案的局部調整

通風方案一般都是根據施工方法和施工組織來設計的，在施工過程中施組和施工方法，通常會根據地質情況的變化而變化，如增開工作面或增加運輸通道等，通風方案也需要作相應的變化。要求技術人員根據施組和施工方法的變化對通風設計方案進行局部調整。

(3)過渡方案的設計

通風方案都是分階段設計的，每個階段之間都存在過渡的問題，在施工現場從一個階段到另一個階段一般需要兩三天時間，決不能因為實施下一階段通風方案而影響正常施工。要求技術人員必須根據現場具體情況做好通風過渡方案。

(4)通風效果的檢測與評價

通風方案實施以后，實施的方案能否達到設計要求，或者設計本身是否存在問題，這些都需要通過溫度、濕度、管路的進出口風量、管路的百米漏風率、通風阻力以及工作面有害氣體濃度變化等項目的測試，來檢查方案落實情況(主要是通風管路安裝質量)，評價設計方案。要求技術人員在方案實施后盡快測試，以便對存在的問題及時修正。另外，也要求技術人員對通風效果(主要工作面的有害氣體濃度變化情況)進行經常性的檢測，以檢查通風管路的安裝維護質量。

3 施工中容易出現的問題和處理方法

(1)巷道通風方式中，防漏降阻是提高送風效率的關鍵，應做好以下技術措施:

1)選擇優(yōu)質風管材料，加大風管直徑;加長風管節(jié)長，減少接頭。

2)提高風管安裝質量，使風管達到平、直、穩(wěn)、緊，不彎曲、無褶皺，以減少通風阻力;風管通過襯砌臺車、作業(yè)臺架時要確保風管的順直度，減少通風阻力。

3)各橫洞的密閉墻必須密封，防止因漏風造成風壓降低和污風循環(huán)。

(2)掘進爆破產生的沖擊波對軟管產生破壞:爆破前應關閉通風機，炮響后再開啟，以避免沖擊波對軟管的破壞。專人每天巡查通風情況，發(fā)現風管破損，應立即修復。

(3)隧道施工過程中內燃機械及車輛產生的污染:施工過程加強內燃機械的保養(yǎng)，在運輸車輛的尾氣排放口必須設置凈化裝置，以降低對隧道內施工環(huán)境的污染程度。

(4)污風在設計坡頂處及襯砌臺車附近的聚結:現場施工過程中受天氣及氣流影響，經常在坡頂處或襯砌施工處產生污風聚結現象;根據現場實際情況，在污風聚結處增加臨時射流風機，及時輔助排除污風。

4 結束語

本文以黃竹山隧道施工中的通風研究為例，充分利用雙線小凈距特長隧道在設計上每一定間距設置的人行、車行通道，采用巷道加管道的通風方式，改善施工過程中的通風條件，取得了較好的通風效果。作者全過程參與了這項研究，并在施工過程進行完善，對需風量計算、通風設備的選型、巷道步長及通風管道的直徑和長度、風機在人行或車行橫道上的最佳位置、通風實際效果等，進行了大量的計算及驗證，取得了本文中所述的研究成果，可作為工程技術人員從事類似工程建設時參考。本文介紹的黃竹山隧道已順利貫通。

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