(浙江省第一水電建設集團股份有限公司，浙江 杭州 310052)

1 工程概況

杭州市第二水源千島湖配水工程15標段工程包括輸水隧洞樁號102+900～109+100(6200m)、 獅子山上游支洞(154m)、獅子山下游支洞(285m)、爬塢支洞(750m)、爬塢支洞口西南側新建檢修交通洞(308.286m)和桐村支洞(200m)。開挖區(qū)域主要為弱風化粉砂巖，圍巖主要為Ⅱ～Ⅳ類圍巖，最大開挖面面積約55m2。隧洞開挖采用光面爆破獨頭掘進，裝載機配自卸汽車出渣。

2 通風方案

該工程隧洞開挖施工段掘進最長為爬塢支洞施工段，其獨頭掘進達到3233.72m，加之采用無軌運輸，洞內的通風排煙問題較難解決，是影響隧洞開挖進度、質量、安全的主要因素。根據類似工程實際經驗，該工程采用壓入式通風為主，輔以吸出式通風的混合式通風措施，在工作面采用射流風機加速循環(huán)，并采用噴霧除塵等輔助方法加速降塵。隨著隧道的逐步深入，每隔1000m串聯(lián)風機加速抽排及壓入效果。

3 通風設計相關計算

3.1 通風設計相關標準

在隧洞開挖過程中，由于鉆孔、爆破、設備毒氣以及地層釋放出的有害氣體等，使得隧洞內空氣污濁，不及時排除有害氣體，會嚴重影響施工人員的健康。因此，必須及時向洞內提供新鮮的空氣，排除有毒有害的氣體，降低粉塵的濃度。要符合以下衛(wèi)生標準：?隧洞內的溫度不能超過28℃，洞內的氧氣含量不低于20%(按體積計算)；?有毒有害氣體的濃度，一氧化碳不大于30mg/m3，施工人員的工作時間不超過30min；二氧化碳不得超過0.5%(按體積計算)；氮氧化合物(換算成NO2)質量的濃度不超過5mg/m3；?粉塵的濃度：游離二氧化硅濃度10%以上的粉塵，其濃度不得大于2mg/m3；游離二氧化硅濃度10%以下的粉塵，其濃度不得大于10mg/m3；?每人平均需提供不少于3m3/min的新鮮空氣，柴油設備需提供不少于3m3/(min·kW)的新鮮空氣。

3.2 設計參數

為了確保暗挖施工作業(yè)段的空氣符合通風設計標準，設計時以隧洞最大開挖斷面進行參數設定，具體見下表。

隧洞開挖通風設計相關參數表

3.3 風量、風壓相關計算

3.3.1 風量的計算

從以下四個方面計算風量：按照隧洞內同時工作時最多人數所需要的新鮮空氣計算最大風量V1；按隧洞內允許最低的風速計算風量V2；在規(guī)定的時間內把同時爆破且使用最多炸藥量時所產生的有毒有害氣體稀釋到允許濃度以下的情況下計算風量V3；按稀釋內燃機廢氣計算風量V4。通過相應的計算，取最大值。

a.施工人員所需的風量V1。施工相關人員所需風量值的計算：

V1=qmK=3×35×1.15=121m3/min

式中q——隧洞內每個人所必需的新鮮空氣量，取3m3/min；

m——隧洞內同時工作時的最多人員數量；

K——風量的備用系數，取1.15。

b.按洞內允許最低風速計算風量V2。計算公式為

V2=60vminSmax

式中vmin——洞內允許最小風速；

Smax——隧洞最大開挖斷面。

經計算，V2=60×0.15×55=495m3/min。

c.爆破散煙所需風量V3。該工程采用混合式通風，爆破散煙所需風量計算公式為

V3x=1.3V3y

式中V3y、V3x——混合式壓入、吸出通風量，m3/min；

Q——同時爆破所需最大炸藥量，kg；

Ly——壓風管口至工作面距離，取30m；

t——爆破后的通風時間，min。

經計算，爆破散煙所需風量為

V3y=142m3/min

V3x=185m3/min

d.使用柴油機械時的通風量V4。按單位功率需風量指標計算：

V4=v0P

式中v0——單位功率所需風量的指標，取

4.1m3/(kW·min)；

P——隧洞內同時工作的柴油機械總額定功率，kW。

經計算，V4=4.1×(3×99+145)=1812m3/min。

e.風管漏風損失修正風量。通過上述計算，選其中最大值作為計算風量，即使用柴油機械時的通風量1812m3/min。

該工程單頭掘進最大長度為3233.72m，考慮管道百米漏風率B=1.5%，可得風機所需風量為Q=V4/(1-B)L/100=2954m3/min。

3.3.2 風壓的相關計算

通風的阻力包括摩擦阻力和局部阻力，摩擦阻力在風流的全部流程內均存在，局部阻力發(fā)生在管道斷面變化的地方。為了保證能把所需要的風量送到工作面上，并能在出風口保持一定量的風速，風流經過風管時所需的總風壓為風機工作風壓，按下式進行計算：

hm=hky+hp

hky=(λ/D)(ρv2/2)L

式中hm——風機工作風壓，Pa；

hky——沿程風壓損失，Pa；

L——風管總長，m；

λ——管道沿程阻力系數，取0.005；

D——風管內徑；

ρ——空氣密度，取1.23kg/m3；

v——風筒內平均風速，v=Q/S風筒=

2954/(3.14×0.62)=2613m/min；

hp——局部的風壓損失值，Pa，包括各連接段的局部風壓損失，按沿程風壓損失值的25%考慮。

經計算，hky=5658Pa，hm=7073Pa。

3.4 風機的選擇

根據該工程單頭掘進需風量2954m3/min，綜合考慮當前市場上的軸流式風機產品的性能，風筒直徑確定為1.2m，選擇SDDY-Ⅲ 14.0 型軸流式風機，風機直徑1.1m，高效風量為50m3/s，功率200×2kW，全風壓550～7530Pa。

4 風管與風機布置

4.1 風管布置

a.洞口外正壓風管管口應朝下，負壓風管管口應朝上，以防止洞口廢氣回流。

b.在預留足夠安全距離的前提下，正壓風管末端緊跟開挖工作面，正、負壓風管末端間距80～150m，正壓風管在前，負壓風管在后，防止通風短路。

c.風管需做到平順、緊直，加大每節(jié)風管的長度，以減少因接頭阻力而損失的風量。

d.施工支洞內壓入式風管采用兩路φ1200的硬質鋼絲風管，抽出式風管采用兩路φ800的軟質風管，使上下游風管分開布設，獨立控制。

e.輸水隧洞內的壓入式風管通常采用φ1200的硬質鋼絲風管送風，在距離開挖作業(yè)面100m范圍內由于受到爆破沖擊波及飛石的影響，采用φ1200的軟質風管送風。

f.輸水隧洞內的抽出式風管全部采用φ800的軟質風管。

4.2 風機布置

該工程通風最長線路達3233.72m，長工作面一臺風機不能滿足需要，需每隔400～500m串聯(lián)一臺11kW軸流式風機運行。

長工作面隧洞通風布置見下頁圖。

長工作面隧洞通風布置示意圖

5 風機的管理

爆破后應先關掉壓入式風機，用抽出式風機快速排除工作面的有害氣體，盡快恢復循環(huán)作業(yè)，再采用壓入式風機向隧洞內提供新鮮的空氣。

隧洞開挖過程中必須加強環(huán)境意識，重視通風工作，組建專業(yè)的通風班組，負責通風機、通風管安裝、維護，以及通風方式變換、漏風量測定，并承擔通風效果責任。做好通風除塵的首要工作是通風監(jiān)測，通風相關技術人員要做好日常的有害氣體濃度控制，根據濃度調整適宜的風量，合理供風。

進入支洞中轉運的自卸汽車須配置低污染、有廢氣凈化裝置的柴油機械，汽油機械不準進入支洞。

6 降塵的措施

隧洞開挖中采取濕式鑿巖的方法。根據以往的經驗，濕式鑿巖可降低80%的巖粉。在作業(yè)中水壓要穩(wěn)定、水量要充足、操作要規(guī)范，遵循先開水后開風，先關風后關水的原則，爆破后采用灑水降塵的措施，沖洗巖壁，保證做好濕式鑿巖。噴混凝土時采用濕噴工藝，達到減少粉塵含量的效果。

同時針對進洞的所有機械采取以下措施：

a.加強對進洞機械的維修保養(yǎng)。對洞內所有的施工機械進行定期的保養(yǎng)、檢查，提高內燃機柴油的燃燒率。

b.選擇適當的油料及柴油添加劑。在施工中使用含硫量低的柴油，并選用適宜的柴油添加劑來降低一氧化碳的排放濃度。

c.對部分有關機械設備采取機外凈化的措施，裝配專用的有催化劑的附屬箱，將其與尾氣排放管連接，用催化劑和水洗的辦法降低廢氣中有毒有害的氣體。

7 通風效果分析

在隧洞開挖中，通風時間隨著隧洞長度的不同而需要20～40min不等，基本符合計算時所選用的時間。通過不同時段及不同掘進深度對洞內有害氣體及粉塵濃度的監(jiān)測，工作面的空氣質量、粉塵濃度均可達到設計要求，空氣質量狀況良好。

8 結 語

該工程隧洞開挖的實際情況證明，通過計算風量的方式來選擇適當的通風機、防止粉塵的擴散，很好地解決了單頭掘進長大隧洞的施工通風和粉塵控制難題，取得了比較滿意的通風效果，很好地保護了洞內施工人員的身體健康與生命安全，大大縮短了爆破后通風排煙的時間和作業(yè)循環(huán)的時間，加快了工程的施工進度，取得了一定的社會效益和經濟效益。