王志成

（中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300450）

1 概述

玉磨鐵路是中老國際通道的重要組成部分，是國家戰(zhàn)略的重點工程，是中國鐵建主動融入和服務國家“一帶一路”的重要鐵路項目。大尖山隧道位于玉磨鐵路線寧洱站-普洱站區(qū)間，全長14.197 km。由于隧道為滇西南軟弱圍巖地質，存在斷層破碎帶、巖溶、巖堆、滑坡等不良地質情況，施工中經(jīng)常出現(xiàn)軟巖大變形、涌水、坍塌等破壞現(xiàn)象，整體施工難度大、施工風險高、施工進度緩慢。為確保隧道貫通工期滿足要求，決定在關鍵線路大尖山隧道3#斜井正洞中設置超前平行導洞，以增開工作面。在長大隧道多作業(yè)面復雜工況下，如何實現(xiàn)隧道正洞和平導正常通風，保障施工人員身體健康和施工生產(chǎn)順利進行成為當前研究的課題［1-3］。

2 通風設計標準

隧道在施工過程中，作業(yè)環(huán)境采用的職業(yè)健康及安全標準如下:

（1）空氣中氧氣含量，按體積計不得小于20%。

（2）粉塵容許濃度，每立方米空氣中含有10%以上的游離二氧化硅的粉塵不得大于2 mg；每立方米空氣中含有10%以下的游離二氧化硅的礦物性粉塵不得大于4 mg。

（3）瓦斯隧道裝藥爆破時，爆破地點20 m內，風流中瓦斯?jié)舛缺仨毿∮?.0%；總回風道風流中瓦斯?jié)舛葢∮?.75%。開挖面瓦斯?jié)舛却笥?.5%時，所有人員必須撤至安全地點并加強通風。

（4）一氧化碳最高容許濃度為 30 mg／m3；在特殊情況下，施工人員必須進入開挖工作面時，濃度可為100 mg／m3，但工作時間不得大于30 min。二氧化碳按體積計不得大于0.5%；氮氧化物（換算成NO2）為5 mg／m3以下。

（5）隧道內氣溫不得高于28℃。

（6）隧道內噪聲不得大于90 dB。

（7）隧道施工通風應能提供洞內各項作業(yè)所需的最小風量，每人應供應新鮮空氣4 m3／min。

（8）瓦斯隧道施工中防止瓦斯集聚的風速不得小于1 m／s。

3 通風方式選擇

鐵路隧道通風方式通常分為自然通風和機械通風兩大類。機械通風可以細分為風管式、巷道式和風道式通風三類，其中風管式通風又可以細分為壓入式、吸出式和混合式通風三種類型。大尖山隧道根據(jù)現(xiàn)場實際情況，堅持經(jīng)濟實用的原則，采用壓入式通風方式。計算所涉及到的主要數(shù)據(jù)有隧道內允許的最小風速、一次爆破需排出的煙塵量、隧道內允許同時工作的最多人數(shù)和機械設備總功率等，通過這些數(shù)據(jù)根據(jù)公式進行計算，取最大結果作為控制風量。大尖山隧道在施工中采用無軌運輸?shù)姆绞匠鲈?，所以在計算中需要將內燃機機械設備的總功率計算在控制風量內，并考慮排風管道漏風等影響因素，最終得到通風設備所需要的最大供風量［4-6］。

4 通風量計算

大尖山隧道分為隧道進口、1#雙向斜井、2#雙向斜井、3#雙向斜井、隧道出口共8個工作面進行開挖，現(xiàn)以大尖山隧道3#斜井正洞為例進行通風計算。

4.1 計算依據(jù)

通風量依據(jù)《客貨共線鐵路隧道工程施工技術規(guī)程》（Q／CR 9653-2017）的規(guī)定，計算新鮮風從洞外壓入掌子面，污風從洞口排出所需要通風總量。

（1）按洞內同時作業(yè)的最多人數(shù)所需要的新鮮空氣，計算出Q1。

（2）按規(guī)定時間內稀釋一次爆破使用最多炸藥量所產(chǎn)生的有害氣體達到允許的濃度，計算出所需的風量Q2。

（3）根據(jù)不同的施工方法，按坑道內規(guī)定的最小風速，計算出所需的風量Q3。

（4）當隧道內采用內燃機械時，按施工作業(yè)隧道內的內燃設備總功率，計算出所需的風量Q4。

（5）按上述方法計算后，取其中的最大值Qmax，最終確定洞內所需的總供風量。

4.2 計算參數(shù)確定

一次開挖斷面:正洞S＝115 m2、平導S＝45 m2。

一次爆破耗藥量:按一次開挖進尺3 m考慮，正洞 362 kg、平導 148 kg。

洞內最多作業(yè)人數(shù):正洞60人、平導30人。爆破后通風排煙時間:t≤30 min。

4.3 需風量計算

（1）按洞內同時作業(yè)的最多人數(shù)所需的新鮮空氣計算Q1

式中，q為洞內每人每分鐘所需新鮮空氣，取3 m3／min；m為洞內同時工作的最多人數(shù)，正洞取60人；k為風量備用系數(shù)，取1.25。

（2）按爆破后排出炮煙需風量計算Q2

式中，t為通風時間，取30 min；G為同一時間起爆總藥量；A為斷面面積，取115 m2；L為掌子面滿足下一循環(huán)施工的長度，取200 m；q為單位耗藥量，取1.05 kg／m3；L為循環(huán)進尺，取 3 m。

（3）按洞內允許最低風速計算風量Q3

式中，S為最大斷面面積，取115 m2；V為洞內允許最小風速，取0.15 m／s。

（4）按內燃機械設備總功率計算Q4

采用無軌運輸，洞內機械設備配置較多，廢氣排放量較大，供風量應足夠將內燃機械設備所排放的廢氣全面稀釋和排出，使有害氣體降至允許濃度以下；洞內每個掌子面內的通風量由內燃機的制造型號、結構、燃料、負荷等因素綜合確定，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，按每1 kW供風量不小于3 m3／min考慮。

結合隧道斷面、地質水文條件，綜合考慮各種工況組合，正洞出渣時掌子面使用的內燃設備最多。具體機械設備配置為:4臺自卸汽車（210 kW）、2臺ZL50C型裝載機（功率163 kW）。

式中，K為規(guī)定的單位需風量，取3 m3／min；Ni為內燃機功率，單位kW，取機械設備的平均利用率為60%。

（5）根據(jù)上述計算結果，取其最大值作為通風布置設計量Q設計

5 通風設備配置及布置方案

大尖山隧道3#斜井正洞計劃分正洞大里程、正洞小里程、1-1橫通道、2-2橫通道四個作業(yè)面進行施工。參照計算結果，本著經(jīng)濟合理和降低能耗的原則，根據(jù)洞內工作面數(shù)量和風阻情況，隨著隧道施工逐步推進，分階段確定所需的通風設備及安裝位置［7-9］。

（1）第一階段

平導未開，在斜井洞口布置2臺馭創(chuàng)軸流風機，分別為1×ZVN1-14-160／4軸流風機和3×ZVN1-14-110／4軸流風機。一臺對正洞大里程進行供風，一臺對正洞小里程及平導供風，見圖1。

圖1 第一階段通風布置示意

（2）第二階段

正洞及平導進尺較短，斜井洞口增加1臺3×ZVN1-14-250／4軸流風機，在正洞小里程和1-1橫通道交叉處安裝三通風管接口，由供應正洞小里程的風管一分為二，分別為正洞小里程及新增平導兩個工作面供風，見圖2。

圖2 第二階段通風布置示意

（3）第三階段

平導2-2橫通道打通進入正洞施工，可在斜井底三岔口位置增加儲風室，原洞口處的3×ZVN1-14-250／4和3×ZVN1-14-110／4兩臺軸流風機移裝至儲風室，同時在洞口處再新增一臺 ZVR1-25-250／6大功率軸流風機向儲風室推送新鮮空氣，再由風室處設的軸流風機向正洞大小里程及平導通風，見圖3。

圖3 第三階段通風布置示意

6 通風施工技術要點

6.1 通風布局要合理

（1）出風口設置距離隧道口不小于30 m，目的是為了防止洞口循環(huán)風回流到洞內。

（2）在洞壁拱腰處，選擇合適位置懸掛通風管，保證通風管的懸掛位置不影響其它工序施工。

（3）風管距離掌子面的距離控制在合理的范圍內，防止因隧道爆破導致風管受損，保證通風效果良好。

6.2 長距離通風中防止漏風與降低風阻的技術措施

（1）選擇材質優(yōu)良的風管是關鍵，一般為“雙抗”軟質通風管；優(yōu)先選擇具有增強效果的纖維塑膠布，主要是由于其表面材質光亮、潔凈，且摩阻力較小，具有較好的抗靜電及防火、防水性能，通常情況下，使用壽命可達8年以上。

（2）為減少漏風而導致的通風效果不佳，在選擇風管的過程中盡量加長風管的節(jié)長，不但可以減少接頭的數(shù)量，同時還可以減少由于接頭過多而增加的加工、維保費用，常規(guī)設計風管的節(jié)長需控制在50 m左右；根據(jù)掌子面銜接風管的需要可以適當配置少量節(jié)長為20 m的風管。

（3）為更好地確保風管使用情況穩(wěn)定，需從風管加工工藝方面給予一定改進與完善，即在距工作面200 m范圍的風管要用混織膠布，并用強力膠粘貼以保障其牢固性，同時用強效塑膠布將洞口內1 000 m范圍進行固定，再用熱塑機進行熱加工，確保風管無漏點，密封良好。

（4）在進行風管的連接時，要嚴格控制風管的接頭質量，按順序將風管兩頭進行順序對接，并嚴格按照連接工藝及連接標準進行施工，保證風管連接處不漏風、不變形，可以大大減少后續(xù)的維修工作量。

（5）風管安裝過程中，對于懸吊纜索要進行固定、拉直、打牢；風管要采用雙吊環(huán)，相鄰吊環(huán)之間的間距要控制在500～600 mm以內，并確保不發(fā)生破損、漏掛現(xiàn)象。

（6）巷道式通風，在橫通道口處的擋風墻必須用磚砌筑，密封到位，確保通風效果。

6.3 做好洞內防塵措施

洞內防塵工藝基本采用水幕降塵、個人防護、濕式鑿巖和濕噴砼相結合的方式。

（1）噴霧降塵:洞內放炮后，利用爆破沖擊波開啟風水噴霧器，對掌子面進行噴霧降塵；水幕降塵:在掌子面30 m處設置一臺光電控制自動水幕降塵器，對開挖區(qū)域封閉降塵并凈化空氣，噴射砼風壓一般控制在0.15 MPa以內，同時在噴射砼工作面設局部風機和集塵儀。

（2）在裝渣前及裝渣作業(yè)過程中，向渣堆不斷噴水，保持石渣濕透不起塵。干燥的石渣，灑水量可取4～8 L／m3，若洞內濕度較大，可以少噴水或不噴水。

（3）掘進、裝渣及其它輔助作業(yè)工人需佩帶防塵口罩，噴射砼工作人員要佩帶附有凈化器和呼吸器的防塵護具。

（4）放炮后出渣前，用水槍在掘進工作面自內向外逐步洗刷隧洞頂板及兩側巖幫。水槍距工作面距離保持在15～20 m左右，水壓控制在0.3～0.5 MPa。

（5）采用濕噴工藝噴射砼時，通過添加粘稠劑、速凝劑等外加劑，或摻入一定比例的合成纖維，可以有效降低噴射砼的回彈量、抑制現(xiàn)場空氣中的粉塵濃度［10］。

6.4 完善通風管理制度

成立以工程技術負責人為中心，由現(xiàn)場技術員、安全員、通風檢測員、通風維修管理員參與的通風管理小組，負責隧道通風系統(tǒng)各項設備的檢查、管理和維護工作，日常操作中嚴格按既定的通風方案實施［11-12］。

（1）通風檢測員應定期檢測洞內風速、風量、氣溫、氣壓、有害氣體濃度等參數(shù)，并詳細記錄數(shù)值。一旦有害氣體濃度超標時，要立即采取必要的應急措施，并及時向上級主管報告處置。

（2）通風機需配備保險裝置，發(fā)生故障時應能自動停機；現(xiàn)場需備有適當數(shù)量的備用風機，確保施工連續(xù)不中斷。

（3）如通風設備出現(xiàn)故障或洞內通風受阻，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境條件急劇惡化，所有人員應盡快撤離現(xiàn)場，在通風系統(tǒng)恢復至正常水平或經(jīng)全面檢查確認洞內無有毒有害氣體前，不得擅自入洞［13］。

7 結束語

在滇西南鐵路施工中，長大軟巖隧道通風技術是普遍存在的技術難題。采取切實有效的措施快速通風、減少施工作業(yè)循環(huán)時間、保證隧道內新鮮空氣滿足施工需求，對加快隧道施工進度，確保隧道施工安全和經(jīng)濟效益意義重大。隨著隧道施工技術和井巷工程技術的不斷發(fā)展，越來越多的先進技術和通風設備投入使用，隧道施工的通風操作會變得更加簡便、快捷、高效，鐵路施工會更加安全、綠色、環(huán)保！