郝玉峰

摘 要： 良好的通風(fēng)是長大隧道安全生產(chǎn)的前提，也是工程進(jìn)度和施工質(zhì)量的重要保證。通過對澤雅隧道施工通風(fēng)技術(shù)的介紹，分析了長大隧道施工通風(fēng)所需風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算、設(shè)備選型、通風(fēng)管理等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，以及通風(fēng)方案的確定及實(shí)施效果，對解決隧道施工通風(fēng)、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)備選配的現(xiàn)狀有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞： 長大隧道；通風(fēng)；通風(fēng)風(fēng)量；通風(fēng)風(fēng)壓

中圖分類號(hào)： TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)： 16723198（2013）06019203

1 工程概況

金溫鐵路澤雅隧道地處浙南山地，穿越浙江省麗水市青田縣與溫州市甌海區(qū)兩地，隧道進(jìn)口位于青田縣油竹新區(qū)打潭巖村，出口位于溫州市甌海區(qū)澤雅鎮(zhèn)。隧道進(jìn)口里程DK156+358，出口里程DK168+388，全長12030m，隧道斷面正洞129.9m2，為單洞雙線長大鐵路隧道，是金溫線鐵路上最長的隧道和重點(diǎn)控制性工程之一。

澤雅隧道屬長大隧道，單口掘進(jìn)最長4527米。洞身一般埋深大于100m，局部地段埋深大于400m。為開辟施工工作面，加快施工進(jìn)度滿足工期要求，結(jié)合圖紙及施工經(jīng)驗(yàn)，澤雅隧道采用增加“兩座斜井”的施工方案，即澤雅隧道1#斜井、澤雅隧道2#斜井，綜合坡度分別為7%和3.1%。斜井與隧道采用斜交單聯(lián)式，無軌運(yùn)輸雙車道+雙車道部分襯砌斷面。隧道施工分為四個(gè)工作面，分別為進(jìn)口工區(qū)、1#斜井工區(qū)、2#斜井工區(qū)、出口工區(qū)。1#斜井、2#斜井單向掘進(jìn)最長正洞任務(wù)均為3175米，1#斜井長1352米，2#斜井長1280米，斜井洞口段部分襯砌。澤雅隧道平面示意圖如圖1所示。

2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

隧道全長12030米，目前是華東地區(qū)第一長鐵路隧道。施工過程中洞內(nèi)空氣質(zhì)量、通風(fēng)要求高，通風(fēng)難度大，單口最大壓入通風(fēng)長度4527米。隧道采用無軌運(yùn)輸方案，按高風(fēng)險(xiǎn)隧道組織施工。隧道為獨(dú)頭掘進(jìn)，且要求砼襯砌與掘進(jìn)必須同時(shí)進(jìn)行，這就更加大了施工通風(fēng)的難度。斜井坡度大、線路長、正洞深埋，溫度高更增加了隧道通風(fēng)難度。

3 通風(fēng)方案的確定

考慮澤雅隧道確定的施工方案和工期安排以及施工順序情況，通風(fēng)選擇長管壓入式通風(fēng)方式，進(jìn)入正洞后根據(jù)實(shí)際情況采用混合式通風(fēng)的方式，必要時(shí)在局部安裝吸出式射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行混合通風(fēng)通風(fēng)管選用φ1500mmPVC雙面貼加強(qiáng)纖維網(wǎng)布軟式通風(fēng)管，洞外風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口至洞口距離L=30m，風(fēng)管出風(fēng)口至掌子面距離L=60m。澤雅隧道施工通風(fēng)根據(jù)實(shí)際情況分為以下三個(gè)階段：隧道施工初期，斜井與正洞沒有貫通，隧道進(jìn)、出口也開始單向掘進(jìn)階段；斜井與正洞已經(jīng)打通，并通過斜井進(jìn)行正洞的掘進(jìn)，但各工區(qū)施工的正洞還沒有貫通階段；隧道施工后期，已經(jīng)有部分正洞貫通階段。

4 通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算

4.1 通風(fēng)方案擬定條件

（1）本隧道主要采用鉆爆法施工；（）2獨(dú)頭掘進(jìn)最遠(yuǎn)送風(fēng)距離為4527m；（3）因工期緊張，要求快速掘進(jìn)，通風(fēng)排煙不能占有循環(huán)時(shí)間過長，按30min考慮（平時(shí)送風(fēng)不占用循環(huán)時(shí)間）；（4）污染主要是爆破作業(yè)產(chǎn)生的有害氣體和粉塵；（5）用可提供足夠風(fēng)量、風(fēng)壓的風(fēng)機(jī)及漏風(fēng)小、阻力小的風(fēng)管。

4.2 隧道通風(fēng)參數(shù)的計(jì)算

開挖斷面積（Ⅲ級圍巖）：S斜井=60.792m2、S正洞=129.9m2；

一次爆破用藥量：A斜井=216kg、A正洞=264kg（Ⅲ級圍巖循環(huán)進(jìn)尺：斜井3m，正洞3m）；

洞內(nèi)最多作業(yè)人數(shù)：按每工作面平均30人；

爆破后通風(fēng)排煙時(shí)間：t=30min；

通風(fēng)管：采用φ1.5m軟管和φ1.2m軟管兩種；

管道百米漏風(fēng)率：β=1.25%；

風(fēng)管沿程摩阻系數(shù)（達(dá)西系數(shù)：λ=0.01）：a=pλ/8=3.0×10-4kg.s2/m2；

最大壓入通風(fēng)長度： L斜井=1352m；L正洞=3175m。

4.3 通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算

4.3.1 正洞施工所需風(fēng)量

從四個(gè)方面考慮，具體為按洞內(nèi)允許最低風(fēng)速計(jì)算得Q1；按洞內(nèi)最多工作人員數(shù)計(jì)算得Q2；按排除爆破炮煙計(jì)算得Q3。通過計(jì)算，取Q=Max（Q1、Q2、Q3）。

按洞內(nèi)最多工作人員數(shù)計(jì)算風(fēng)量（每工作面）：Q1=q*n=3*3=90m3/min

按洞內(nèi)最小風(fēng)速0.21m3/s計(jì)算風(fēng)量：Q2正洞=60v*s=60*0.21*129.9=1636.74m3/min

按洞內(nèi)同一時(shí)間內(nèi)爆破使用的最多炸藥用量計(jì)算風(fēng)量，取爆破后通風(fēng)時(shí)間30min，壓入式通風(fēng)工作面要求新鮮風(fēng)量的計(jì)算公式：

Q3正洞= 7.8 t

T——通風(fēng)時(shí)間，取30min；

G——同時(shí)爆破藥量；

A——開挖斷面積；

L0——工作面至炮煙稀釋到允許濃度的距離即臨界長度取100m。

從以上計(jì)算結(jié)果比較，按洞內(nèi)最小風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量是所有計(jì)算風(fēng)量中最大的，工作面的設(shè)計(jì)風(fēng)量暫取按洞內(nèi)最小風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量1636.74m3/min。

V正洞=Q2/A=1627/129.9=12.6m/min

4.3.2 斜井施工所需風(fēng)量

按洞內(nèi)最多工作人員數(shù)計(jì)算風(fēng)量（每工作面）：Q1=q*n=3*3=90m3/min

按洞內(nèi)最小風(fēng)速0.21m3/s計(jì)算風(fēng)量：Q2斜井=60v*s=60*0.21*60.792=765.98m3/min

按洞內(nèi)同一時(shí)間內(nèi)爆破使用的最多炸藥用量計(jì)算風(fēng)量，取爆破后通風(fēng)時(shí)間30min，壓入式通風(fēng)工作面要求新鮮風(fēng)量的計(jì)算公式：

Q3斜井= 7.8 t

T——通風(fēng)時(shí)間，取30min；

G——同時(shí)爆破藥量；

A——開挖斷面積；

L0——工作面至炮煙稀釋到允許濃度的距離即臨界長度取100m。

從以上計(jì)算結(jié)果比較，按洞內(nèi)最小風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量是所有計(jì)算風(fēng)量中最大的，工作面的設(shè)計(jì)風(fēng)量暫取按洞內(nèi)最小風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量765.98m3/min。

V斜井=Q2/A=766/60.792=12.6m/min

按稀釋內(nèi)燃機(jī)車廢氣計(jì)算風(fēng)量：

由于本隧道斜井采用自卸運(yùn)輸方案，限制洞內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車數(shù)量，內(nèi)燃機(jī)車功率主要在主洞施工相當(dāng)于750kW。

取每功率的風(fēng)量供給系數(shù)為3.0m3/kW·min。

Q4=750*3=2250m3/min

平均百米漏風(fēng)率在P100=（1.0%～2.0%），取125%，漏風(fēng)系數(shù)PL計(jì)算如下：

當(dāng)通風(fēng)長度為3175m時(shí)，漏風(fēng)系數(shù)為1.658，則

Q5=PLQ0=1.658*1637=2714.146m3/min

當(dāng)通風(fēng)長度為2292m時(shí)，漏風(fēng)系數(shù)為1.402，則

Q5=PLQ0=1.506*1637=2465.361m3/min

當(dāng)通風(fēng)長度為1352m時(shí)，漏風(fēng)系數(shù)為1.203，則

Q5=PLQ0=1.203*766=921.498m3/min

Q4=850×3=2550m3/min

風(fēng)機(jī)風(fēng)量：根據(jù)洞內(nèi)最大需風(fēng)量、通風(fēng)長度和百米漏風(fēng)率，應(yīng)用公式Qm=Q0/（1-0.012L/100）分別求出斜井及正洞所配風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。

Q斜井=513 m3/min，Q正洞=2550 m3/min。

5 通風(fēng)風(fēng)壓計(jì)算

風(fēng)壓按通風(fēng)系統(tǒng)克服局部風(fēng)阻、沿程風(fēng)阻以及其他阻力之和作為系統(tǒng)提供的風(fēng)壓。計(jì)算見風(fēng)壓計(jì)算表。

6 通風(fēng)機(jī)選型及配置

設(shè)備選型關(guān)系到整個(gè)方案的成敗，是通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行好壞的基本保證。在立足現(xiàn)有國產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，選用永勝SDDY-11N015A和SDDY-11N012.5A變極多速隧道專用對旋通風(fēng)機(jī)，此風(fēng)機(jī)風(fēng)速高、中、低檔可調(diào)，在隧道開挖初期可用低速，中期用中速，后期用高速，也可以在每天不同的施工工序中進(jìn)行改變，更具有節(jié)能性。

風(fēng)管則選用了PVC增強(qiáng)塑纖布拉鏈?zhǔn)溅?.5m柔性風(fēng)管。該風(fēng)管具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度和較小的伸長率，接頭方式新穎，使用方便，重量輕，易安裝，破損較少，徑向變形也小。另接頭光滑、嚴(yán)密，能有效地減少漏風(fēng)和系統(tǒng)阻力。

7 施工通風(fēng)實(shí)施方案

澤雅隧道是長大隧道，夏季洞外溫度高，通風(fēng)難度大。隧道采取了通風(fēng)機(jī)接力等通風(fēng)方式，取得了良好的通風(fēng)效果，保證了隧道的安全順利貫通。澤雅隧道通風(fēng)技術(shù)實(shí)施的三個(gè)階段，即隧道施工初期通風(fēng)階段、隧道施工中期通風(fēng)階段、隧道施工后期通風(fēng)階段。

7.1 第一階段（斜井到達(dá)正洞前）

第一階段采用壓入式通風(fēng)。該階段通風(fēng)方式是：在1#斜井隧道洞口安設(shè)一臺(tái)110kW×2的通風(fēng)機(jī)，通風(fēng)機(jī)配1500mm通風(fēng)帶，最大通風(fēng)距離為1352m； 由于該階段，斜井洞身面積小，僅有少部分二襯，施工工序單調(diào)，通風(fēng)干擾很小。因此對通風(fēng)要求比較低。響完炮后通風(fēng)約15min，掌子面即可進(jìn)行出渣作業(yè)，出渣前向渣堆進(jìn)行撒水降塵，避免裝渣時(shí)掌子面灰塵過大。通風(fēng)距離較短，通風(fēng)保障也因?yàn)閱喂ば蚴┕ざ^為簡單。具體布置見第一階段通風(fēng)設(shè)計(jì)示意圖（圖2）。

7.2 第二階段（斜井到達(dá)正洞后，斜井正洞與澤雅進(jìn)出口貫通前）

斜井到達(dá)正洞后，往澤雅出口方向有3175米施工任務(wù)，往澤雅進(jìn)口有1400米施工任務(wù)，隧道通過斜井向進(jìn)、出口兩個(gè)方向施工時(shí)，在斜井外設(shè)主風(fēng)機(jī)（進(jìn)、出口分別單獨(dú)設(shè)置），接風(fēng)管分別引至兩個(gè)工作面，為工作面提供新鮮空氣，并且在斜井和主洞交叉口安裝一臺(tái)30kW的射流風(fēng)機(jī)加快污濁空氣流動(dòng)及排出，另外夏季洞外溫度又高，導(dǎo)致洞內(nèi)溫度較高。往澤雅出口方向掘進(jìn)距離達(dá)3175米，隧道采用通風(fēng)機(jī)接力方式，并且在接力風(fēng)機(jī)附近安裝一臺(tái)2×55kW通風(fēng)機(jī)加快洞內(nèi)污濁空氣排出加大通風(fēng)速度，采用灑水降溫，除塵等方式降低洞內(nèi)溫度，保證施工正常。另外在防水板臺(tái)車上面安裝30kW射流風(fēng)機(jī)以加快污濁空氣流動(dòng)和排出。具體布置見第二階段通風(fēng)設(shè)計(jì)示意圖（圖3）。

7.3 第三階段（斜井正洞與澤雅進(jìn)口貫通，與澤雅2#斜井貫通前）

斜井正洞與澤雅進(jìn)口貫通后，1#斜井主洞和2#斜井主洞還沒有貫通，洞內(nèi)自然風(fēng)向是從澤雅進(jìn)口進(jìn)去，從1#斜井出來，以澤雅隧道作為新鮮空氣供應(yīng)通道，1#斜井作為污濁空氣排出通道，具體應(yīng)用如下：拆除斜井兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)及斜井內(nèi)所有風(fēng)帶，在斜井與主洞交叉口往澤雅進(jìn)口方向100處安裝一臺(tái)2×130kW變極多速通風(fēng)機(jī)往澤雅出口方向吹，在三岔口附近安裝風(fēng)簾擋住新鮮空氣向澤雅出口方向吹，接力風(fēng)機(jī)采用2×110kW通風(fēng)機(jī)離掌子面距離始終保證在1000米之內(nèi)。并且在接力風(fēng)機(jī)附近安裝一臺(tái)2×55kW通風(fēng)機(jī)加快洞內(nèi)污濁空氣排出。具體布置見第三階段通風(fēng)設(shè)計(jì)示意圖（圖4）。

8 通風(fēng)管理與輔助通風(fēng)措施

根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行空氣衛(wèi)生和通風(fēng)指標(biāo)檢測，不斷進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，保證通風(fēng)系統(tǒng)完好有效運(yùn)行。

（1）高壓水霧降塵，為了降低圍巖爆破后產(chǎn)生的粉塵量， 采用了水幕降塵，改善洞內(nèi)施工環(huán)境，減少了通風(fēng)時(shí)間。爆破后5min，打開水霧，降塵20min左右停止。同時(shí)在出碴運(yùn)輸過程中用高壓水霧對道路及碴堆進(jìn)行分層灑水以減少粉塵。

（2）機(jī)械凈化，正洞采用凈化程度較高的裝碴設(shè)備，陜汽奧龍是低排放、低污染運(yùn)輸車。除此之外，還采取了以下措施：

①加強(qiáng)對機(jī)械的維修保養(yǎng)。按照設(shè)備日常保養(yǎng)和定期維修規(guī)定，特別對進(jìn)氣、燃油部位進(jìn)行強(qiáng)化保養(yǎng)，堅(jiān)持燃油沉淀過濾制度。

②保持洞內(nèi)道路平整，減少污染氣體排放量。限制污染較大的車輛進(jìn)洞。

（3）防漏降阻是實(shí)現(xiàn)長距離通風(fēng)的關(guān)鍵，嚴(yán)格控制風(fēng)筒質(zhì)量，安裝時(shí)保持風(fēng)筒直線，防止彎折變形。注意風(fēng)筒防護(hù)，避免機(jī)械進(jìn)出掛損，破損風(fēng)筒及時(shí)修復(fù)。

（4）成立專門的通風(fēng)作業(yè)班組。

一方面負(fù)責(zé)不斷向前接長風(fēng)帶，另一方面進(jìn)行系統(tǒng)檢查和維修，負(fù)責(zé)風(fēng)帶的維修和更換。對于嚴(yán)重破損的風(fēng)管要立即更換，輕微破損的風(fēng)管節(jié)要及時(shí)修補(bǔ)，修補(bǔ)時(shí)可采用快干膠水粘接的方法。由于柔性風(fēng)管在停風(fēng)時(shí)會(huì)在自重作用下自然下垂，再次通風(fēng)時(shí)，當(dāng)管內(nèi)風(fēng)速大于10m/s時(shí)會(huì)對管路產(chǎn)生很大的瞬時(shí)張力，所以采用變頻電機(jī)調(diào)速。修補(bǔ)、接長風(fēng)管時(shí)，應(yīng)根據(jù)洞內(nèi)作業(yè)工班的時(shí)間安排，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

9 通風(fēng)效果

澤雅隧道施工中通風(fēng)排煙時(shí)間基本控制40min以內(nèi)，且洞內(nèi)作業(yè)區(qū)域的環(huán)境基本滿足通風(fēng)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，洞內(nèi)可視度提高，工作面裝碴司機(jī)和其他輔助人員可以連續(xù)作業(yè)，爆破至出碴完成作業(yè)循環(huán)時(shí)間控制在6小時(shí)以內(nèi)。并且對保障隧道文明施工，安全生產(chǎn)，維護(hù)作業(yè)人員健康起關(guān)鍵作用。

10 結(jié)束語

通過澤雅長大隧道施工區(qū)段施工通風(fēng)的階段性實(shí)踐，在隧道施工通風(fēng)方面，采用大直徑低阻低漏的風(fēng)管和大風(fēng)量高風(fēng)壓的通風(fēng)機(jī)是解決長距離獨(dú)頭通風(fēng)的兩個(gè)關(guān)鍵問題?？傊淼朗┕ねL(fēng)尤其是長大隧道的施工通風(fēng)，對隧道施工具有重要的影響，是長大隧道安全生產(chǎn)的前提，也是工程進(jìn)度和施工質(zhì)量的重要保證，所以在長大隧道施工中必須高度重視。此外，必須確保通風(fēng)計(jì)劃的落實(shí)，責(zé)成專人負(fù)責(zé)通風(fēng)設(shè)備、管道的日常使用、管理、檢查、維修、保養(yǎng)等工作，確保各工序正常作業(yè)，從而提高施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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