李庭堅

【摘要】山西省中部引黃工程07標段是具有長斜井、高埋深、長主洞等特點的引水隧洞工程，解決主洞施工階段通風問題是該工程的一大難題。本文介紹長斜井條件下高埋深長主洞從通風方式的選擇、洞內最大風量需求的理論計算、通風設備配套選型、通風系統(tǒng)布置等方面，有效的解決了主洞通風難題，改善了洞內施工人員作業(yè)環(huán)境，提高了施工效率，加快了施工進度，為類似隧洞施工提供借鑒。

【關鍵詞】長斜井；高埋深；長主洞；通風技術

【Abstract】The Shanxi section of Yellow River Diversion Project 07 is a diversion tunnel project with long inclined shafts， high buried depth and long main hole. It is a major challenge to solve the ventilation problem during the construction of main tunnel. In this paper， the main tunnel with long and deep burial under long inclined conditions is selected to choose the ventilation mode， the theoretical calculation of the maximum air flow demand in the tunnel， the matching of ventilation equipment and the layout of ventilation system， so as to effectively solve the ventilation problem in the main tunnel and improve The working environment for the construction workers in the tunnel improved the construction efficiency， accelerated the construction progress and provided reference for the similar tunnel construction.

【Key words】Long inclined shaft；High buried depth；Main hole；Ventilation technology

1. 概述

（1）山西省中部引黃工程是山西省“十二五規(guī)劃”大水網建設中一項重要的工程，本工程干線自天橋水電站庫區(qū)取水，供水范圍包括四市十六個縣，規(guī)劃年供水6.02億立方米。

（2）山西省中部引黃工程07標段工期35個月，由四條施工支洞承擔主洞全長15.81Km施工任務，支洞為城門洞型，且均為長斜井，14#～17#支洞長度分別為491.30m、761.77m、885.44m、672.42m，設計坡比分別為15.40%、24.61%、33.00%、41.97%。主洞為城門洞型，各支洞控制段都為長主洞，平均單個施工面都達到了2Km。15#、16#、17#支洞上下游埋深分別為294～346m、314～391m、290～432m、248～458m、248～458m、177～418m，平均埋深達到339.5m。在長斜井、高埋深、長主洞條件下，解決主洞通風是一大難題。

2. 研究背景

2.1根據《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》（SL 378-2007）第5.9.1條規(guī)定：施工支洞的設置應根據地下建筑物的布置、工程量、總進度、地形、地質條件、施工方法、施工道路布置及施工機械等因素經技術經濟比較確定，并應遵守下列規(guī)定：

（1）采用鉆孔爆破法開挖時，支洞的間距宜小于3Km。

（2）豎井與斜井的施工支洞，高差宜小于200m。

2.2而本工程施工支洞最長896m，兩支洞的間距最長達到4032m，即支洞控制主洞獨頭超過2000m，施工支洞與主洞高差達245m，埋深高達458m，以上因素給施工通風帶來極大的困難。

3. 隧洞通風要求

3.1隧道內有害氣體的濃度要求（見表1）：

3.2溫度要求。

隧洞內最適宜作業(yè)人員的溫度是15℃～20℃，掌子面的溫度不宜大于30℃。

3.3濕度要求。

空氣相對濕度低于30%時，水份蒸發(fā)過快，會引起身體粘膜干裂；空氣相對濕度大于80%時，水份蒸發(fā)困難，使人煩悶；比較舒適的濕度應是50%～60%左右。

4. 通風方式選擇

目前隧洞通風方式主要有純壓入式通風、純抽出式通風、混合式通風等。

4.1壓入式通風。

壓入式通風方式風機位于隧洞洞口，利用風機提供的正壓壓入新鮮空氣，排出污濁空氣。其優(yōu)點是：可有效稀釋洞內有毒有害、可燃氣體，在瓦斯隧洞中使用具有較大優(yōu)勢。新鮮空氣通過風機，腐蝕性、磨損較小。其主要缺點是：隨著隧洞增長，漏風量變大，排煙速度慢，開挖工作面排出的粉塵和炮煙需要經過已開挖的隧洞，無法保障洞內作業(yè)人員（特別是主支交叉段的作業(yè)人員）的身體健康。

4.2抽出式通風。

抽出式通風方式風機位于隧洞洞口，利用風機提供的負壓抽出污油空氣。抽出式通風的優(yōu)缺點與壓入式通風相反。其優(yōu)點是：開挖工作面排出的粉塵和炮煙不需要經過已開挖的隧洞，保障作業(yè)人員的身體健康和工作效率。其缺點是：在瓦斯洞段，瓦斯氣體由風管集中抽出，安全性能較差。同時，抽出式通風必須使用硬質風筒（負壓管），成本高且適應性較差。污風通過風機，對風機的腐蝕性、磨損較大。endprint

4.3混合式通風。

混合式通風使用兩臺風機，分別為為壓入式和抽出式風機，兩臺風機風筒均延伸至開挖工作面（但抽出式風機風筒應略延后壓入式風機風筒幾十米，且安裝高度應高于壓入式風機風筒），該方式兼有壓入式和抽出式的優(yōu)點，但需要兩套風機設備，投資大且管理復雜。

4.4結論。

綜上所述，根據各類的通風方式的特點，結合本工程的實際情況，主要從投資、支洞洞徑等方面考慮，最終采用壓入式通風方式。但由于隧洞距離較長，存在風量、風壓損失，因此在進入主洞后一定范圍內需要布置接力風機，以保證掌子面足夠的新鮮空氣及高效散煙。并配以局扇、降塵噴霧機、尾氣過濾器等輔助性措施，進一步減少洞內有毒有害氣體及煙塵。

5. 風量需求及風機選型

5.1洞內風量需求計算。

根據水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范（SL 378-2007）及我公司地下工程的施工經驗，隧洞內通風量需滿足（由于本工程支洞斷面小，只考慮安裝一條風管，洞口風機按一臺配備，因此在支洞施工階段需提前計算主洞施工階段的最大用風量，以避免后期更換更大功率風機導致現(xiàn)有風機閑置）：

5.1.1主洞內同時工作的最多人數(shù)所需新鮮空氣量。

5.2風機配套選型。

（1）根據前文風量需求計算，考慮主洞長距離漏風等，選擇功率為75×2KW對旋式通風機，最大流量為200000m3/h，工作效率83%。支洞選用φ1000mm的正壓風管，主洞風管選用φ800mm的正壓風管。雖然配備的風機理論上已滿足主洞內通風需要，但由隧洞距離較長，存在風量、風壓損失，因此在進入主洞后需要37×2KW接力風機（部分對旋式通風機選型參數(shù)表見表2）。

（2）風管與風機的選型，首先保證工作面的風量，再結合造價等因素。風管的選用主要選用風管具有風阻小、裝拆方便、耐用、易修補、防水阻燃、耐腐蝕等特點。加工時以10～20m為一節(jié)，減少接頭以降低風阻，便于裝拆。

（3）通風管道的壓力損失與風管直徑的五次方成反比，即：實現(xiàn)長距離大風量通風的最有效的技術措施是采用大直徑風管，這不僅可以減少通風機、延長送風距離，還可以成倍地降低通風能耗。

（4）造成風管漏風損失的主要原因有：管道接頭漏風、管道破損漏風。為減少管道接頭漏風損失，除增大管道節(jié)長以減少接頭外，還可采用新型剛性接頭，增強接頭的密封性。

6. 通風系統(tǒng)布置

主風機為75×2KW對旋式通風機，安裝在支洞洞口10m范圍內。支洞采用φ1000mm正壓風管延伸至主支交叉口，與變徑三岔管（自己加工）連接，三岔管另兩端與主洞φ800mm風管連接，分別走向主洞上、下游。風管懸掛位置要結合實際斷面考慮，以不影響施工機械通行為宜（本工程由于斷面小，參考本工程施工機械的規(guī)格，支洞風管只能掛在起拱線的位置，主洞則掛在頂拱位置），洞身每隔10m 設置錨桿，外露10cm，用以固定風管。安裝風管時要求整條管路穩(wěn)、平、直、無扭曲、無褶皺，盡量減少風阻。主洞接力風機為37×2KW，第一臺接力風機位置需根據支洞長度和風量、風壓損失長度而定，一般在進入主洞后的50m左右距離。接力風機進風口須與上一級風機風管的出風口斷開5～10cm。若完全對接，會造成上一級風機風管負壓而降徑或完全吸癟；若距離過長，會導致風力損失過大，且吸入大量煙塵。之后的接力風機可根據實際通風排煙情況而定，一般在600m～800m間接接力，風管出風口距離掌子面50m左右（支洞風管布置示意圖見圖1、主洞通風系統(tǒng)布置示意圖見圖2）。

7. 通風管理及技術措施

要想得到滿意的通風效果、縮短循環(huán)作業(yè)時間，除依靠合理的通風方式以外，前期的開挖階段出渣方式的選擇和過程中通風管理也是相當重要。以下是具體通風管理及技術措施：

（1）出渣方式。常規(guī)的主洞無軌運輸掌子面一般采用裝載機出渣，考慮到本工程支洞控制主洞段單邊距離長，若采用裝載機裝渣，通風排煙將很難解決，采用扒渣機出渣可大大較少煙塵、尾氣的產生。通過在主支交叉段設置下拉槽，礦車?？吭谙吕蹆?，自卸汽車將掌子面洞渣運輸至交叉段后卸入下拉槽內，再由扒渣機裝入礦車內，通過礦井提升機將側卸式礦車提升至洞外卸渣平臺，采用側卸的方式將洞渣卸至卸渣平臺下方的自卸汽車內，自卸汽車將洞渣轉運至渣場（主洞出渣示意圖見圖3、交叉段轉運示意圖見圖4）。

（2）隧洞施工通風設專人管理。制定嚴格的通風管理制度，安排專人進行通風管理，根據需要隨時進行空氣衛(wèi)生和通風指標檢測，不斷進行通風系統(tǒng)的優(yōu)化，保證通風系統(tǒng)完好有效運行。負責日常通風設備的使用、維護和檢查工作，保證通風系統(tǒng)的正常運轉。

（3）每輪炮爆破后要保證有足夠的通風時間將廢氣徹底排完，避免造成廢氣循環(huán)積累，保證洞內各工作面空氣達到標準。

（4）定期對通風機進行檢查、保養(yǎng)等工作。在風機閑置時，可對風機進行檢查、除塵等保養(yǎng)工作，保證風機的正常運轉和使用壽命。

（5）定期檢查風管狀態(tài)。檢查風管是否存在漏風，造成施工面通風量減??；是否存在從固定端頭脫落，造成風管彎曲、褶皺，增加風阻。如發(fā)現(xiàn)有風管漏風現(xiàn)象，應立即更換，避免風量的損失。在洞內備用一些新的風管，一旦壞了可及時換上新的，并把壞的風管拿出洞外修補，不耽誤施工進度。

（6）從發(fā)電機到通風機接一套備用電源，以保證突然斷電時，隧洞內能保持正常的通風，保證洞內施工人員的新鮮空氣。

（7）支洞口主風機的選型應充分考慮主洞施工階段的最大用風量，已避免到達主洞施工階段時，現(xiàn)有風機送風量達不到要求而更換，造成現(xiàn)有風機的閑置浪費。

（8）在洞徑保證的情況下盡量采用大直徑風管，有利于降低風壓損失，是實現(xiàn)長距離大風量通風的最有效的技術措施。

（9）風管的懸掛位置應根據工程開挖斷面的大小和所使用機械規(guī)格等方面考慮，且不可造成風機運行時機械設備無法通行的局面。風管的懸掛應整齊、平直，處于一條直線，這樣有助于減小風阻，以保證洞內的足夠風壓。endprint

（10）接力風機與上一級風機風管的末端不能完全對接，會造成上一級風機風管負壓而降徑或完全吸癟；也不宜過大，過大會吸入大量廢氣、煙塵，通過風管重新送回掌子面。一般間距5～10cm為宜。如果上一級風管還是會吸癟，則可在上一級風管出風口負壓影響范圍的風管內采用φ8鋼筋籠支撐。

（11）為保證掌子面及時散煙和施工人員足夠的新鮮空氣，風管應根據開挖的進程而及時跟近；但為了避免爆破損壞風管，風管應距離掌子面50m左右為宜。

（12）使用水泡泥封堵炮孔。炸藥爆炸時水炮泥同時爆炸，形成霧狀分布在空氣中，可起到降塵、降溫和吸收有毒有害氣體的作用，有利于改善勞動條件。

（13）增加降塵噴霧機。在距離掌子面50m位置配備一臺降塵噴霧機，在爆破之前啟動，水霧能夠封鎖整個隧道斷面，能夠有效阻擋爆破產生的煙塵向交叉段方向流竄，且水霧除降塵外還可以吸收易溶于水的有害氣體（S02、NH3等）。

（14）為裝載機、運輸汽車等產生尾氣設備增設尾氣過濾裝置，能夠有效過濾因柴油燃燒不完整產生的一氧化碳、氮氧化物等有毒有害氣體的排放。

（15）根據需要可在掌子面及主、主支交叉段等重要部位增加局扇，加速局部風速的流動，防止有害氣體聚集，可改善局部區(qū)域空氣質量，改善壓入式通風方式的弊端。

（16）在最后貫通階段可使用空壓機高壓風進行通風輔助，補充隧洞所需空氣含量，加快了掌子面空氣流通，加快其散煙效率。

（17）本工程所在地區(qū)冬季溫度低于-20℃，為保證洞外主風機在冬季能夠給正常運行，必須對風機進行覆蓋保溫處理。

（18）洞內施工人員均需配備防毒面罩。防毒面罩統(tǒng)一購買，要求阻塵、放煙效果好，佩戴舒適；濾盒根據洞內有毒有害氣體類別選用，具有針對性。洞內施工人員均需配備，進洞時必須佩戴，可有效防止職業(yè)病害的發(fā)生，保證施工人員的身體健康。

8. 實現(xiàn)預期效果

目前，15#支洞控制主洞下游已順利貫通，開挖掘進達到1959m。通過以上通風技術、管理措施及過程不斷的改進、完善，合理的調整、布置通風系統(tǒng)，有效的解決主洞通風及掌子面散煙難題。達到預期通風散煙、降塵的效果，改善了地下洞室開挖工程施工人員的作業(yè)環(huán)境，提高了施工作業(yè)效率，加快了施工進度。為類似長斜井、高埋深、長主洞工程提供設備配套、通風管理等方面的借鑒意義。endprint