高原隧道通風(fēng)設(shè)計及優(yōu)化技術(shù)研究

1.工程概況1.1基本概況某高原隧道中間段站前工程CZXZZQ-14B標(biāo)三分部承建某高原隧道進(jìn)口起訖里程D2K805+098～D2K809+000，隧道為單洞雙線隧道，全長3902m，設(shè)計時速200km/h。隧道線路縱坡為人字坡，隧道進(jìn)口D2K805+098軌面高程4145.26m，D2K809+000軌面標(biāo)高4153.4m。1.2水文地質(zhì)特征隧址區(qū)地表水主要為山間溝水及河水，受降雨及冰雪消融補(bǔ)給，山間河水為常年性流水沖溝旱季干涸，雨后漲水，為季節(jié)性流水。地表水受降雨控制明顯，雨季流量大，枯水季節(jié)水量小或干涸。某高原隧道地下水主要分為第四系松散層孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水及斷裂破碎帶孔隙裂隙水四種類型。2.施工通風(fēng)2.1通風(fēng)除塵總體方案（1）針對該工作面的工程特點，施工通風(fēng)方式采用壓入式通風(fēng)。根據(jù)該作業(yè)面超長獨頭掘進(jìn)的特點，選用適合高原的大風(fēng)量大功率軸流通風(fēng)機(jī)和不易破損、漏風(fēng)率低的風(fēng)筒[1]。（2）采用環(huán)境一體化智能監(jiān)測管控系統(tǒng)，通風(fēng)智能聯(lián)控。（3）加強(qiáng)現(xiàn)場通風(fēng)管理，設(shè)立通風(fēng)小組，分工明確，獎罰嚴(yán)格兌現(xiàn)。（4）設(shè)專職維修工，定期對通風(fēng)管路、風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)進(jìn)行檢查、維護(hù)，及時排除機(jī)械故障，確保施工期間高效運轉(zhuǎn)。（5）采用先進(jìn)、環(huán)保的機(jī)械設(shè)備，降低廢氣排放。（6）采用水壓爆破方式降低爆破粉塵。（7）使用除塵凈化設(shè)備和噴霧灑水快速凈化空氣，在隧道爆破后，及時降塵。2.2隧道施工主要污染源和通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2.2.1隧道施工中的主要污染源（1）爆破產(chǎn)生的炮煙，主要成份為CO、S02、C02、NO等；（2）柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣。柴油機(jī)產(chǎn)生的有害物質(zhì)為：CO、SO2、N02、NO等，但主要是CO、SO2、NO；（3）圍巖中釋放的有害氣體，如甲烷(CH4)、二氧化氮(NO2)、硫化氫(H2S)等，其中甲烷氣體易燃易爆；（4）其他污染，作業(yè)人員的呼吸產(chǎn)生的CO2，錨噴支護(hù)形成大量的水泥污染。2.2.2總體通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)隧道施工作業(yè)環(huán)境應(yīng)符合國家有關(guān)規(guī)定，并應(yīng)滿足下列衛(wèi)生及安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2.2.3設(shè)計通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)隧道施工通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)提供滿足通風(fēng)要求及相關(guān)規(guī)范要求的各相應(yīng)工況的需風(fēng)量，并使洞內(nèi)作業(yè)衛(wèi)生條件滿足相關(guān)規(guī)范要求。隧道中可能含有瓦斯等有害氣體，應(yīng)加強(qiáng)施工通風(fēng)，同時施工中應(yīng)加強(qiáng)隧道內(nèi)有害氣體檢測，特別應(yīng)加強(qiáng)易引起瓦斯等有害氣體聚集處的檢測，以保證施工安全。2.3施工通風(fēng)區(qū)段劃分、通風(fēng)長度、通風(fēng)方式某高原隧道進(jìn)口采用單頭掘進(jìn)的方式施工，獨頭通風(fēng)最大長度3932m，采用壓入式通風(fēng)。某高原隧道進(jìn)口可能存在局部瓦斯等有害氣體聚集，風(fēng)機(jī)應(yīng)采用防爆型，風(fēng)筒采用PVC阻燃伸縮鋼圈螺旋通風(fēng)筒。施工中加強(qiáng)瓦斯等有害氣體檢測、監(jiān)測，加強(qiáng)施工通風(fēng)[2]。2.4通風(fēng)計算（1）最大通風(fēng)長度、斷面和海拔作業(yè)面最長通風(fēng)長度為3932m。洞口海拔為4145m。正洞最大通風(fēng)斷面123m2。（2）風(fēng)量計算本隧道采用鉆爆法全斷面、微臺階開挖，無軌運輸。管道壓入式通風(fēng)計算，以掘進(jìn)長度及初支斷面綜合分析，通風(fēng)長度為3932m。①按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算風(fēng)量：高原氧氣稀薄，通風(fēng)無法滿足供氧要求，施工供氧采用移動氧吧車和個人便捷式呼吸器供氧，因此，最多人數(shù)計算風(fēng)量Q1，不在通風(fēng)里考慮。②安排除炮煙計：一次爆破最大用藥量G=235kgG=3×123×0.637=235kg（按Ⅲ級圍巖計算，開挖斷面123m2，每循環(huán)3m，炸藥用量0.637kg/m3爆破后計劃排煙時間t=30min。每100m平均漏風(fēng)率p100=1%風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)稀釋炮煙達(dá)到允許濃度所需隧道長度計算得：式中：φ——淋水使炮煙濃度降低系數(shù)，采用除塵器取0.3；b——炸藥爆炸時有害氣體生成量，巖層中爆破取b=40m3；K——紊流擴(kuò)散系數(shù)0.6；③按允許最低風(fēng)速計算風(fēng)量:Q3=60VA=60×0.25×123=1845m3/min式中：V—工作面最小風(fēng)速，瓦斯隧道為0.25m/s；A—隧道通風(fēng)斷面積取123m2。④按稀釋和排除內(nèi)燃機(jī)廢氣計算風(fēng)量：采用無軌運輸，洞內(nèi)內(nèi)燃設(shè)備配置較多，廢氣排放量較大，供風(fēng)量應(yīng)足夠?qū)?nèi)燃設(shè)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，計算可按下式計算：2.5風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒選型根據(jù)隧道通風(fēng)要求及參數(shù)計算結(jié)果及設(shè)計給出的通風(fēng)要求，風(fēng)機(jī)需滿足最小供風(fēng)量4891m3/min，風(fēng)機(jī)最小全壓值3468pa。隧道主通風(fēng)機(jī)設(shè)于隧道洞口30m外，通風(fēng)采用SDF系列通風(fēng)機(jī)，此系列風(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。并具有空氣流動性能好、效率高、節(jié)省能量、噪音低、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等特點[3]。通風(fēng)風(fēng)筒采用PVC阻燃伸縮鋼圈螺旋通風(fēng)筒，該風(fēng)筒具有較強(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，徑向不變形。另接頭光滑、嚴(yán)密，能有效地減少漏風(fēng)和系統(tǒng)阻力。同時具有阻燃和防靜電，滿足瓦斯隧道施工的要求。采用鋼筋箍固定風(fēng)筒于隧道側(cè)邊墻上方，確保風(fēng)筒下方的洞內(nèi)作業(yè)機(jī)械的通行空間[4]。設(shè)專職維修工。每班必須對全部通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒進(jìn)行檢查，尤其風(fēng)筒與風(fēng)機(jī)連接處，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障、風(fēng)筒破損等情況及時處理。2.6施工通風(fēng)減排措施采用先進(jìn)、環(huán)保的機(jī)械設(shè)備，降低廢氣排放：①采用濕式鑿巖機(jī)，嚴(yán)禁使用干式鑿巖機(jī)。②采用煙塵凈化智能車，吸收煙塵凈化空氣。③噴射混凝土采用濕噴法。④通風(fēng)設(shè)備要保證有足夠的風(fēng)量、風(fēng)壓，風(fēng)筒漏風(fēng)率低。⑤施工機(jī)械設(shè)備盡可能選擇電力驅(qū)動，減少作業(yè)面的耗氧量和空氣污染。如果采用燃油機(jī)械，在尾氣排放裝置上安裝尾氣凈化器。2.7施工供氧措施根據(jù)職業(yè)健康及安全標(biāo)準(zhǔn)“空氣中氧氣含量，按體積計不得小于20%”，需在隧道施工過程中設(shè)置供氧措施。供氧措施采用移動氧吧車加個人便攜式呼吸器供氧相結(jié)合的方式。移動氧吧車置于二襯已施作完畢地段，靠邊墻放置，以免影響隧道內(nèi)施工機(jī)械設(shè)備通行[5]。3.作業(yè)環(huán)境自動監(jiān)測與通風(fēng)智能聯(lián)控根據(jù)超長隧道通風(fēng)降溫除塵難、作業(yè)環(huán)境變化頻繁、聯(lián)絡(luò)不便等特點，采用環(huán)境一體化智能監(jiān)測管控系統(tǒng)，在出風(fēng)口、風(fēng)筒內(nèi)、各作業(yè)臺車等關(guān)鍵位置和人員密集處放置傳感器，對隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境和通風(fēng)效果實時監(jiān)測，掌子面附近人工檢測。以上各種監(jiān)測設(shè)備通過計算機(jī)連接的方式，實時自動報警，并實現(xiàn)通風(fēng)智能聯(lián)控，風(fēng)機(jī)自動變檔。通風(fēng)方案實施以后，要求技術(shù)人員盡快對通風(fēng)效果進(jìn)行測試，檢查方案落實情況，實施的方案能否達(dá)到設(shè)計要求，或者設(shè)計本身是否存在問題，以便對存在的問題及時修正。另外，也要求技術(shù)人員對通風(fēng)效果進(jìn)行經(jīng)常性的檢測，以檢查通風(fēng)管路的安裝維護(hù)質(zhì)量[6]。風(fēng)速測量：用熱線式風(fēng)速儀檢測洞內(nèi)回風(fēng)風(fēng)速。通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓和風(fēng)筒維護(hù)質(zhì)量檢測：用2.0m比托管配合差壓儀（MDP10000）以五環(huán)10點法測試風(fēng)筒全壓和靜壓；用2.0m比托管配合差壓儀（MDP500）以五環(huán)10點法測試通風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)流的速壓，并通過速壓計算風(fēng)量；通過檢測的風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的風(fēng)量和風(fēng)筒出風(fēng)口的風(fēng)量計算風(fēng)筒的百米漏風(fēng)率平均值。隧道內(nèi)環(huán)境參數(shù)的測量：用P-5型數(shù)字粉塵計自動記錄各測點煙塵濃度值。英思科手持式檢測儀測隧道內(nèi)一氧化碳、氮氧化物、氧氣、硫化氫、二氧化硫濃度。4.施工通風(fēng)安全措施通風(fēng)管路的直徑通常受到斜井?dāng)嗝娴南拗?，為了最大限度地利用斜井的上部空間，采用在斜井拱部設(shè)置隔板的方式,將斜井?dāng)嗝嬉环譃槎?，上部作為進(jìn)風(fēng)道，下部作為回風(fēng)道和車輛運輸通道，這種方式已在很多隧道的施工通風(fēng)中得到應(yīng)用。許多工程技術(shù)人員和學(xué)者圍繞隔板通風(fēng)方式開展了多方面的研究[7]。例如：闡述了中隔板風(fēng)道式通風(fēng)的使用條件和注意事項；結(jié)合隧道施工通風(fēng)方案的比選，詳細(xì)分析了隔板風(fēng)道式通風(fēng)的優(yōu)缺點，說明該方式較有利于節(jié)能和成本控制。4.1施工通風(fēng)安全管理措施在進(jìn)行施工時，所對應(yīng)的指導(dǎo)原則為合理布局等，由此使得通風(fēng)工作能夠更為科學(xué)有效的進(jìn)行。4.1.1施工通風(fēng)安全組織機(jī)構(gòu)具體施工作業(yè)時，必須要構(gòu)建出相應(yīng)的安全生產(chǎn)組織，完成了機(jī)構(gòu)建設(shè)后，則是要把項目經(jīng)理當(dāng)成是首要責(zé)任人。通過崗位責(zé)任制的有效構(gòu)建，并且輔助于獎懲制度，由此能夠使得相應(yīng)的制度更加科學(xué)可行，并可以構(gòu)建出對應(yīng)的專業(yè)通風(fēng)班組，而此班組的作用在于全面負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)方面的工作，主要包含安裝、管理等，且要結(jié)合通風(fēng)筒理方面的細(xì)則展開相應(yīng)的作業(yè)，在項目部層面則是要結(jié)合相應(yīng)的通風(fēng)質(zhì)量從而對班組的具體情況進(jìn)行考核，且應(yīng)該進(jìn)行一定的獎懲。4.1.2施工通風(fēng)主要崗位風(fēng)險管理標(biāo)準(zhǔn)及管理措施（1）測風(fēng)員風(fēng)險管理標(biāo)準(zhǔn)及管理措施危險源：主要表現(xiàn)，在進(jìn)行風(fēng)表選擇時存在著不精準(zhǔn)的問題，或者是風(fēng)表并不完好，整體的作業(yè)環(huán)境存在著欠缺，而且測控地點無法滿足現(xiàn)實規(guī)范，在人員方面則是存在著操作不熟悉的現(xiàn)實，還有就是在進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄時存在著誤差以及不精準(zhǔn)的問題。管理標(biāo)準(zhǔn)：在進(jìn)行測風(fēng)作業(yè)時，必須要結(jié)合風(fēng)速的實際狀況，從而完成相應(yīng)的測風(fēng)作業(yè)。隧道進(jìn)行測風(fēng)則是要每間隔10天要展開相應(yīng)的全面測風(fēng)工作，同時要和傳感器進(jìn)行核對，與之關(guān)聯(lián)的位置等要素則是應(yīng)該滿足規(guī)范要求，在進(jìn)行測風(fēng)時必須要在專業(yè)的測風(fēng)站展開，無法實現(xiàn)測風(fēng)作業(yè)必須要選取符合規(guī)范要求的巷道，此過程里必須要在同一點展開有效測量三次，而且每次所進(jìn)行的測量誤差必須要處于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，也就是要小于5%。超出的話則是應(yīng)該進(jìn)行加測，最終選取平均值。完成了測量工作后，關(guān)聯(lián)的人員必須要填寫數(shù)據(jù)，且應(yīng)該構(gòu)建出通風(fēng)季報記錄報表。而且完成了測量作業(yè)后，還要把對應(yīng)的數(shù)據(jù)填寫到相應(yīng)的手冊上，由此展開匯報，必須要嚴(yán)格結(jié)合相應(yīng)的程序進(jìn)行上報。管理措施：在工區(qū)管理人員層面，應(yīng)該做好不定時的風(fēng)表檢查作業(yè)，假若存在風(fēng)表不達(dá)標(biāo)的問題則是應(yīng)該展開處罰，而在測控員方面則是要進(jìn)行針對性的培訓(xùn)之后，并且獲得相應(yīng)的資格證方能夠進(jìn)行上崗，并且能夠較好的掌握到風(fēng)表等儀器設(shè)施的相關(guān)性能，還要較好的了解隧道的通風(fēng)系統(tǒng)，并且要獲取到不同的風(fēng)量情況。在進(jìn)行測評作業(yè)時要規(guī)避掉高峰時段，防止存在風(fēng)門開關(guān)頻繁的問題。在進(jìn)行測分作業(yè)時，要避免人員車輛。而項目部則是應(yīng)該對品質(zhì)予以重視，要對所進(jìn)行的檢測數(shù)量等展開有效的校核，特別是要對實際風(fēng)量予以重視，假若存在較大差入的話則是應(yīng)該再一次的進(jìn)行測分。當(dāng)獲取到工作人員的相關(guān)數(shù)據(jù)之后則是要展開核查，如果存在誤差大的問題，必須要責(zé)令其進(jìn)行再一次的測量，同時要借助班前會的方式促使員工能夠更好地遵守紀(jì)律[8]。（2）主要管理措施①主要危險源：操作高壓電氣設(shè)備時，未按要求佩戴絕緣用具。未對風(fēng)機(jī)主要部位進(jìn)行詳細(xì)檢查。未按開停機(jī)順序操作。②管理措施：不得隨意變更保護(hù)裝置的整定值。操作高壓電氣設(shè)備時應(yīng)用絕緣工具，并按規(guī)定的操作順序進(jìn)行。除故障緊急停機(jī)外，嚴(yán)禁無請示停機(jī)。嚴(yán)格按照上級命令進(jìn)行通風(fēng)機(jī)的啟動、停機(jī)操作。4.1.3通風(fēng)筒理制度（1）一般規(guī)定在風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)人員方面應(yīng)該予以針對性的培訓(xùn)，在考核達(dá)標(biāo)之后才可以進(jìn)行上崗工作，同時能夠很好地遵守風(fēng)機(jī)的操作規(guī)范，較好的掌握到通風(fēng)系統(tǒng)的情況，而在通風(fēng)系統(tǒng)方面則是要達(dá)標(biāo)后才能夠進(jìn)行使用。在具體運行過程里必須要強(qiáng)化相應(yīng)的維護(hù)作業(yè)，由此保障通風(fēng)系統(tǒng)的性能等滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。隧道則是必須全天候的能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)，而在風(fēng)壓等方面應(yīng)該符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)該出現(xiàn)隨意停風(fēng)的情況，必須要配置兩路電源，同時要加裝相應(yīng)的聯(lián)控設(shè)施，由此確保工作環(huán)境存在超標(biāo)的問題則是能夠自動變檔，這樣則是可以保障隧道的有效通風(fēng)，而在進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)時并不會遭受到過大的影響。（2）通風(fēng)系統(tǒng)定期檢查制度還要把側(cè)重點放在通過系統(tǒng)的檢查工作上，此項工作必須每周進(jìn)行，架子隊長則是應(yīng)該對通風(fēng)系統(tǒng)展開相應(yīng)的例行檢查，頻率為每天最少一次，如此能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的日常巡查。在通風(fēng)系統(tǒng)正常運行之后則是應(yīng)該每間隔10天展開一次全面的測風(fēng)，由此能夠?qū)ο鄳?yīng)的情況有著較好的掌握，并且要完成好記錄作業(yè)，應(yīng)該從現(xiàn)場的實際出發(fā)構(gòu)建出切實可行的運行管理檔案，這樣能夠掌握到全面的信息檔案，主要包括檢查記錄等，還必須要對通過系統(tǒng)的運行狀況展開全方位的記錄，此項工作必須按天進(jìn)行，也就是由具體的人員負(fù)責(zé)檢查，相應(yīng)的主管要每周對記錄展開審核并且予以明確，最終則是應(yīng)該建檔保存。還應(yīng)該對風(fēng)速展開檢測，此項工作間隔周期為10天。具體檢測作業(yè)時，必須借助風(fēng)速測定儀實現(xiàn)，所獲取的結(jié)果則是應(yīng)該和相應(yīng)的數(shù)值等展開核對，由此保障隧道內(nèi)的風(fēng)速滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，也就是要大于0.25m/s。（3）通風(fēng)筒理交接班制度應(yīng)該把側(cè)重點放在交接班機(jī)制方面，進(jìn)行交接作業(yè)時必須雙方明確簽字方能夠完成，而對于上一班發(fā)生的缺陷等則是應(yīng)該進(jìn)行全方位的明確記錄，所對應(yīng)的交接班記錄則是由隊長進(jìn)行審核確認(rèn)。（4）停風(fēng)報批制度在具體運行過程里，假若存在通風(fēng)系統(tǒng)檢修工作或者是一些別的要素由此使得風(fēng)機(jī)出現(xiàn)停止運轉(zhuǎn)，那么則是應(yīng)該提前進(jìn)行申請，并且要逐級上報，企業(yè)要結(jié)合停風(fēng)的具體停止情況進(jìn)行，審批完成后才能夠進(jìn)行相應(yīng)的工作，假若停風(fēng)時間小于半個小時的，則是要由隊長進(jìn)行審核，最后由主管副經(jīng)理進(jìn)行批準(zhǔn)；而如若大于半小時的則是應(yīng)該在結(jié)束了審核之后，必須要由安全總監(jiān)予以批準(zhǔn)方能夠展開。4.2施工通風(fēng)安全技術(shù)措施在風(fēng)機(jī)支架