長距離小洞徑隧洞施工中通風(fēng)方式及應(yīng)用研究

長距離小洞徑隧洞施工中通風(fēng)方式及應(yīng)用研究郭標(biāo)中鐵十局集團(tuán)第五工程有限公司江蘇省蘇州市215011摘要：在隧洞施工的過程中，長距離小洞徑隧洞施工是難度最大的一類。通風(fēng)作為長距離小洞徑隧道施工中控制掘進(jìn)的關(guān)鍵因素，對其通風(fēng)方式及其應(yīng)用效果展開探究非常必要。因此，本研究結(jié)合實例對其通風(fēng)方式展開了探究。關(guān)鍵詞：隧洞施工；長距離小洞徑；通風(fēng)方式ResearchonventilationanditsapplicationinlongdistancetunnelconstructionwithsmalltunneldiameterAbstract:Intheprocessoftunnelconstruction,theconstructionoflong-distancetunnelwithsmalltunneldiameteristhemostdifficult.Ventilationisakeyfactortocontroltunnelinginlongdistancetunnelconstruction,soitisnecessarytoexploretheventilationmodeanditsapplicationeffect.Therefore,thisstudycombinedwithanexampletoexploreitsventilationmode.Keywords:tunnelconstruction;Longsmallholediameter;Ventilationway【中圖分類號】TV554 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A前言：長距離小洞徑隧洞施工在各類隧洞施工中的施工難度最大[1]。為控制其掘進(jìn)，施工通風(fēng)措施作為重要的因素，應(yīng)給予關(guān)注和重視。通風(fēng)方式作為施工通風(fēng)措施的重要基礎(chǔ)性工作，在此次研究的過程中，選取某引水隧洞工程作為實例，對其隧洞施工中的通風(fēng)方式展開了探究，并對其通風(fēng)效果進(jìn)行了總結(jié)。通過對該工程中通風(fēng)方式及其通風(fēng)效果的介紹，旨在為同類引水隧洞工程施工中通風(fēng)方式的應(yīng)用提供參考與借鑒。1工程概況某工程項目屬于引水隧洞工程，其隧洞全長為14.90km，洞身是碳酸鹽巖（灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖），其他具體工程情況，如表1所示。通過表1中的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，該引水隧洞工程，其難以進(jìn)行通風(fēng)井的布置，因而在施工的過程中通風(fēng)問題是亟待解決的一個重要關(guān)鍵問題。因此，在此次研究中，選取該工程項目作為案例，對通風(fēng)方式及其應(yīng)用效果展開探究。表1某引水隧洞工程基本情況指標(biāo)具體情況隧洞全長（km）14.901開挖斷面（m）3.0×3.9洞型圓拱直墻型施工方法鉆爆法施工支洞設(shè)置數(shù)量（個）斜支洞1個，平支洞2個，共計3個作業(yè)長度（m）2000以上最長作業(yè)面長度（m）3398斜井長度（m）498斜井高差（m）184通風(fēng)井布置情況無法布置2通風(fēng)試驗設(shè)計在對隧洞進(jìn)行施工的過程中，吹入式集中供風(fēng)是一種較為常用的通風(fēng)方式[2]。然而，鑒于此次研究中的工程項目，其屬于長距離小洞徑隧洞工程，因而采用這一通風(fēng)方式，其不僅不能起到較好的通風(fēng)效果，而且還會對施工的安全性帶來一定的威脅。在這一項目工程下，隨著進(jìn)尺的不斷延伸，隧洞斷面會對通風(fēng)排煙、出渣等產(chǎn)生較大的限制。在這一通風(fēng)方式下，其僅僅是將煙塵吹離工作面，但全隧洞依然處于煙霧彌漫的狀態(tài)。與此同時，在供風(fēng)沿程方面，其損失較大，同時僅僅考慮風(fēng)機功率增大，其會導(dǎo)致通風(fēng)管道占據(jù)的空間過大。由此可見，對于長距離小洞徑隧道施工來說，這一通風(fēng)方式不僅會對施工的工效產(chǎn)生較大的影響，而且還會對施工人員的身體健康產(chǎn)生危害。鑒于吹入式集中供風(fēng)這一通風(fēng)方式并不適用于長距離小洞徑隧洞施工，結(jié)合本項目的實際情況，并在相關(guān)專家的綜合考量下，最終本工程項目選取的通風(fēng)方式是混合式分散供風(fēng)方式。其中，混合式主要指的是吹風(fēng)與吸風(fēng)結(jié)合的方式，而分散則主要指的是通過串聯(lián)多臺通風(fēng)機并在聯(lián)合使用下起到良好的通風(fēng)效果。結(jié)合類似工程項目的實踐，主要從以下幾個方面對施工中產(chǎn)生的煙塵展開綜合試驗。第一，掛簾。在爆破之前，距離掌子面的30至50m的位置處將軟簾懸掛在經(jīng)過焊制的鐵架頂部，然后將其固定在隧洞的洞壁和隧洞頂部之上。第二，裝置水霧噴射。在安裝水霧噴射裝置時，其安裝的位置是在掌子面附近的封閉區(qū)域內(nèi)，其安裝這一裝置的作用是起到強迫降塵的效果。同時，在設(shè)置這一裝置的過程中，還設(shè)有獨立的噴水管，采用的是塑料管，但在距離施工工程面的20m以外的位置的水管則采用的是鋼管，在布置鋼管時，將其布置在隧洞風(fēng)水管一側(cè)，以免受到飛石的影響而受到損傷。為節(jié)約成本，充分利用資源，風(fēng)管或水管可以當(dāng)做此鋼管使用。第三，先吸后吹式通風(fēng)。在放炮后，啟動高壓水泵，剛產(chǎn)生的高濃度煙塵，由于受到水霧吸收，其會沉降下落，進(jìn)而減少煙霧量。通過這一裝置的安裝，其可將煙霧量減少高達(dá)40%至50%左右。最后，風(fēng)機串聯(lián)。通過將通風(fēng)機串聯(lián)，其起到分散式供風(fēng)的作用。3通風(fēng)試驗的效果分析在對隧洞施工中的煙塵通風(fēng)試驗效果展開分析時，其通風(fēng)效果如下：第一，掛簾。在爆破之前，于距掌子面50m、60m、70m、80m的位置處懸掛軟簾。鑒于毫秒雷管的應(yīng)用，其在爆破后會促使爆轟波疊加，從而對懸掛的軟簾產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致其數(shù)次被擊碎。隨后將軟簾懸掛在80m至100m位置處，經(jīng)試驗顯示其可擋住70%以上的炮煙。第二，裝置水霧噴射。依據(jù)前面的設(shè)計方案，對這一裝置進(jìn)行了簡單的制作。經(jīng)過試驗，顯示這一裝置在降塵方面，其效果并不是很好。而降塵效果不佳的主要原因在于隧洞內(nèi)過于潮濕，進(jìn)而導(dǎo)致空氣中的水分子可以自動將隧洞內(nèi)中的部分有害氣體以及粉塵吸收，加之通風(fēng)期間隧洞內(nèi)的粉塵是完全落在地面上的。因此，這一裝置在降塵方面，其效果不大。第三，先吸后壓入式通風(fēng)。在初期為控制成本，因而供吸采用的是一條風(fēng)帶。在對其進(jìn)行試驗后，試驗結(jié)果顯示，在供風(fēng)線路過長的影響下，風(fēng)桶內(nèi)會殘留諸多有害氣體。在吸風(fēng)30min后，壓風(fēng)開始，進(jìn)而會將其內(nèi)的有害氣體順著供風(fēng)桶重新壓回隧洞內(nèi)，進(jìn)而引發(fā)施工安全問題。然而，單獨布置吸風(fēng)桶，其成本又會增加?；谏鲜隹剂?，以及對有害氣體的檢驗，顯示距離工作面200m內(nèi)是其濃度較大的區(qū)域。因此，可在這一區(qū)域內(nèi)布設(shè)一個吸風(fēng)桶，以滿足需求。因此，將通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。在爆破后，首先會將距工作面100m位置處的吸風(fēng)機啟動，以促使煙塵可以經(jīng)過硬質(zhì)風(fēng)管進(jìn)入到吸風(fēng)機，后通過200m的柔性風(fēng)桶，將其排至距離工作面300m以外的隧洞內(nèi)。最后，在20min后，將洞口風(fēng)機開啟，以向隧道內(nèi)供風(fēng)，而供風(fēng)桶的末端則應(yīng)距離在工作面的30m位置處。在洞身進(jìn)尺日益加大的情況下，供風(fēng)時可能會出現(xiàn)供風(fēng)量不足的現(xiàn)象，在確保通風(fēng)時間固定下，可通過串聯(lián)風(fēng)機的方式確保供風(fēng)量滿足需求。隧洞開挖掘進(jìn)獨頭通風(fēng)長度超過2000m在洞內(nèi)設(shè)置接力風(fēng)機進(jìn)行增壓，仍然采用壓入式通風(fēng)，隧洞上下游利用75kw×2風(fēng)機匹配1路Φ0.8m風(fēng)管送風(fēng)。在風(fēng)管末端增加一個風(fēng)機，對末端新鮮空氣繼續(xù)通過機械風(fēng)壓壓入掌子面處，使洞內(nèi)空氣充足。在洞內(nèi)風(fēng)機的尾部設(shè)置一個小型風(fēng)包，第一作業(yè)起到支撐風(fēng)管，不受風(fēng)壓減小而縮進(jìn)風(fēng)機內(nèi)，第二作業(yè)使風(fēng)包內(nèi)空氣充足，減少從洞內(nèi)污濁空氣吸入，再次通入掌子面。圖1風(fēng)機接力設(shè)備布置圖4通風(fēng)計算通風(fēng)計算基礎(chǔ)參數(shù)如2表所示。表2通風(fēng)計算基礎(chǔ)參數(shù)表項目單位數(shù)量隧洞工作面同時工作最多人數(shù)人40隧洞開挖面一次爆破炸藥用量kg50隧洞開挖斷面積m220.19風(fēng)管平均百米漏風(fēng)率%2機械設(shè)備功率裝載機kw216自卸汽車kw75挖掘機kw127空氣密度Kg/m31.0爆破通風(fēng)時間min20隧洞內(nèi)最低允許風(fēng)速m/s0.15人員配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)m3/(人?min)3內(nèi)燃機械設(shè)備配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)m3/(kw?min)0.81）隧洞掘進(jìn)2.0km以內(nèi)在進(jìn)洞長度2000m范圍內(nèi)設(shè)置1臺風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)計算：根據(jù)隧道風(fēng)量需要主要取以下三種：=1\*GB3①人數(shù)呼吸空氣量Q人=2\*GB3②炸藥爆破需風(fēng)量Q炸藥=3\*GB3③機械運轉(zhuǎn)需風(fēng)量Q機械故總需風(fēng)量Q總=Q人+Q炸藥+Q機械具體計算如下：根據(jù)（計算手冊）查得=1\*GB3①Q(mào)人=k·m·qK----風(fēng)量備用系數(shù)1.1~1.2m----洞內(nèi)同時施工最多人數(shù)40q----洞內(nèi)每人每分需要空氣量3m3Q人=k·m·q=1.1×40×3=132m3=2\*GB3②Q炸藥==7.8×4336.12/20=1691m3A----同時爆破所需炸藥總量50kgS----坑道斷面面積20.19m2L----坑道長度2000mt----風(fēng)機作用時間20min=3\*GB3③Q機械=nt·N=277×0.8=221.63Nt----洞內(nèi)機械作業(yè)總功率（渣車2臺75kw挖機127kw合計277kw）N----洞內(nèi)機械每Kw所需風(fēng)量0.8m3Q總=Q人+Q炸藥+Q機械=20×132+1691+20×221.6=8763m3根據(jù)軸流風(fēng)機性能2×75kw每分鐘供風(fēng)量為1100m3/min即：20min內(nèi)風(fēng)機可提供風(fēng)量Q供=1100×20=22000m3風(fēng)管都按新風(fēng)管計算，100m漏風(fēng)率取2%即：Q實供=22000×（1-20×2%）=13200m3經(jīng)過上述計算Q實供13200m3大于Q總8763m3所以在進(jìn)洞2000米前洞口設(shè)1臺SDDF2×75kw風(fēng)機能夠滿足現(xiàn)場需求。2）隧洞單口掘進(jìn)超出2.0km在洞口風(fēng)機安裝完成后，按1）計算結(jié)果得出，1臺SDDF2×75kw風(fēng)機能夠滿足現(xiàn)場需求，在超出2.0km后，每間隔1000m左右放置一臺接力風(fēng)機5最終通風(fēng)方式的選擇本工程項目最終選擇的通風(fēng)方式，其如表3所示。表3某引水隧洞工程最終選擇的通風(fēng)方式通風(fēng)方式具體情況洞口通風(fēng)機対旋變頻通風(fēng)機通風(fēng)機型號SDDF通風(fēng)機功率（kW）75×2接力風(fēng)機軸流式局部通風(fēng)機接力風(fēng)機型號YBT-52型接力風(fēng)機功率（kW）11風(fēng)壓情況（Pa）7220至680供風(fēng)量情況（m3/min）680風(fēng)管塑料柔性風(fēng)管通風(fēng)機開啟情況以洞挖進(jìn)尺作為依據(jù)，開始通風(fēng)機。其中，≤500m，僅將一級風(fēng)機開啟；500至800m時，僅將二級風(fēng)機開啟；800m以上時，將兩級風(fēng)機全部啟動。隧洞挖進(jìn)≥700m時的通風(fēng)方式考慮供風(fēng)沿程損失過大且送風(fēng)量小等因素，采用串聯(lián)通風(fēng)機功率為11kW的軸流風(fēng)機進(jìn)行供風(fēng)。超過2000m后，每間隔1000m左右放置一臺通風(fēng)機。這一通風(fēng)方式，其優(yōu)勢在于不受洞長限制。同時，受到洞徑這一因素的制約，加之隧洞內(nèi)出渣車、作業(yè)臺車通行需要，也為與通風(fēng)桶保持安全距離，在考慮上述因素后，應(yīng)在最大的限度內(nèi)布置大直徑供風(fēng)管，以實現(xiàn)通風(fēng)效果最佳。在本項目中，支洞施工進(jìn)入主洞后，上下游同時施工采用2臺軸流式通風(fēng)機壓入式通風(fēng)，在交叉處采用兩路風(fēng)管進(jìn)入主洞，分別為上、下游兩工作面供風(fēng)，上游或下游通風(fēng)距離（支洞長+主洞長）大于2000m時安設(shè)1臺接力風(fēng)機，保證風(fēng)壓。支洞與主洞交叉口以及長距離通風(fēng)會形成渦流現(xiàn)象，為消除或減少此現(xiàn)象影響通風(fēng)效果，在交叉口區(qū)安設(shè)1臺射流機加強排風(fēng)。支洞進(jìn)主洞上下游同時施工通風(fēng)示意圖。圖2隧道排風(fēng)示意圖在本工程項目中，還對長距離混合式分散供風(fēng)這一通風(fēng)方式進(jìn)行了總結(jié)，首先將一臺吸風(fēng)機布置在距離工作面50m的位置處，并伴隨挖進(jìn)的延長逐漸向工作面移動。在爆破后，將該吸風(fēng)機啟動，先往外吸。在施工的過程中，在硬質(zhì)風(fēng)管下將煙塵吸出200m以外，在吸風(fēng)20min后，將該吸風(fēng)機關(guān)閉。再然后，將供風(fēng)的作用風(fēng)機啟動，以將新鮮的空氣吹入到隧洞中，并確保工作面的空氣始終保持新鮮。通常情況下，可在1h左右將排煙工作完成。為滿足隧洞施工人員的施工安全，應(yīng)保持工作面200m范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量。與此同時，為確保施工安全，在每次爆破后，隧洞內(nèi)各個風(fēng)機的開啟和關(guān)閉按鈕均應(yīng)設(shè)置在洞口，通過洞口按鈕控制的實現(xiàn)確保施工安全。在每次通風(fēng)結(jié)束后，為施工安全的保證，每次均應(yīng)有專職安全員對空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測，尤其是對隧洞中有害氣體的進(jìn)行檢測，并以此為依據(jù)，對是否繼續(xù)通風(fēng)進(jìn)行合理安排。只有在空氣質(zhì)量合格，并滿足隧