秦岭2号勘探试验洞长隧道施工通风技术分析

赵进（陕西省水利电力勘测设计研究院大安监理公司 陕西 西安 710001）

1 前言

引汉济渭秦岭2号勘探试验洞直线2692m，断面尺寸5.2m×6.3m，综合纵坡10.03%，行车道坡度11.33%。单面掘进施工，加之与后续主洞施工相连，使得隧道通风距离长、断面小、坡度大，造成通风难度较大。通风系统是隧洞施工的生命线，是为隧洞内施工人员工作面供给足够的新鲜空气，淡化或排除各种有害气体或岩尘，使其含量降低到《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》(DL/T5099-1999)标准所规定的范围以内，以为隧洞内施工工作人员创造一个较为适宜的作业环境，同时也为维持其他机电设备正常运行提供必要的条件。通风方案首先必须与隧洞施工组织相协调，并采取“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理”的综合管理措施。作为现场监理工程师，为了便于控制施工环节，确保工程施工安全，有必要对隧道施工的通风技术进行全面掌握。

2 施工通风控制条件

隧洞内的空气中除含有氮气、氧气、二氧化碳等成分外，还包含许多对人体有害的成分，如一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫及粉尘、水蒸气等，有些地区还有甲烷。为了保证隧洞内施工人员的身体健康和机械设备的正常运行，必须保证隧洞内的空气质量，有毒、有害气体浓度不超过DL/T5099-1999标准及国家有关标准的要求，同时使隧洞内的温度、湿度保持在一个合理的水平。

(1)坑道中氧气含量：按体积计，不得低于20%。

(2)粉尘允许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg；含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘为10mg。

(3)有害气体浓度：一氧化碳不大于30mg/m3。当施工人员进入开挖面检查时，浓度可为100mg/m3，但必须在30min内降至30mg/m3。二氧化碳按体积计不超过0.5%。氮氧化物换算成二氧化氮(NO2)为5mg/m3以下。

（4）瓦斯(甲烷CH4)浓度：总回风道风流中，应小于0.75%；从其他工作面进来的风流中，应不小于0.5%；开挖面装药爆破前，应小于1.0%；开挖面浓度超过2%时，人员必须撤至安全地点。隧道内气温不得超过28℃。

（5）隧道施工时，供给每人的新鲜空气量，不应低于3m3/min，采用内燃机械作业时，1kW功率的机械设备供风量不宜小于1.6m3/min。隧道开挖时全断面风速不应小于0.15m/s;辅助坑道内不应小于0.25m/s,并不得大于6m/s。

3 通风量计算

3.1 施工人员所需风量

式中,Up——洞内每人所需新鲜空气量，一般按3m3/min/人计算；

m——洞内同时工作的最多人数（钻孔、喷锚、衬砌和其它辅助作业同时工作）；

k——通风量备用系数取（1.1～1.5）。

3.2 爆破散烟所需风量

按纯稀释炮烟的理论计算风量：

式中，t——爆破后通风时间(min)；

A——工作面同时爆破最多炸药量；

V——全巷道容积；

S——巷道净横断面面积；

L——需要通风巷道长度

3.3 洞内最小风速所需风量

式中，Umin——洞内允许最小风速，大断面掘进≮0.15(m/s)，小断面和异型断面掘进≮0.25(m/s)；

3.4 冲淡柴油机械产生的有害气体所需的风量计算

按单位功率所需风量指标计算：

式中，Q0——柴油机单位功率所需风量指标，1kW的风量不宜小于1.645m3/min；

ΣP——同时在洞内作业的各种柴油

机功率的总和，单位：kW。

4 通风设备的选择和布置

通风设备的选择，是确定隧洞内通风效果的关键。隧洞内所需最大通风量是选择通风设备的控制因素，通风机的工作风量和工作全风压，是选择通风机的两个要素，然后据此进行供风管配置和设备布设。

4.1 通风机的选择

秦岭2号勘探实验洞采用单向掘进钻爆法施工，隧道内岩质为硬质花岗岩，如单循环进尺以3m计，炸药用量2.3kg/m3，耗药量较大为3 kg/m3～4kg/m3，通风时间按30min考虑，掌子面所需风量应按洞内要求最小风速、洞内人员需风量和一次爆破后30min排除掌子面炮烟进行计算（取其中的最大值为计算依据）。理论计算：施工人员所需风量为135m3/min，纯稀释炮烟风量为187.73m3/min，洞内最小风速所需风量为589.05m3/min，冲淡柴油机械产生的有害气体所需的风量为595.49m3/min。由此，秦岭2号勘探实验洞所需风量由装渣运输时内燃机械所需风量控制，工作面所需风量取Q=595.49m3/min。

考虑漏风而损失的风量，洞外风机的供风总量按公式Q风机=KQ计算。式中，Q风机为风机的供风量，K为漏风系数，取1.3。

即：Q风机=KQ=1.3×595.49=774.14(m3/min)

通风机的工作风压为：hm=hky+hp(Pa)

确定秦岭2号勘探实验洞采用SDDY—ⅢNO5-11型轴流式通风机，其性能见表1。

表1 SDDY—ⅢN O 5-11型轴流式通风机性能参数表

4.2 风管与风机的布置

风管的选用主要考虑风速、风量、造价、耐用性等方面因素。结合本工程的特点，选用的通风管为塑胶材质，管径110cm，以20m为一节，新型刚性接头，风管安装在隧洞顶部中央(或稍偏离中央)部位，先每隔5m打一锚杆孔，风管吊挂每100m挠度不大于150mm，轴向偏差每100m不大于300mm。考虑到隧洞中部空气净化所需的时间较长，净化程度也比工作面差这一因素，采用混合通风的方式，通风机置于洞口，进行压入式供风。SDDY—ⅢNO5-11型轴流式通风机风机流量为52000m3/h～72000m3/h，电机2×55kW，全压 3700 Pa～5400Pa，转速2900r/min，基本满足目前生产。

5 通风系统的维护

通风系统的经常或定期维护，对于确保通风效果起着至关重要的作用。在秦岭2号勘探试验洞施工过程中，施工单位的具体做法有：

（1）项目部制定了隧道通风系统运行管理制度，成立了专门的通风作业班。班内人员有详细的分工和责任，并在项目部的统一组织下，对通风作业班的全体人员进行了制度培训学习。要求他们按照作业规程，对通风系统进行经常不间断维修和更换，根据隧洞工程的进展情况，及时续接通风管的长度，以确保作业工作面的作业环境质量。

（2）根据工程进展，随时进行作业面空气质量检测，根据发现的问题，及时优化通风系统。遇到有害气体超标严重或可能出现危险，立即疏散人员，报项目部领导和现场监理，并进行停工整改。

（3）对于通风系统运行过程中出现的风管下垂、破裂漏风等其他运行故障或问题，进行及时处理，以确保通风系统的正常工况和隧洞内供风的效果。

（4）提高或改善隧洞通风效果，不仅仅要从通风设备上做文章，在具体的施工过程中，秦岭2号勘探试验洞的施工单位也采取了以下几个方面有效方法：钻爆法施工在打钻时，加水钻孔，减少粉尘；加强洞内运渣车辆的经常性保养维修，改善内燃设备硝烟化油设备，以减少废气排放量；加强洞内施工道路维修整平，减少车辆运行阻力，避免因加大油门而造成的尾气排放。

6 结语

隧洞工程施工，搞好通风，对整个工程的施工质量、进度起着很重要的作用。在本次勘探试验洞施工过程中，通过计算风量来选择通风机，加强管理，强化控制，确保通风效果，保护了施工人员的健康和安全，达到了施工条件要求。根据现场测定，秦岭二号勘测洞掘进工作面的通风效果，随着隧道进尺的不断加深，在20min～40min不等的时间内，工作面的空气质量基本可以达到规范规定的标准。钻孔爆破时停止通风，爆破后及出碴时保持通风，有害粉尘的浓度得到控制，既保证空气质量，改善了洞内的工作环境，月掘进速度可达150m～200m，保证了工程施工进度。陕西水利

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