公路隧道无轨运输条件下长距离施工通风技术

陈 琳

(中铁十一局集团 第三工程有限公司，湖北 十堰 442012)

1 工程概况

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，距雅江县城上游约25 km，为雅砻江中下游梯级电站的控制性水库电站工程，对整个雅砻江梯级电站的开发影响巨大。

两河口隧道为两河口水电站的最长公路隧道，里程为K7+480—K13+320，全长5 840 m。其中隧道出口原标段里程为K10+550—K13+320，全长2 770 m。由于进口标段围岩较差，在完成出口2 770 m隧道洞身开挖后，业主要求继续掘进1 200 m，实际继续开挖1 262 m，总共完成4 032 m(K9+288～K13+320)。隧道以Ⅲ级围岩为主，Ⅲ级围岩开挖面积为90.8 m2，隧道净空:11.0 m×5.3 m。

施工区域处于高原地区，海拔高度达到2 700 m，设备降效较大。由于施工区电力缺乏，施工用电采用柴油发动机供电。

两河口隧道采用进、出口双向掘进施工，隧道工程按新奥法组织施工，Ⅱ，Ⅲ级围岩地段采用全断面法开挖，Ⅳ，Ⅴ级围岩采用短台阶法开挖或分部开挖。隧道开挖采用自制掘进作业台架作为工作台，人工操作YT-28风动凿岩机打眼爆破。由于施工区采用自发电，考虑到净空较大，开挖弃渣采用无轨运输，施工通风采用压入式通风方式。

原合同段(开挖2 770 m)隧道开挖完成后，继续开挖1 200 m至隧道贯通，即完成3 970 m洞身开挖任务，施工通风距离长达4 000 m，需对通风系统进行改造。

2 通风方案

2.1 原合同段施工通风

原合同段施工工程中分为两阶段通风，第一阶段采用洞口压入式通风方式，第二阶段采用压入接力式通风方式。

2.1.1 第一阶段洞口压入式通风

原合同段隧道开挖完成2 350 m前采用在洞口压入式通风，即洞口设置咸阳西安交大风机厂 SD17Y-11No12.5A型通风机(功率为 2×115 kW，流量为1 500～2 250 m3/min，风压为2 650～6 000 Pa，配φ1.5 m软风管向洞内压风，通风系统布置见图1。

图1 原合同段隧道通风系统(阶段一)布置示意

2.1.2 第二阶段压入接力式通风

原合同段开挖超过2 350 m后，通风效果逐渐变差，由于洞内的内燃机械较多，内燃机尾气烟尘较大，洞内能见度较低，出渣过程分2～3次进行，导致隧道出渣时间由原来的3～4 h增加到9～10 h左右。

洞身开挖2 350 m以后，采用压入接力式通风，在洞口安设1台SD17Y-11No12.5A(2×115 kW)的轴流通风机，配备φ1.5 m软风管向洞内压风，在距洞口约1 700 m处安设1台SD17Y-Ⅲ11.0型通风机(咸阳西安交大风机厂，功率为 2×55 kW，流量为 866～1 200 m3/min，风压为 960 ～3 700 Pa)，配备 φ1.5 m软风管向洞内压风，通风系统布置见图2。

图2 原合同段隧道通风系统(阶段二)布置示意

2.2 继续掘进1 200 m合同段施工通风

由于通风阶段二无法满足开挖掘进3 970 m施工任务，所以决定对通风系统进行改造。

2.2.1 所需风量计算

首先按下式计算高程修正系数Kγ

式中，γz为海拔为 Z时空气重度;γ0为海拔为0时空气重度;ZZ为海拔高度。

所需风量按四种方式计算，取最大值。

1)根据同一时间洞内作业人员数计算风量

式中，k为风量备用系数，采用1.1;m为洞内同时作业人数，按100人计算;qn为每一工作人员所需新鲜空气，取 4 m3/min。

2)按同时爆破最多炸药量计算(压入式通风)

式中，t为爆破后有害气体浓度达到允许浓度的通风时间，按20 min计算，G为同时爆破药量(kg)，根据现场全断面爆破情况取220 kg;L为坑道全长(m)，按4 000 m计算;S为坑道净断面面积(m2)，按Ⅲ级围岩取90.8 m2。

3)按最小风速

式中，V最小为保证坑道内稳定风流要求，全断面开挖时风速不得小于0.15 m/s，坑道内不小于0.25 m/s，本隧道为全断面开挖，采用0.15 m/s;S最大为坑道最大断面面积，按Ⅲ级围岩取90.8 m2。

4)按洞内内燃机械设备需要的风量计算

出渣时，隧道内的内燃设备主要为出渣设备(挖掘机、装载机、自卸车)和衬砌施工设备(混凝土输送车)。

整个隧道内的内燃施工机械总功率为1 042 kW，取供风系数 2.9 m3/min·kW，则总的供风量应达4 168 m3/min。考虑1/Kγ=1.307的高原修正系数，得总的供风量为5 448 m3/min。

根据上述四项计算，取最大值为5 448 m3/min，故通风机的总供风量宜在5 448 m3/min以上。

2.2.2 风压计算

为了保证把足够的风量送到工作面，并在风口保持一定的风速，就要求通风机具有一定的风压，使其克服沿途的所有阻力。通风机应具备的风压为:

高原修正H=H总阻/Kγ

通风机风压计算见表1。

2.2.3 通风系统选择

根据上述计算，通风机的总供风量宜在5 448 m3/min以上，风压在2 774 Pa以上。经过比选，决定采用压入式通风，在洞口安设目前国内性能最好的1台2×200 kW(侯马 SDF(B)-NO18通风机，风量为2 973～6 100 m3/min，风压为 782～5 124 Pa)的轴流变频通风机，配φ2.2 m PVC增强维纶布软风管向洞内压风，在距洞口约1 000 m处改为φ2.0 m PVC增强维纶布软风管向洞内压风，在距洞口约2 000 m处改为φ1.8 m PVC增强维纶布软管向洞内压风。

表1 系统风压计算式及计算结果表

2.3 通风效果

由于隧道内的内燃机械较多，隧道洞内空气烟尘较大，施工通风如果不及时淡化及排出内燃机尾气，会导致隧道内烟尘较多，空气质量很差，空气能见度较低，影响施工作业效率。

两河口隧道出口端在施工过程中，根据施工进展情况，通风系统按三个阶段进行设置，满足了施工需要，洞内空气较好，视线良好，保证了施工进度。

3 结语

1)压入式通风是一种比较简单、实用的通风技术，两河口隧道通过计算后采用新型的通风机进行压入式通风，解决了高海拔地区无轨运输条件下，长达4 032 m通风距离的隧道施工通风。该风机采用变频技术，可以根据隧道施工长度，调整频率，实现功率调节，改变技术参数，节约了电能。

2)隧道压入式通风的关键是要保证掌子面出口要有足够的出风量，并形成风管进风，隧道出风的明确通道，减少风管漏风量。风管漏风虽然起到了稀释内燃气作用，但是风管漏风风向与隧道出风风向垂直，导致隧道部分出风风向改变后撞到隧道壁上，形成紊流，阻碍了风的流动，从而影响通风效果。

3)按掌子面最小风速需要风量817 m3/min。本隧道采用2×115 kW轴流通风机，单机通风较好。长2 350 m的情况，反算该φ1.5 m软风管的百米漏风率为2.6%。2×200 kW轴流通风机单机通风较好，长度4 000 m 时，反算 φ2.0 m(有 φ2.2 m，φ2.0 m，φ1.8 m风管，为计算方便采用φ2.0 m进行计算)软风管的百m漏风率为2.2%。φ1.5 m软风管比φ2.0 m风管小而漏风率高的原因，主要是使用时间比较长，破损较多，风管百m漏风率正常情况下应为2.0% ～2.5%。

4)减少漏风与降低风阻是实现长距离通风的技术关键。在施工中，采取了以下措施:①选择优质材料的风管，在继续掘进前，更换了隧道所有风管，选用PVC增强维纶布风管，其表面光洁度高，摩擦阻力系数小。②加长风管管节长度可以减少接头个数，减少接头漏风量和接头局部阻力，风管每节长为20 m。③加强通风系统的保养维护管理。要保持通风系统良好的工作状况，必须加强对通风系统的维护管理，特别是风管需经常修补、更换，减少漏风。由于 SDF(B)-NO18通风机风压高，洞口200 m采用了双层风管，但由于自身材质及汽车刮碰影响，风管经常出现撕裂，在施工中，成立了专门的通风维护班组，由专人负责日常维护。

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