长大隧道施工通风技术研究

张志民

【摘要】施工通风是长大隧道施工的重要施工工艺，也是长大隧道施工的控制要点。合理的通风系统、理想的通风效果是实现长大隧道快速施工、确保施工人员身心健康及施工安全的重要保证。本文以某长大铁路隧道为例，探讨了其施工通风技术，望对类似工程有所帮助。

【关键词】长大隧道；施工通风；风量计算

一、工程概况

某铁路隧道全长6827m，独头掘进最长达3500m，隧道进口位于A车站内，隧道进口DK40+550～DK41+803段为四线双连拱隧道，DK41+803～DK47+377段为单线隧道，隧道往大里程方向坡度为16.5‰。平行主洞右侧40m处设一平导，平导全长6854m，采用与主洞一致的坡度，主洞与平导之间设有22处横向联络通道。

二、隧道施工通风的必要性

在隧道施工过程中，由于开挖、爆破、出碴、喷射混凝土施作、机械设备排气、开挖时地层释放有害气体等因素，使洞内氧气浓度降低，且混杂各种有害气体和粉尘，造成隧道内空气质量较差。随着隧道的不断开挖，不断向山体深处延伸，隧道内温度和湿度相应提高，对隧道内施工作业人员的健康产生较严重的影响。为了更换和净化隧道内的空气，供给隧道内足够的新鲜空气，排出有害气体和降低粉尘浓度，改善施工作业环境，保障施工作业人员身体健康，保证安全生产，并提高劳动效率等，特对长大隧道施工通风进行研究探析。

三、通风设计原则

充分利用现有设备，在满足隧道内通风效果的前提下，进行合理调配减少新购风机数量。在隧道净空允许的情况下，采用大直径风管，减少能耗损失。通过适当增加一次性投入，减少通风系统的长期运行成本。

四、隧道施工通风控制标准

1、隧道內空气中氧气含量，按体积计不得小于20%。

2、每立方米空气中粉尘容许浓度：含有10%以上游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg；含有10%以下游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg。

3、空气中常见有害气体浓度标准

（1）一氧化碳容许浓度不得大于30mg/m3，在特殊情况下，施工人员必须进入开挖工作面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不得大于30min。

（2）二氧化碳按体积计不得大于0.5%。

（3）氮氧化物换算成二氧化氮浓度应在5mg/m3以下。

4、隧道施工时，每人需供应的新鲜空气不得低于3m3/min；采用内燃机械作业时，供风量不得低于3m3/（min·KW）。

5、隧道施工通风的风速，全断面开挖时不得小于0.15m/s，分部开挖时不得小于0.25m/s，并均不能大于6m/s。瓦斯隧道施工通风风速不得低于1m/s。

五、通风计算

隧道内通风采用风管式通风，每循环开挖进尺按3.5m计，炸药用量按1.2kg/m3计，通风时间按30min考虑。掌子面所需风速按隧道内要求最小风速、隧道内施工作业人员需风量、爆破后30min排出掌子面炮烟、内燃机械设备的使用所需要的风量进行计算，取其中的最大值作为控制风量。

1、风量计算

（1）根据同一时间，洞内最多施工作业人员数计算：

Q=K×m×q（m3/min）

式中：K—风量备用系数，取1.1；

m—同一时间洞内最多施工作业人员，取60人；

q—每一个施工人员所需的新鲜空气，取3m3/min；

计算得：Q=1.1×60×3=198（m3/min）

（2）按爆破作业通风计算风量

Q=2.25×[G（AL）2φb/p2 ]1/3/t

式中：t—通风时间，取30min；

G—一次爆破的炸药总量（kg）；

A—隧道断面积，按90.72m3计；

L—临界长度；

φ—淋水系数，按0.3计；

b—炸药爆炸时有害气体的生成量，取40；

p—风管漏风系数；

G=3.5×90.72×1.0=317.52（Kg）

风管百米漏风率正常情况下为1.2%，则

p=1/[1-（L/100）×p100 ]= 1/[1-（1100/100）×0.012 ]=1.15

临界长度L=12.5GKb/AP2

K为紊流扩散系数，取0.55

故L=12.5×317.52×0.55×40/90.72/1.152=728m

计算 Q=2.25×[G（AL）2φb/p2 ]1/3/t

=2.25×[317.52×（90.72×728）2×0.3×40/1.152 ]1/3/30

=1743m3/min

（3）按最小风速计算风量

Q≥V最小×S最大

式中：V最小—全断面开挖时风速不得小于0.15m/s；

S最大—最大断面面积（m2），取90.72m2；

Q≥0.15×90.72×60=817（m3/min）

（4）按洞内内燃机械设备的同时使用所需要的风量进行计算

Q=K

式中：K—功率通风系数，取3.0（m3/min）；

N—掌子面同时工作的机械设备总数，取装载机1台，出碴车2辆；

Ni—机械设备额定功率，装载机162Kw，出碴车220Kw；

Ti—各台机械设备工作时柴油机利用率系数，均取0.65；

Q=K =3× =1174（m3/min）

根据以上计算结果可知洞内所需最大风量为1743m3/min（按爆破作业通风计算风量）。

通风机所需提供的风量Q风机=QP=1743×60×1.15=120267（m3/h）。

2、風压计算

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

六、通风方式与通风设备选择

1、通风方式

目前，绝大部分隧道施工在施工通风中采取的通风方式主要有四种：排风式（或抽风式）、送风式（或压入式）、送排混合通风方式、利用辅助坑道通风4种方式。从便于施工管理，经济上可行角度考虑，我们采用了送风式（压入式）通风方式。该通风方式的优点是掌子面能在相对较短的时间内得到足够的新鲜空气（经过现场调查知每个循环通风至空气质量达到标准要求大约需要30min～40min），下一道施工工序能尽早展开，能有效的提高工作效率。

2、通风设备

从通风效果能满足现场施工需求，经济又合理可行等方面出发，我们就该隧道通风设备的选配上主要是在风机性能与通风管通风能力上进行了比选，选择了适于本隧道通风的风机和风管，既避免了片面追求高效率、大风量的风机，又避免了风管与风机的不匹配而影响通风效果。在风机的选择上，我们通过计算选择了SDA140BD-2FS90型通风机（风量144000m3/h，风压3200Pa，功率90Kw×2）压入式通风，从使用效果看，该风机在施工中取得了良好效果。

总结：总而言之，对于当前我国的隧道施工而言，通风管理是整个工程施工过程中极为重要的一项工作。我们在该隧道施工过程中结合现场实际情况，通过对施工通风系统的合理优化配置，施工通风取得了良好的效果。通过加强施工通风管理，降低了通风费用，并且能保证在爆破通风30min～40min后，洞内空气的各项指标能达到控制标准，保障了洞内施工作业人员的身体健康，保证了洞内施工机械设备的工作效率，同时能有效缩短爆破后通风排烟时间，加快了施工进度。在以后的隧道施工过程中，应该注意完善并且创新隧道施工通风管理，使其规范化及制度化，确保隧道施工进度，保障隧道施工人员的身心健康以及施工安全。

参考文献

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[2]张承林.论隧道施工通风技术处理要点[J].黑龙江交通科技，2013年7期.

[3]韩应明.长大铁路隧道施工通风技术研究[J].科教前沿，2009年21期.