公路隧道施工通风方案设计

乔学渊

（兰州新区市政投资管理集团有限公司 甘肃兰州 730314）

隧道施工环境相对封闭，施工中产生大量和灰尘和烟雾，有害物质难以排除影响着施工人员的身心健康。因此在隧道施工中必须加强通风方案设计，确保隧道内外空气流通，保障隧道工程的施工质量和施工人员的生命安全。

1 隧道施工通风现状

隧道施工对作业环境的要求与对安全、质量的要求同等重要，构成了三位一体。施工单位往往对洞内通风工作重视不足，通风方案设计深度不够，导致大多数隧道施工洞内通风状态不良，施工环境较差。

2 隧道施工环境标准

由中华人民共和国交通运输部发布的《公路隧道施工技术规范》（JTFF60-2009）规定，隧道内施工作业环境的空气应必须符合下列卫生及安全标准：

（1）空气中的氧气含量在作业过程中始终保持在19.5%以上，严禁用纯氧进行通风换气。

（2）空气中一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NO2）等有害气体浓度必须符合表1的规定。

表1 工作场所空气中有毒物质最高允许浓度

（3）空气中的粉尘浓度应符合表2的规定。

（4）隧道施工头掘进长度超过150m时，必须采用机械通风。隧道施工通风应提供洞内各项作业所需要的最小风量。每人供应新鲜空气不应少于3m3/min，采用内燃机械（汽车、装载机、挖掘机等）作业时，供风量不宜小于4.5m3/（min·kW）。全断面开挖时风速不应小于0.15m/s，导洞内不应小于0.25m/s，但均不应大于6m/s。

表2 工作场所空气中粉尘容许浓度

3 通风设计

采用新奥法开挖技术时爆破产生大量炮烟，出碴采用无轨出碴，汽车、装载机、挖掘机等机械设备都将产生大量的有害气体，且隧道掘进较长，顺坡掘进排烟尘将变得难上加难。因此合理的通风措施将至关重要。

3.1 风量计算

（1）按施工人员计算：需要风量Q1=N×q

式中：N——洞内工作人员最多人数，取m=120人；

q——洞内每人所需最低新鲜空气量，3m3/min；

代入各项参数计算得：Q1=120×3=360m3/min。

（2）按隧道内净空计算：Q2=60×S×Vmin

式中：S——断面面积，按现在的F-III级围岩衬砌后断面S=81m2，开挖断面S=93m2，取中间值S=87m2。

V——允许最小风速≥0.15m/s；

Q2=60×S×Vmin=60×87×0.15=783m3/min。

（3）按洞中同一时间内爆破作业的最多用药量计算：Q3=7.18（AL2S2）1/3/t

式中：t——通风时间，长度超过1000m时，取t=30min；

A——一次爆破作业的最大用量，取A=200kg；

S——隧道断面面积，88m2；

L——通风长度，最大通风长度取1200m；

代入各项参数计算得：Q3=7.18（AL2S2）1/3/t=7.18×（200×12002×932）1/3/30=3244m3/min；

（4）按内燃机需要风量计算：Q4=Q0∑P

式中：∑P——同时在洞内作业的各种内燃机的功率总和（kW）；按规范及综合考虑各种因素后，功率总和按额定总功率的70%计算；汽车5台额定总功率150kW×5，装载机2台额定总功率135kW×2，挖机1台额定总功率220kW。

总功率∑P=（150×5+135×2+220）×0.7

Q0——内燃机单位功率所需风量指标，按《隧道设计手册》，取Q0=4.0m3/（min·kW）。

代入各项参数计算得：Q4=Q0∑P=4.0×（150×5+135×2+220）×0.7=3472m3/min。

（5）风阻计算：H阻=∑H动+∑H局+H沿

取∑H动=50Pa，局部压力损失一般按沿程压力损失的10%估算：H沿=agpLQ2/S3；

式中：a——风道摩擦阻力系数，取a=3×10-4kg·s2/m2；

g——重力加速度，取9.81m2/s；

p——管道内周长，取1.5m风筒布，p=Dπ=1.5×π≈4.71m；

L——风道长度，取L=1400m；

Q——风机风量，取Q=25m3/s；

S——管道截面积，取S=π（D/2）2=π×（1.5/2）2≈1.77m2；

代入各项参数计算得：H沿=agpLQ2/S3=3×10-4×9.81×4.71×1200×252/1.773=1874.8Pa，H阻=∑H动+∑H局+H沿=50+1874.8×10%+1874.8=2112.3Pa。

（6）漏风计算：Q供=P×Qmax

百米漏风率P100=0.015，管道长L按1200m考虑，则漏风系数：P=1/（1-0.012L/100×P100）=0.998

则有Q供=Qmax/P=3948/0.998=3956m3/min。

（7）通风设备选择

采用轴流式通风机，选择时按Q机≥1.1Q供（1.1是风量储备系数），轴流风机SDF（C）-No12.5功率2385m3/min，风压5355Pa。根据以上计算可知：往上游洞方向采用（2×SDF（C）-No12.5）110kW×2 轴流变速风机，压人式通风 Q机=2385×2=4770m3/min＞1.1Q供=1.1×3956=4352m3/min，基本满足施工要求。

3.2 辅助通风措施

通风一直是困扰长大隧道施工的重点和难点之一，本工程承担隧道施工长度1200m，在通风设计上，虽然采用了大功率的轴流变速风机压入式通风，但为进一步确保通风效果，还应该在影响方面加强措施，采取以下辅助通风措施，来满足长大隧道无轨运输通风的要求，具体措施如下：

（1）尾气净化

本工程采用无轨出碴，影响通风效果最大因素之一就是内燃机械尾气，随着隧道的加深，汽车、装载机等的尾气采取净化措施，净化装置采用齐齐哈尔YS汽车厂生产的尾气净化器，并定期更换净化药品，确保尾气净化效果。

（2）综合防尘措施

水幕降尘爆破时，在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器；爆破前10min打开阀门，放炮30min后关闭。水幕降尘示意图如图1。

图1

（3）袋炮泥技术

隧道爆破时才采用水袋炮泥，可以很有效的降低粉尘。水袋炮泥就是用专门制作的水袋跟炸药形状类似，和炸药混合装药，最后在炮眼口用炮泥封实。实践证明，此法降尘效率非常高。

（4）湿式凿岩

净化水源并在水中加湿润剂，湿润剂的作用是降低水的表面张力，当粉尘与水滴膜相撞时，便易被冲洗湿润，水中加放0.1%的氯化钠打眼时，可使空气中的含尘量降到4.16～4.39mg/m3。

利用锐钻头凿岩时，凿岩机的冲击力随风压的提高而加大，因而被破碎的岩石粒径也加大，粉尘量也减少，凿岩的风压保持在0.6MPa以上时，既能提高钻速又能降低含尘量。

凿岩机供水量要保持在3～4L/min，供水压力一般以0.2～0.3MPa为宜。

在凿岩机上配制除油器。

（5）净化风源

风机距洞口要保证25m以上的距离。当采用混合式通风时，吸出式风筒在洞口处设90°弯角，把废气排向上方，避免混进压入式通风机中。

（6）湿喷混凝土防尘

采用湿喷技术，控制喷头处工作压力，减少混凝土回填及粉尘量。

4 提高通风效率的措施

（1）风筒布选择：尽量采用风筒节长较长的，以减少接头。

（2）挂设时，要做到平、直、紧、稳，在高处不影响机械运输的地方。

（3）采用合理变径节：当风筒较长时，采用变径，可以减少通风阻力。

（4）经常检查：由于洞内外温差，风筒内空气遇冷后会出现积水，积水会增大风筒的阻力，应定期检查和排放积水；发现漏风及时处理。

5 结束语

在公路隧道施工中，由于受施工空间的影响，施工场所的灰尘和有害气体可能会危害施工人员的人身安全，所以应加强隧道施工通风技术的研究和方案设计，完善和优化通风方案促进洞内空气流通，进而提高了施工效率，加强了施工质量。

[1]《公路隧道施工技术规范》（JTFF60-2009）.

[2]《公路隧道通风设计细则》（JTG/TD70-2014）.

[3]公路隧道通风防灾技术.长安大学，2008，01.