公路特长隧道巷道式通风应用

王艳江

摘 要：在穿越山体的特长公路隧道施工中，由于特长隧道自身的特殊性，为了确保施工以及隧道运营安全，必须通过合理科学的通风技术改善隧道内通风环境，确保隧道空气质量。为了进一步促进公路特长隧道施工技术水平和施工质量的提升，文章围绕巷道式通风技术，探究了其在公路特长隧道中的具体应用，以供参考。

关键词：公路特长隧道;巷道式通风;技术应用

1 巷道式通风技术概述

巷道式通风包括横向通道和平导组两部分，在具体应用中其将空气射流技术和通风系统相结合，能够同时抽出隧洞内的浊气和向隧洞输入新鲜空气，控制隧道空气的纵向流动，进而实现隧道通风的目的[1]。同时，大量工程实践表明，该技术在各类隧道中都具备极好的实用性和实效性，能够保障隧道内的正常稳定通风。

2 巷道式通风在公路特长隧道中的应用实例分析

2.1 工程概况

以云南山区某高速公路隧道工程为例，工程设计为双线分离式隧道，左线设计全长5 339.46 m（含明洞），右线设计全长5 369.96 m（含明洞），隧道所在路段纵坡为+1.990%，最大埋深为550 m，以Ⅳ级围岩，Ⅴ级围岩为主，围岩以花岗岩为主，强～中风化。掘进采用两端掘进施工，S正洞=102 m2，每800 m设置车行横洞，并和主洞轴线成70°，进口端处于悬崖壁端采用斜井进洞，斜井作为施工及运营期间的施工通道和送排风通道，总长为356 m，施工中需要先进行该斜井的施工，在与主洞相遇后，通过运输通道与主线左右洞相连接。出口端从洞口进洞，单端正洞最长需掘进施工2 650 m达到贯通。

进口端，斜井进洞与主线左右洞相连通后，由于距离出口端洞口较近，可先打通左右洞进口，作为后期的排风通道。然后再往隧道前进方向左右洞交错安全距离后同时掘进。分三个阶段通风设计。

第一阶段：施工斜井到达左右洞连通阶段采用一台2×110 kW轴流式风机压人式送风至掌子面。

第二阶段：在斜井与左右洞连通后至左右洞掘进未达到车行横通道贯通以前，采用两台2×110 kW轴流式风机分别压人式送风至左右洞掌子面，增加射流风机加大污风循环。具体通风示意图如图1所示。

第三阶段：在车行横通道建设完成后，为了满足巷道通风要求，左洞横通道需要结合实际情况建设堵风墙，并将两台轴流式风机至于墙后，两台风机接风管分别位于左右掌子面，同时临时封闭除车行横通道外的所有横通道，设置堵风墙，左幅形成一个封闭的通风巷道[2]。在左洞、右洞及车行横通道设置45 kW射流风机。具体通风示意图如图2所示。

出口端，通风方式采用两阶段通风方案，第一阶段：施工在1 500 m内时，采用单洞循环压入式通风，在左右幅洞口30 m处分别配一台2×110 kW轴流式风机，通风管为直径1.5 m的软管，通过管道将新鲜空气送至掌子面，污风由掌子面回吹至洞口，左右幅各自单洞循环通风。具体通风示意图如图3所示。

第二阶段：在超出1 500 m时，通风效果减弱，第二阶段采用巷道通风方案，具体为：在右幅大约离洞口1 000 m的5号车行横洞前面设置堵风墙（风门），把原先洞口的两台2×110 kW轴流式风机设置在堵风墙后面，一台接风管至右幅掌子面，一台接风管至左幅掌子面，同时临时封闭除5号车行横通道外的所有横通道，设置堵风墙。在左洞2 000 m、800 m，右洞2 000 m及5号车行横通道附近设置45 kW射流风机。具体通风示意图如图4所示。

2.2 需风量分析（以出口端为例）

2.2.1 风量计算

正洞施工总长2 650 m，坡比1.99%。风量计算公式为取Q=Max（Q1、Q2、Q3，Q4）。Q总=Q+Q高，其中Q为需风量，Q1为人员需风量，Q2为最低风速风量，Q3为爆破时所产生的排烟风量，Q4是各种机械设备运行所需的风量，Q高指的是隧道所处地区的风量调整， Q总为此次洞内总风量。经计算本次工程，Q1为113，Q2为1 285，Q3为1 129，Q4为1 041，Q为1 285，Q高为15，Q总为1 300，单位均为m3/min。

2.2.2 漏风计算

P—漏风系数，取1.43，Q—计算风量，Q=Qm

Q需=P"

Q=1.43×1 906=2 726 m3/min

2.2.3 风压计算

h阻=∑h动+∑h局+∑h沿;∑h动，动压取50 Pa;

∑h局，局部压力损失一般按沿程压力损失的10%估算;沿程压力损失计算：

h沿=agpLQ2/S3（Pa）

式中：

a—风道摩擦阻力系数，取a=1.3×10-4 kg·s2/m2;

L—风道长度（m），2 650 m;

Q—风机风量（m3/s），39.75 m3/s;

S—管道截面积（m2），1.77 m2;

P—管道内周长（m），4.71 m;

g—重力加速度，取9.81 m/s2;

h沿=10 103 Pa;

h正洞阻=∑h动+∑h局+∑h正洞沿=6 567 Pa。

2.3 通风方式概述

特长隧道施工由于其自身施工的特殊性以及地质条件等因素的影响，在施工建设中，只有构建可靠稳定的通风系统，才能够为整个工程的有序开展奠定良好基础，这也是保证施工人员人身安全的重点和关键所在[3]。在具体通风施工建设中，必须从通风方案制定入手，不断提高通风方案的科学性和合理性，提高方案質量和应用效果，全面保障特长隧道施工进度、质量及安全目标的实现。

通风方案的选择必须全面结合具体工程需求和实际地质特点，在满足通风安全要求的基础上，尽可能降低技术难度和建设成本，这样才能够确保特长隧道施工综合效益目标的达成。同时对于所制定的施工方案需要围绕具体和施工设计要求进行全面的分析评估，研究其可行性和在施工中潜在的各种风险因素，充设备投入、资金消耗、技术操作、风险影响等多方面入手，对各种施工方案进行综合评估[4，5]。在本次施工中综合考虑各相关因素的影响，选择巷道式通风作为主要通风方式。

在施工中，一般左右洞需平行施工，每隔800 m则需要设置一个车行横通道，以此来完成左右两洞的连接。这样，随着掘进距离的增加，由于风量损失加大，采用巷道通风方式后，前一个车行横通道贯通后，可以把风机向前移动至下一个车行横通道前，以此类推，这样可以科学合理的利用已成洞段的巷道作为通风通道。既满足施工和通风需求，又节约能耗。进而构成稳定全面的通风系统，确保施工及运营期间长大隧道内的通风正常[6]。同时，为了进一步提升掌子面通风效果，加快污风排出，需要增加射流风机，加快隧道内空气的纵向移动，使左洞和右洞能够更好地进行空气的压入和浊气的排出，确保洞内通风系统的正常循环。再者，在构建通风系统时，还需要合理添加轴流风机系统，以此来满足混合式风管通风的要求。除此以外，如果进口端斜井到达主线后两端都需要掘进很长距离，还可以通过在斜井外设置轴流风机，通过连接横通道将新鲜空气送入左洞，设置堵风墙（风门），然后再通过车行横洞由右洞将浊气排出，利用左洞成洞段巷道通风，进而在掌子面区域形成小型通风系统，提升隧道通风效果。具体通风示意图如图5所示。在施工中需要结合具体工程情况和变化，合理调整工程技术方案，确保通风目标的实现。

2.4 风机和风管的选择

在施工中采用的是三级调配式风机，风量和转速为每分钟2 200 m3～4 100 m3和1 480 r。风管直径为1.5 m，材质选用长丝涤沦纤维作基布，压延PV塑料复合而成的增强塑胶布所做的风管。

2.5 风门制作

在风门制作中一般都会采用单层空心砖，再按照施工设计砌筑完成后，为了确保风门的整体密封性，还需要利用双面砂浆封闭其表面，特别于风门边角区域，更需要进行详细细致的填充，确保风门质量。但是在施工中应该在风门两侧预留进口位置，并进行防水密封处理，从而为下一步施工提供便利。

2.6 通风系统总体布置

全面结合隧道的具体通风条件以及工程施工情况，以出口位置第2段巷道通风系统作为分析对象，在建设中需要做好堵风墙后风机的设置，考虑到通风需求，风机功率为110 kW，型号为轴流式风机，数量为两台，同时为了进一步提升污风循环效果，左右两洞还需要额外设置射流风机，相邻风机间的间距约在300 m～450 m。

在具体施工建设中，需要结合具体施工情况合理进行通风设备的移动，以确保洞内通风能够达到安全施工的相关要求，一般情况下，每掘进800 m，就需要移动一次。在本次工程建设中，需要配置的风机数量为12台，需采用轴流式风机和射流风机，其中轴流风机不同功率的数量为：110 kW 4台，37 kW 2台。射流风机45 kW 6台。同时在工程建设中，为了进一步确保在爆破时也能够取得更好的通风效果，提升爆破时隧洞内的通风环境，左洞以及右掌子面同时也需要进行额外轴流风机的设置，风机功率为37 kW。并且为了提高施工的便利性，掌子面应该采用可移动斥风机，这样在爆破结束后就可以及时通过风机进行通风排风，尽快消除爆破所造成的粉尘、瓦斯等污染，为后续工程建设营造安全稳定的环境。此外，工程施工中考虑到工期和施工效率要求，斜井进洞后，洞的两侧都会进行工作面的开挖，为了满足通风要求，此时就需要围绕巷道通风技术原理，分别选择左、右两洞作为新风和污风通道，右洞位置需要安装风门，左洞位置则需要安装轴流风机，进而建立起畅通的通风系统，确保在施工建设中能够及时将洞内污风排出，营造健康良好的施工环境。

2.7 通风方案的实施和调整

关于不同隧道的地质条件和施工环境存在不同，此通风设计方案也会存在较大差异，为了确保通风施工的顺利完成，必须结合具体施工设计以及现场情况，制定相应的施工图。在施工中各个工作面必须确保独立通风，这样才能够为长大隧道的施工营造良好条件。同时，施工人员还需要详细分析现场实物，结合施工图来制定相应的监督管理方案。但是由于在具体施工中会因为地质条件变化、环境或者气象影响等，影响原有施工组织设计方案的实施，所以在施工中需要结合具体方案实施情况以及气象变化等及时进行方案的调整，或者提前制定相应的应急防范策略，确保最终巷道通风目标的实现[8]。

2.8 过渡方案的设计

巷道通风施工多分为多个不同阶段，各个阶段只有衔接科学才可以确保最终通风施工目的的达成，因此在进行前后两个阶段的施工前，施工人员应该提前过渡施工进行分析研究，明确在过渡施工中可能存在的问题和不足，以此基础设计制定科学合理的过渡方案，确保过渡施工环节的顺利开展。

2.9 通风效果的检测与评价

通风设施安装完成后，为了检验是否达到预期设计要求评估施工质量，需要通过多方面的要检验测试来评估施工质量，排查施工问题。应测试通风的风量、风速、风压，检查通风设备的供风能力和动力消耗，应检查隧洞内的氧气含量、有害气体浓度、粉尘浓度、温度、湿度等相关检查指标。如果在检测中发现问题，必须迅速找出问题原因并进行修正，杜绝存在任何质量隐患。此外在通风系统投入使用后，也需要定期检测相关指标，确保通风系统的正常使用。

2.10 通风管理措施

通风质量除了受技术应用、设备设施功能等方面的影响外，更与通风管理工作直接相关，并且经调查研究发现，有相当一部分隧道巷道通风施工都是因管理问题所引起的通风不畅或者效果较差。为了营造安全稳定的隧道施工和运营环境，必须加強通风管理，确保风机、风管等设备设施的正常使用。具体管理措施如下：

（1）明确管理原则，结合隧道施工具体情况做好对各通风系统的合理布局，并根据施工具体应用情况，对其不断进行优化完善，严格管理通风施工的各个环节，全面确保隧道通风施工质量，提升施工效果。

（2）根据各参建单位的工作任务以及各施工人员的责任岗位，构建相应的责任制度和奖惩机制，明确各单位及人员在工作中的任务、目标和责任，并全面落实到具体施工建设之中，确保安装、运维、检修等各方面工作目标的实现。对于封闭的横通道，在施工建设中必须安排专人来进行实时监管，以免在施工建设中因为污风串风而影响隧道整体的通风质量。

（3）风机运行必须建立在稳定供电的基础之上，因此在施工建设中，必须保证整个供电系统的稳定，安全和通畅，确保风机能够在既定标准电压下正常运行，确保通风效果。

（4）考虑到施工需求，通风管应该设置在洞壁挂腰位置，这样才能够避免通风管影响其他相关工序的开展，同时还需要有效控制风管口和掌子面间的距离，确保设成在既定范围内。

（5）为了提升通风效果，避免在通风中发生阻力增加或者漏风等问题，一方面需要确保风管材质的合格达标，另一方面则需要对风管工艺进行优化，增加风管节长，优化风管连接及加工方式，不断提高连接安装质量。

（6）强化施工现场，粉尘控制在施工过程中需要通过湿式凿岩的方式来降低挖掘开凿过程中的粉尘污染，先洒水后送风。在新风通过多个工作面的过程中，需要结合相邻工作面间的具体情况，通过洒水降尘来控制工作面中的粉尘污染，同时还可以通过喷雾器对气流中的粉尘进行进一步的降低。

（7）强化风管维护。所有风管都必须按照要求进行固定，平顺，接头严密，杜绝存在扭曲、松弛等问题，确保其轴向偏差不超过300 mm;定期风管的外观进行检查，更换或者修补破损风管;严格控制漏风率在2%范围以内，对于进风机位置的风管，应该采用加强行风管，并且控制弯管半径不超过管道直径的三倍;定期进行排水，以免因为渗水或者水汽凝结而导致风管承重增加，影响风管的正常使用。

（8）加强风机安装管控，风机安装需要全面遵循既定的设计要求，辅助风机必须设置在新风气流中，并且还需要为风机配置保险装置，确保在风机发生异常或者故障时能够自动进行反应，避免因为带故障作业所导致的设备烧毁或者其他问题。此外，在风机安装中应考虑到各种突发情况影响，必须做好风机备用量的设置，一般为计算能力的一半。

（9）加强风机维护保养，风机必须安排专人进行维護管理，及时排查和处理风机在运行中的异常和故障，并且在使用中要尽可能避免停机。如果出现停机情况，则是覆盖的工作面也必须停工，避免因为通风不足而造成安全风险。

3 结语

综上所述，巷道式通风技术的有效应用能够为公路特长隧道施工建设和运营营造良好的隧洞环境，避免因为隧洞内空气污染而造成安全事故。因此作为相关施工单位及施工人员应该有效把控巷道式通风技术的应用重点和关键，并结合具体隧道工程特点，制定合理科学的施工方案，并加强通风管理，确保特长隧道施工目标的实现。

参考文献：

[1]陈进明.通风节能技术之分离式公路隧道巷道式通风技术研究[J].铁道建筑技术，2019（11）：23-27+65.

[2]申百囤.长大隧道巷道式通风技术与应用[J].北方交通，2012（10）：93-96.

[3]蒲耀军.长大隧道施工中射流巷道通风技术应用探讨[J].工程与建设，2019（3）：452-453.

[4]中华人民共和国交通运输部.公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.

[5]贾宝林，杨华然，胡延杰.长大隧道通风防尘和空气净化技术[J].工程建设与设计，2018（22）：133-135.

[6]张永宏.隧道与地下工程施工通风特性及关键技术研究[J].四川水泥，2018（5）：172-173.