特长公路隧道无轨运输条件下施工通风技术

【摘 要】 以某特长公路隧道通风设计和方案的选定为例，根据隧道的实际情况和自身的特点，选定了合理的通风方案，引进先进的通风设备，保证了施工进度，降低了施工成本，取得了良好的效果。

【关键词】 隧道施工 通风技术 通风设备

1 应用工程简介

1.1 工程概况

某隧道设计为双向四车道分离式布置。左线全长6868m，纵坡-2.10%，隧道洞身段为直线，出口位于R=1250m的曲线上；隧道右线全长6848m，纵坡-2.10%，隧道洞身段为直线，出口位于R=1100的曲线上。隧道沿南北向展开，最大埋深470m，属深埋石质特长隧道；隧道设计为双向四车道分离式布置，设计紧急停车带每洞各8处，行车横洞与人行横洞各8处，变电所2处，静电集尘设备房及联络风道、运输通道各2处；施工中采取两端掘进的方式，单头掘进长度达3324m，设计中无斜井和竖井，也无其他通风设计。

1.2 工程地质

隧址区位于祁连山高寒亚干旱区。年最低气温-24℃，最高气温达35℃，平均气温12.4℃。冰冻期为11月至次年的3月，年平均降水量400～420mm，年平均蒸发量1592～1800mm，年平均最高气温12.4～16℃，年平均最低气温-12～-11℃。隧道穿越范围的地面海拔高程约2567～3137m，遂址处于高寒地区，海拔高度达到2260m，地貌类型属中高山岭沟谷地貌区，沟谷深切呈“V”型谷，山势陡峻，相对高差大。

2 隧道开挖方法

隧道采用进出口双向掘进施工，单头掘进长达3434m，隧道工程施工方法按新奥法组织施工，Ⅴ级围岩地段采用三台阶、上下台阶或上下台阶预留核心土法开挖，Ⅲ级、Ⅳ级围岩采用上下台阶法开挖。隧道开挖采用光面爆破，开挖时采用自制掘进作业台架，人工操作YT-28风动凿岩机打眼爆破。开挖弃渣采用无轨运输，装载机装渣，自卸车运输洞外的方式，施工通风采用压入式通风方式。由于采用无轨运输，洞内空气较差，尤其是隧道施工至2000m以上后，洞内灰尘很大，能见度太低，施工环境恶劣，严重影响施工进度和施工人员身心健康，仅靠洞口压入式通风无法满足施工要求。

3 通风方案拟定

隧道开工后，当隧道掘进长度达到150m后由于对长大隧道施工的经验不足，根据现场实际情况确定采用压入式通风方式，在洞口安装了一台110*2KW的陕西咸阳风机厂生产的通风机，随着开挖长度的增加仅靠洞口的一台风机无法满足施工要求，根据施工需要在进洞到中间位置后又串联一台75*2KW通风机。采用串联式通风方案不但有利于隧道人员的安全施工，同时也便于隧道的日常养护、维修；而且废气对居民影响小，有利于救灾。

3.1 第一阶段洞口压入式通风

隧道开挖完成150m后，根据以往的施工经验在洞口安装通风机，采用洞口压入式通风，该方案是在洞口安装了一台咸阳西安交大风机厂SD17Y-11N012.5A型通风机（功率为2×110KW，流量为1500-2250m3/min，风压为2650-6000Pa）的通风机，配备∮1.2m软风管向洞内压风。

3.2 通风安装、布置

（1）风机安装。为了有效地确保压入更好、更新鲜的空气，在本隧道进口处安装通风机，安装位置于距洞口约5m处。同时为了确保通风机运转平稳，把通风机固定在浆砌片石砌筑的1.5m高的机座上，而且采取螺杆连接牢固。另外，为了有效地避免通风机和配电柜雨淋受潮及防止他人触电发生意外，在风机和配电柜上方搭盖雨棚和护栏，并安设安全标志标牌；（2）风管悬挂安装。风管与风机连接处采用铁丝捆绑加固软风管。把风管悬挂在进洞右侧岩体或衬砌墙体上，约离地面1.5m高。安装时，每隔5m就打眼，并且安装锚杆，接着采用ф6钢筋拉线，并采用紧线器张紧，风管吊挂在拉线下。安装时值得注意的是要确保风管悬吊要稳固，高度一致，同时风管安装要和通风机控制在同一条水平线上，确保风带不打折，便于通风畅通，将软风管安装至距离掌子面20m的位置，随着掘进长度的增加，逐渐拼接风管，保证风管口与掌子面的距离不超过20m。

3.3 第二阶段压入接力式通风

本隧道施工工艺采用无轨出碴洞内污染源主要为炮烟、施工机械排出的废气、喷锚灰尘，施工车辆引起的二次扬尘，所需供风量较大，因此采用单一的压入式通风不能满足施工要求。鉴于本隧道的爆破、出碴、喷锚、打眼等施工工序随着本隧道施工长度的不断延伸，需求的通风量逐渐加大，显然隧道的通风量需求实际上是一个动态变化的过程。为此当隧道施工到1500时，洞内通风效果明显变差，由于洞内机械较多，尾气烟尘较大，运输距离过长引起的二次扬尘也逐渐增大，洞内能见度降低，严重影响施工进度、施工安全和施工人员的身心健康。在这种条件下，显然仅靠隧道洞口的通风机采取通风已经完全不能满足隧道通风的需求，因此本隧道工程采取在隧道中间再串联一个通风机进行接力式通风，以满足隧道新鲜空气的投入，确保施工安全。

当隧道洞身掘进到1500m后，采用压入接力式通风，在洞口安设一台咸阳西安交大风机厂SD17Y-11N012.5A型通风机（功率为2×110KW，流量为1500-2250m3/min，风压为2650-6000Pa），配备∮1.2m软风管向洞内压风，在距离洞口1500处安设一台咸阳西安交大风机厂SD17Y-11N012.5A型通风机（功率为2×75KW，流量为1500-2250m3/min，风压为2650-6000Pa），配备∮1.0m软风管向洞内压风。

3.4 隧道通风保证措施

（1）为了更好更有效地确保本长隧道工程的通风，确保隧道施工安全和人员身心健康，本隧道成立专门的隧道通风检修小组，专门负责本隧道的通风日常管理事情，比如风管安装，风管破损后的修补等，建立健全管理制度，加强通风的日常管理，勤检查，常维护，保证风机正常运转。结合本隧道已有的勘测设计资料所提供的里程段落长度、投入机械设备及人员数量等因素，再结合考虑一定的富裕系数情况下，预先做好本隧道的通风设计计算，以确保本隧道的施工通风风量、风速的准确，然后再科学选配本隧道施工通风所需风机、风管的性能和规格；实践证明，压入式通风的好坏与管理工作水平密切相关；（2）配备足够的备用设备，防止设备故障影响洞内施工。风机距离本隧道洞口5m布设。在隧道施工过程中尤其加强隧道的通风管理工作，并且加强对通风机械设备、通风管路的维护保养和检查。工程实践表明，所采取的通风管理技术措施，可以有效地减小隧道通风系统的故障率以及通风管路的漏风量，可有效保证隧道施工中通风系统能正常运行以及通风效果；（3）在隧道施工中，通风机必须设置两路供电系统，同时必须安装风电闭锁装置。如果一路电源停止供电，另一路电源应有15min启动，以确保通风机的运转。对于隧道施工中若通风系统或通过设施等出与异常时，例如通风风筒脱节或破坏等，则必须及时组织修复，以最快地恢复正常通风；（4）保证风管接头严密，避免车刮炮崩，以防止漏风和尽量减少漏风。

3.5 辅助通风处理措施

鉴于本隧道工程的地质较复杂，对本隧道采取爆破后，将会产生较大量的灰尘。为此本隧道工程除采取以上的通风处理措施外，另外使用以下几种辅助通风处理措施，以进一步加强本隧道的通风效果。

（1）采取水幕降尘处理措施，这种辅助通风技术对于减小通风时间相当有效。为此，本隧道在距隧道工作面30m距离处设置三道水幕降尘装置，该装置安装在边墙上。当隧道采取爆破后5min即打开水幕开关，开启约20min才关闭装置；（2）安排专人采取洞内晒水。在隧道出渣过程中采用高压水雾对渣堆进行分层洒水，对洞内路面进行洒水降尘，以有效地减小装渣过程所扬起粉尘和运输过程的二次扬尘；（3）建立一支稳定的专业的风管工班，其专门负责通风设备等的使用、管理、检查、维护、养护等工作，从而有效地确保了本隧道的所有通风设备能正常工作，确保了风管平顺，完好无损。

4 通风设施的改造

4.1 通风设施的改造

由于对独头长距离掘进经验不足，对施工通风难度考虑不周全，致使隧道开挖完成2000m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，出渣过程中分2～3次进行，导致隧道出渣时间由原来的2～3h增加到4～6h左右，显然已有的通风设备无法满足隧道正常施工，为确保隧道的正常施工和施工时的安全，通过研究决定对通风系统进行改造，改造期间耗费大量人力和物力，改造费用也比较昂贵。

首先对隧道内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；（2）按同时爆破最多炸药量计算（压入式通风）；（3）按洞内最小风速计算风量；（4）按内燃机车废气计算风量。

根据洞内风量的计算结果，拟定采用压力接入式通风和暗转射流风机通风相结合的通风方式，引进先进通风设备，在洞口安设一台SD17Y-11No2.5A（2×185kW）的山西侯马轴流通风机，配备∮1.5m软风管向洞内压风，在距洞口约1800m处安设一台隧道7-Ⅲ11.0型通风机（咸阳西安交大风机厂，功率为2×110kW，流量为866～1200m3/min，风压为960～3700Pa），配备∮1.5m软风管向洞内压风，同时在800m、1500m的位置处在已经预留好的风机预埋件上安装射流风机，并建立一支稳定的专业的风管工班，其专门负责通风设备等的使用、管理、检查、维护、养护等工作，从而有效地确保了本隧道的所有通风设备能正常工作，确保了风管平顺，完好无损，隧道通风取得了良好的效果。

4.2 通风设施改造后的效果

通过通风设施的改造和专门的工班组良好的日常管理，洞内通风有了很大的改观，洞内灰尘、粉尘、二次扬尘、炮烟等明显降低，洞内空气新鲜，氧气充足，为施工人员提供了良好的施工环境，确保了施工安全，施工进度也明显加快，节约了施工成本。

5 结语

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、施工人员身心健康及施工安全的重要保证。班组化和专业化的施工通风管理也是保证通风效果的关键。因此在长大隧道的通风中既要配备较好的通风设备、选择合理的通风方案，也要配备一个专业化的班组进行管理，以确保隧道正常通风，保证隧道施工安全。

参考文献：

[1]关宝树.《隧道工程施工》.人民交通出版社.2003.1.

[2]黄成光.《公路隧道施工》.人民交通出版社.2001.5.

[3]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术.人民交通出版社，2010.5.

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