以西山隧道施工通风方案探讨长大隧道施工过程中的通风技术

以西山隧道施工通风方案探讨长大隧道施工过程中的通风技术

摘要：作为公路建设和铁路建设很重要的一部分的隧道施工作业中，长大隧道的通风问题作为施工作业中很重要的一部分，通风效果的好坏直接会影响到整个隧道施工的空气质量，进而影响到各个作业面施工人员的人体健康，而通风方案的选择是影响通风效果好环的直接决定因素。

关键词：长大隧道、送风方式、压入式通风、辅助通风坑道 随着我国经济建设的发展和西部大开发力度的进一步加大，各项相关的基础设施建设与此同时得到了迅猛发展；而在各项基础设施建设中，作为公路建设和铁路建设很重要的一部分的隧道施工作业中，长大隧道的通风问题作为施工作业中很重要的一部分，通风效果的好坏直接会影响到整个隧道施工的空气质量，进而影响到各个作业面施工人员的人体健康，而通风方案的选择是影响通风效果好环的直接决定因素。目前我国公路隧道的施工更多的是采用新奥法进行的，开挖基本上仍然采用钻爆法，出渣多采用无轨运输。在隧道施工中，对于短隧道而言，通常可采取自然风来解决洞内施工环境问题，而对于长大隧道而言，施工通风就是一项必须着重解决的问题。

西山隧道右线隧道长14935米，左线隧道长15075米，我标段隧道左洞长7110米（ZK7+550~ZK14+580）、右洞长7030米（YK7+550~YK14+660），隧道设计为分离式，左，右洞中心间距55米。原设计为解决运营通风和施工需要，在线路左侧设2号斜井，与左洞交于ZK10+079处，斜井设计坡度为25°；在右洞左侧35米、两洞之间设2号竖井。针对该隧道的实际情况，施工中采取了增设缓坡斜井的方案，斜井全长1130m，与右洞交于YK9+500处，最大坡度12.5%，采用双车道无轨运输。

2号竖井位于右洞YK10+300左侧35m处，设计深度156.8米，断面为圆形，衬砌后直径为8.2米。竖井中部设计为0.3m厚钢筋砼隔板，将竖井分隔为进、出风道，在底部设送风道和排风道与右洞联通。

一、存在的问题

西山隧道施工采用新奥法施工，掌子面开挖施工采用钻爆施工，采用无轨运输进行出渣。隧道施工中，洞内有害气体的来源主要有钻眼粉尘、爆破烟尘、运输车辆的尾气及汽车扬尘、喷射混凝土产生的粉尘、水雾等，就现阶段施工现状看，在长大隧道施工中若没有一个好的隧道通风方案，必将存在着极大的施工质量隐患和安全隐患，处理不好的话很容易造成安全质量事故，同时还会加大动力机械设备的耗油量，造成内燃机机械燃烧不充分，产生大量有毒的一氧化碳气体，加大机械设备的磨损，降低机械设备的使用寿命。

通风质量差，必然会导致在隧道施工中空气浑浊，尤其是隧道开挖掌子面空气浑浊，光线不够明亮，将会造成隧道开挖施工中开挖工人和工程技术人员无法准确掌握隧道掌子面围岩的变化情况；一方面使我们的工程技术人员无法根据隧

道围岩变化而及时调整隧道开挖支护工艺，而导致隧道塌方质量事故；另外一方面使我们的开挖工人在开挖施工中无法看清隧道顶部围岩的松动情况，而导致隧道顶部岩石下落伤人的安全事故。

同时由于隧道中的空气浑浊，使我们的隧道监测人员无法对已开挖支护成型的隧道进行准确的量测，进而使我们无法掌握隧道已开挖成型部分的围岩变化情况----甚至隧道可能已出现细微的裂缝，我们却没有掌握隧道业已变化的实际情况，造成没有对出现裂缝段的隧道进行加强支护，导致隧道坍塌和人员伤亡的安全质量事故。

另外如果隧道中的通风不够良好，空气浑浊；将会导致我们在隧道施工当中不得不进行长时间的通风，从而浪费大量的电力能源，使工程施工成本进一步加大；以单个隧道施工为例：起动一台110KW通风机，每小时耗电量为110KW，以一台通风机每天比最佳通风方案至少多工作8时计算，一台通风机每天电力要多消耗880KW，按每度电0.5元计算,则每天要增加440元,每月消耗则至少增加13200.00元,则一年消耗要多增加16万元左右,尤其在当今全国性电力普遍缺乏的情况下，电力供应紧张与工程施工之间的需求矛盾进一步加大，又制约了工程施工进度,同时由于隧道通风效果不够理想,造成工程施工的人员工作效率降低,机械设备的磨损加大,机械设备的利用率降低,进一步加大工程施工成本。

二、施工通风方式

一般隧道施工通风方式主要有排风式、压入式、送排混合通风方式、利用辅助坑道通风等4中方式。

1排风式(或称吸出式)通风

该方式是将吸风口置于工作面附近,通过风机将废尘废气等有害物质吸出并排到洞外,而洞外新鲜空气则顺坑道进入洞内。这种方式的优点在于能及时排走污染物,不会污染已建洞身;缺点是必须经过较长时间工作面才能得到较多的新鲜空气,作业人员不能及早进入工作面,从而影响到下一工作循环的快速展开。

2送风式(或称压入式)通风

该种方式是将风机置于有新鲜空气的地方(一般离开洞口一定距离),通过管道直接将新鲜空气压送到工作面附近,从而将污染物排出洞外。此方式的优点是工作面能在较短的时间内得到足够的新鲜空气,有利于下一工作循环的尽早展开,从而提高工作效率,得到较高的经济效益。其缺点是:污染物从全洞断面排出,对已完洞身将造成污染,并对后续的其他作业如锚杆打设、喷浆、防水层的施作、二次砼衬砌等有很大的影响。

3送排混合通风方式

送排风方式兼有以上两种方式的优点,即有一路为压入式通风,主要作用是送

入新鲜空气;另一路为排风方式,主要作用是吸出污染物,从而达到快速降尘的目的。它的缺点是必须在洞内同时铺设两路风管,在洞内狭小的空间内将会干扰施工运输、砼衬砌等其他作业的开展,同时,风管管路的续接、维护工作量大大增加。因此,一般只在隧道很长、对通风要求高以及希望加快施工进度等情况下才考虑使用。

4、辅助坑道通风

为改善隧道内通风,运输等施工条件而设置的与隧道相连的坑道包括横洞,平行导坑,斜井,竖井。

以西山隧道为列，前期施工中采用压入式通风，并增加斜井及竖井辅助坑道进行通风，在后期施工中，随着施工距离的加长，开始在施工区域增加射流风机，增加一路排风方式，为送排混合通风方式，用以改善洞内施工环境。西山特长隧道在施工中增加的斜井及竖井既增加施工工作面，同时因为工作面的增加，施工机械也相对增加，施工废气及粉尘也大大增加，为改善施工环境，在竖井位置增加压入式通风机，加之竖井自身的自然排风系统，并根据竖井及斜井的位置，合理的划分了整条隧道的施工区域，对不同的区域采用不同的施工通风方式，缩短了整条隧道的通风长度，使得每段施工区域都有其独立的通风系统，有效的改善了隧道内施工环境。

目前施工中可采用的通风方案

单线长大隧道通风方案

根据单线长大隧道的施工特点，为了不影响其他工序的施工达到最佳通风效果，一般可采用两台或两台以上的通风机进行通风（详见图1）。

在隧道洞口安装一台或两台通风机直接对隧道撑子面进行压入新鲜空气，同时在模板衬砌台车前（靠近撑子面端）安装一台射流风机将隧道撑子面的放炮后的有毒空气以及喷浆时产生的粉尘吸出隧道作业面；这样可以避免许多隧道施工在模板衬砌台车段很难排出有毒气体的缺陷，达到加快隧道内空气流动，使隧道中的有毒气体迅速排出隧道的目的。详情见下图2

在以往的单线长大隧道通风效果不好的主要原因是隧道模板衬砌台车处的通风问题不好解决，这是因为在模板衬砌台车段，模板衬砌台车就类似一块档板，大大减小了风量通过隧道的有效面积，隧道内的有毒气体在模板衬砌台车处（靠隧道撑子面一端）很易形成涡流，进而造成有毒气体，排不出去，为了解决这一难题，我们在衬砌台车前约10M处，安装一台射流风机，将模板衬砌台车处有毒气体反吸出隧道，整条隧道的主要通风方式如下图3所示：

双线长大隧道通风方案

依据隧道设计和施工的实际情况，例如隧道何处设有紧急停车带，何处设有紧急通车道等，结合现有的实践经验，我们可对隧道通风方案做了如下布局：

双线长大隧道通风方案如上图4所示，在隧道1洞口处安装两台射流通风机将洞外新鲜空气压入隧道中，若隧道开挖时，将两台通风机安装在靠近开挖掌子面最近的一个横通道，并对其余横通道进行封闭处里，不让空气相互流动，这样整条隧道通风就近似为下图5所示：

图5

若隧道过长，则在两台射流通风机及两台通风机间安装一台引风机，以增加通风效果，具体的空气流动可分解为隧道掌子面一段，另外可分解为横冲通一段，隧道掌子面一段在前文已有叙述，此处就不在重复，而隧道横通道一段空气流动具体方式如下图6：

图6

所以此种通风方式的最终结果为两条隧道开挖掌子面到离掌子面最近一条横通道段的空气都得到净化，其中一条隧道如上所述的隧道1，其空气一直保持新鲜干净，而另外一条隧道如上所述的隧道2，其空气一直较差，在长大隧道施工中，引风机的位置应当常移动（往掌子面方向移动），为了加大空气的流动，提高空气的质量，我们可以在隧道2衬砌台车，靠掌子面一端前约为10m处（类似单线长大隧道施工一样）安装一台射流风机，加大空气流动，将有毒气体迅速排出隧道2。

通风过程注意事项

隧道通风方案的关键在于通风系统的设计是否合理、风机与通风管的能力能否互相匹配。如果片面追求高效率、大风量的风机,而风管的直径小,阻风系数高,漏风严重,则决不会取得好的通风效果;另一方面,若风管直径较大,而风机风量小,风压太低,也难以保证通风能取得良好效果。

我们对风管的要求有:风阻系数低,漏风率低,合适的直径。通常风管可分为维尼龙胶布风管、镀锌薄钢板风管、玻璃钢风管等。由于玻璃钢风管、铝合金板风管造价昂贵,运输和存放困难,加工、接长不便等,因此较少采用,除在排风式(或吸出式)通风情况下必须采用刚性风管外,一般送风式(或压入式)通风全部采用维尼龙胶布风管,它具有运输存放容易和方便、接长简单(用拉链即可连接),其他施工作业时可方便地挪移等优点。

施工区域划分要合理，根据辅助通风坑道的位置，合理划分隧道施工区域，对每个施工区域采用与其相适应的、有效合理的通风方案，改善施工环境。

目前隧道施工有害气体的排放主要是施工机械产生的，内燃机械作业排除的废气量是决定隧道通风方案的关键因素，因此，在平时的日常施工中，需加强机械维护，采用有效的尾气净化技术，减少污染源至关重要。

此外，必须确保通风计划的落实，必要是配置专人负责通风设备及通风管道的日常使用、管理、检查、维修及保养工作，确保各工序正常作业，从而提高施工企业的经济效益，并保证作业面施工人员的身体健康。

参考文献:

[1] 严书翰，杜谟远 《隧道施工》2001年5月

[2] 陈红波《隧道施工常用通风方法及风量的计算》2002年

[3] 马建华，祁亮，王莹《长大隧道施工通风技术》建筑与预算2009年

[4] 夏永旭《我国长大隧道通风中的几个问题》公路 2003年5月