长隧道施工的通风技术和粉尘治理方法

关键词：长隧道   小断面    独头掘进    通风

1. 工程概况

第三标段共有隧道三条：分别是汤岙隧洞（2611m）；梅底隧洞前二分之一段（2165m）；宫底隧洞后二分之一段（1843m）；开挖断面面积分别为3.8×4.08m2；5.7×5.9m2；5.6×6.03m2断面均为城门洞形，坡度很小，除汤岙隧洞有一曲线，其他均为直线。梅底隧洞与汤岙隧洞呈“人”字相接，总长4276m，现场地理条件决定了各隧洞只能采取独头掘进的开挖方式，而且工期要求砼衬砌与掘进必须同时进行，这就加大了施工通风的难度。掘进方法采用风枪湿式打孔，反台阶法光面爆破，汤岙隧洞采用有轨运输，电动装渣机装渣，其他两洞采用无轨运输，内燃挖掘机出渣。衬砌和掘进同时进行时，两工作面最小间距400m。

2. 通风方式选择

根据本工程的特点，以压入式通风为主。由于汤岙隧洞180m处山体覆盖层仅有80m，拟定挖掘至此位置时在顶部开挖竖井通风，通风后洞内空气卫生标准和粉尘的允许浓度见表1、表2。

注：一般检测粉尘浓度不得大于2mg/m3，进入洞内风源含尘量不得超过上表容许浓度的30%。

3. 通风量计算

3.1  施工人员所需风量：VP=UPmk  （m3/min）

式中UP：洞内每人所需新鲜空气量，一般按（3m3/min/人）计算；

m：洞内同时工作的最多人数；

k：通风备用系数取（1.1～1.5）；

3.2  爆破散烟所需风量

（1） 按纯稀释炮烟的理论计算风量：VL=5QB/t  （m3/min）

式中Q：同时爆破的炸药量（kg）；

B：炸药爆破时所构成的折合的CO的体积（L），一般采用40L/kg

T：通风时间（min）；

（2） 按通风方式计算风量：（A压入式通风；B混合式压入通风。略）

3.3   洞内最小风速所需风量：Vd≥60UminSmax  （m3/min）

式中Umin：洞内允许最小风速（大断面掘进≮0.15 m/s，小断面和异型断面掘进≮0.25 m/s）；

Smax： 隧洞最大断面面积（m2）

3.4   冲淡柴油机械产生的有害气体所需的风量计算

（1） 按单位功率所需风量指标计算：Vg=Uo N  （m3/min）

式中Vg：使用柴油机械时的通风量（m3/min）

Uo：单位功率需风量指标。一般为2.8～8.1 m3/kW.min

N：同时在洞内工作的柴油机械的总功率kW

（4） 按平均功率耗油量计算：Vg=U1U2N/60 （m3/min）

式中Vg：使用柴油机械时的通风量（m3/min）

U1：消耗1kg柴油需给的风量，一般为500～2000 m3/kg

U2：柴油机械耗油率，一般为0.223～0.3 m3/kW.h

N：同时在洞内工作的各种柴油机械的实际使用总功率kW

4. 通风设备的选择和布置

确定了隧洞通风所需的最大风量后，再椐此计算应设置的通风机的工作量，并计算通风机的工作风压，然后根据这二者来选择通风机，在进一步确定风管和风机的匹配及布置。

4.1   通风机的工作风量Vm=（1+PL/100）V （m3/min）

式中V：通风机的工作风量m3/min

L：风管的长度m

P：100m风管漏风量，一般≯2%

4.2   通风机的工作风压hm=hky+hP （m3/min）

式中：沿程风压损失hky =μL（Pa）

L：风管的长度m

μ：每米风管沿程损失，一般≯2%

hP ：局部风压损失；包括进出口、转弯段、渐变段、突变段等局部风压损失，可按沿程风压损失的20%～30%计。

4.3   通风机的选择

通过上述计算后，确定汤岙隧洞和宫底隧洞采用88—1型轴流式通风机，梅底隧洞采用JBT-62-2型轴流式通风机进行通风，其性能见表3。

4.4   风管与风机的布置

风管的选用主要从风管出口处的风速和风量、风管的造价、风管的耐用性、风管装拆的难易程度等方面考虑。在通风机性能确定的前提下，风管出口处的风速和风量主要和风压损失、管道摩阻损失、漏风损失等因素有关，将这些损失降低到最小程度，首先保证工作面的风量，再结合造价等因素，风管的选择就随之确定了。

（1） 从降低风压损失考虑

根据已有的经验，管道通风的压力损失与风管直径的五次方成反比，即：实现长距离大风量通风的最有效的技术措施是采用大直径风管，这不仅可以减少通风机、延长送风距离，还可以成倍地降低通风能耗，在实际施工中，已有88-1型单机配大直径柔性风管实现2000m通风的成功经验，据次，确定88-1型通风机配直径1.2m的柔性风管；JBT-62-2型通风机配直径0.75m柔性风管。

（2） 从降低管道摩阻损失考虑

引起管道摩阻损失的主要因素是管壁的光滑程度、管道接头、管道的顺直情况。为减少管道的摩阻损失并考虑造价因素，此工程选用塑料编制布自行加工风管，这种简易风管具有风阻小、装拆方便、耐用、易修补、防水阻燃、耐腐蚀、抗静电成本低等诸多优点。加工时以50m为一节，减少接头以降低风阻，便于装拆。隧洞通风管通常设置在洞顶，安装时要求整条管路稳、平、直、无扭曲、无褶皱，尽量减少风阻。为增加强度，接出风口的前50m长度采用带箍混纺胶布风管。

（3） 从降低管道漏风损失考虑

造成风管漏风损失的主要原因有：管道接头漏风、管道缝纫针眼漏风、管道破损漏风，为减少管道接头漏风损失，除增大管道节长以减少接头外，还可采用新型刚性接头，增强接头的密封性。在加工风管时，采用对折缝纫法和在缝纫缝上涂刷胶粘剂的方法，减少缝纫针眼的漏风。对施工中出现的管道损坏，主要是靠加强现场管理，及时发现及时修补，避免造成漏风损失。

（4） 通风机的现场布置

通过对上述因素的综合考虑，从而确定：宫底隧洞采用88-1型轴流式通风机进行压入式通风；汤岙隧洞前期用一台88-1型轴流式通风机进行压入式通风后期从开挖的通风竖井口用两台JBT-62-2型轴流式通风机进行压入式通风；梅底隧洞间隔700m左右串联一台JBT-62-2轴流式通风机进行压入式通风，后期考虑采用混合式压入通风。风管的布置和通风方式见图

    5. 综合治理与通风管理

要想得到满意的通风效果、缩短循环作业时间，仅仅依靠合理的通风方式是不够的，还要采取消烟、防尘等综合治理措施，并加强通风管理：

5.1   综合防尘措施：它包括湿式凿岩、水封爆破降尘、爆破后喷雾降尘、出渣前冲洗岩壁、装渣洒水等措施，都可达到防尘降尘的目的。

5.2   净化内燃设备尾气：加强内燃设备保养，保持内燃设备工况良好，以减少废气排放量；内燃设备安装有效的消烟化油器，并在柴油中加入S30-30柴油添加剂以净化尾气减少空气污染。

5.3   加强通风管理：制定严格的通风管理制度，安排专人进行通风管理，根据需要随时进行空气卫生和通风指标检测，不断进行通风系统的优化，保证通风系统完好有效运行。

5.4   充分通风：要保证有足够的通风时将废气彻底排完，避免造成废气循环积累，保证洞内各工作面空气达到标准。

5.5   保持洞内道路平整：若洞内道路不平，会加大内燃车辆行驶阻力，使车辆频繁加大油门，耗油多，造成污染气体排放量增大。

6.   通风效果及空气卫生指标检测

6.1   通风效果宫底隧洞用一台88-1型通风机完成了全洞的掘进；汤岙隧洞掘进1500m时开挖了通风竖井，洞中的88-1型通风机停止了运转，洞内设置的两台JBT-62-2型通风机达到了预计的通风效果，降低了综合成本；梅底隧洞第一台JBT-62-2型通风机供风长度达到700m，串联一台同型号通风机效果良好。因汤岙隧洞贯通时梅底隧洞尚有200m未开挖，但此时洞内环境已大大改善，故梅底隧洞未采用混合通风方案，这也是汤岙隧洞的通风竖井在其中起到了很大的作用。

在隧洞开挖时，掘进工作面从开始通风到空气符合卫生标准的时间，随着隧洞长度的增加需要20-50min，工作面能保证有良好空气。若出渣时保持持续通风，钻爆破孔时可以停止通风，此工况下每天最快可完成3个掘进循环，月进尺可达150m，这是由于科学合理的通风措施保证了掘进施工的顺利进行。

压入式通风是将隧洞作为排出污浊空气的通道，因此隧洞中部空气净化所需的时间较长，净化程度也比工作面差，这给同时进行的混凝土衬砌施工造成一定的影响，为解决这一问题，可采用混合通风的方式（见图2），但如果隧洞掘进采用无轨运输，内燃机车的废气将随时产生并逐步增多，洞内的空气仍难以达到卫生标准。

6.2   洞内空气卫生标准检测：本工程对洞内有害气体监测，是在掘进施工的不同时间和掘进的不同深度随机进行。采用的设备仪器为：2000系列变携式有害气体监测仪及GXH-301B CO2 分析仪；风量和风速用QDF-2A型热球式电风速计测试；粉尘用76型交直流两用采样仪采样，除油衡量。经过一系列的测试，洞内从掘进200m到1800m、通风时间为20到50min，工作面的空气可达到国家卫生标准；自制风管的百米平均漏风率为2.5%，达到了预期的效果。但在掘进和衬砌同时进行时，最佳空气状况时的多项指标仍有不同程度的超标。

7.   结束语

在赵山渡引水工程隧洞施工中，通过采取“合理布局、优化匹配、防漏防阻、消烟防尘、严格管理”等一系列措施，较好地解决了小断面、独头掘进、长隧洞的施工通风难题，获得了满意的通风效果，大大降低了工程成本，保证了施工的顺利进行，达到了预期的目，但还有在无轨运输条件下隧洞进行混合作业时，洞内及工作面的空气改善问题有待在以后的工程实践中进一步研究解决。