陳 志

1 工程概況

某高速公路隧道為雙向四車道分離式隧道，左右凈距17 m～55 m，左線全長4 918 m，右線全長4 970 m，屬特長公路隧道。隧道單口掘進長，工期緊，洞內(nèi)爆破、機械作業(yè)頻繁，通風排煙壓力大，本文以進口端為例，作專門的施工通風設計和組織，選擇經(jīng)濟的通風設備和合理的通風方案，以取得滿意的通風效果，保證施工進度，降低工程成本。

2 通風方式的選取

結(jié)合類似隧道的施工經(jīng)驗，根據(jù)本隧道的特點和實際情況，確定隨著施工進展，分兩階段采用不同的通風方式:第一階段為第一道車行橫洞貫通前，采用左右洞獨立的管道壓入式通風，即在洞口安裝軸流風機，通過風筒向工作面壓入新鮮風流，污濁風流沿洞身排出;第二階段為車行橫洞貫通后，軸流風機移入洞內(nèi)，將左洞作為進風巷，右洞作為回風巷，并輔以射流風機，變管道通風為管道加巷道通風。

3 通風設計

3.1 通風設計參數(shù)

確定兩階段主要通風參數(shù)如表1所示。

表1 兩階段主要通風參數(shù)

3.2 管道壓入式通風計算

3.2.1 按同一時間爆破的最大炸藥量計算風量

爆破產(chǎn)生的煙塵主要集中在掌子面附近的一定范圍內(nèi)，在煙塵排出過程和風量計算方法的研究方面，有多種不同的觀點，提出的計算方法各不相同。較具代表性且貼近實際情況的為吳中立公式，認為煙塵的排出既有主風流的運移作用，又有風流紊流擴散的作用，是兩者綜合過程。獨頭巷道的壓入式通風包括兩個區(qū)段，一個為工作面區(qū)，即炮煙拋出帶;一個為通風區(qū)段，即洞內(nèi)炮煙拋出帶以外的區(qū)段。工作面的煙塵排出過程為風流紊流擴散過程，通風區(qū)的煙塵排出過程為紊流變形過程，并假定炮煙拋出帶長度大于風筒末端距工作面的長度，吳中立公式如下:

其中，t為爆破后通風排煙時間，min;S為隧道斷面面積，m2;L為通風區(qū)段長度，m;A為同時爆破最大用藥量，kg;lt為風筒末端距工作面的長度，m;lg為炮煙拋出帶長度，m。

取 t=40，S=102，L=800，A=230，lt=40，lg=70，得出Q=2 204 m3/min。

3.2.2 按洞內(nèi)柴油機排放的廢氣污染計算風量

由于我國目前尚缺乏隧道內(nèi)使用柴油機的成熟經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，基本上均采用按柴油機功率計算風量，其計算公式為:

其中，q為柴油機所要求的供風量，m3/(min?kW);Wi為計算的柴油機功率，kW;Ki為柴油機利用系數(shù)。

《隧規(guī)》規(guī)定 q=3，是針對有凈化裝置的柴油機來講的，對于廢氣排放量超標的柴油機需增大q值，一般取4.0。

計算得出 Q=1 697 m3/min。

3.2.3 按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)需要的新鮮空氣計算風量

3.2.4 按洞內(nèi)最小風速計算

其中，V為洞內(nèi)最小風速，取0.25 m/s;S為隧道斷面面積，取102 m2。

3.2.5 風機設計風量

取按洞內(nèi)同一時間爆破使用的最大炸藥量計算所需風量和按洞內(nèi)柴油機排放的廢氣污染計算所需風量的較大值，所需的總風量 Qz=2 204 m3/min=36.7 m3/s?？紤]風管百米漏風率為1%，漏風系數(shù)為1/(1-8/100)=1.09，風機設計風量 Qf=1.09×2 204=2 402 m3/min=40 m3/s。

3.2.6 風機設計風壓

取管道達西系數(shù)λ=0.01，空氣密度 ρ=1.2 kg/m3，摩阻系數(shù) α=λ ρ/8=0.01 ×1.2/8=0.001 5 kg/m3。

按配用軟管直徑d=1.6 m，總長L=800 m計算，風阻系數(shù)Rf=6.5α L/d5=6.5×0.001 5×800/1.65=0.74 N?s2/m8。

管道壓力損失:Hs=RfQfQz=0.74×36.7×40=1 086 Pa，風機設計全壓 Hf=1 100 Pa。

3.3 管道加巷道通風計算

3.3.1 工作面所需風量

根據(jù)前面管道壓入式通風計算結(jié)果可得知，可直接以按洞內(nèi)同一時間爆破使用的最大炸藥量計算風量。

取 t=40，S=90，L=1 000，A=210，lt=40，lg=70，代入?yún)侵辛⒐?，得?Qz=2 430 m3/min=40.5 m3/s。

3.3.2 風機設計風量

考慮風管百米漏風率為1%，漏風系數(shù)為1/(1-10/100)=1.11，風機設計風量 Qf=1.11×2 430=2 697 m3/min=45 m3/s。

3.3.3 風機設計風壓

按配用軟管直徑d=1.6 m，總長 L=1 000 m計算，風阻系數(shù) Rf=6.5α L/d5=6.5×0.001 5×1 000/1.65=0.93 N?s2/m8。

管道壓力損失:Hs=RfQfQz=0.93×40.5×45=1 695 Pa，風機設計全壓 Hf=1 700 Pa。

3.4 通風設備選擇

根據(jù)兩階段兩種通風方式極限狀態(tài)下計算所需風機的主要通風參數(shù)選擇風機。

根據(jù)以往經(jīng)驗和各種型號風機參數(shù)對比，選用SDF(C)-N013型多級調(diào)速對旋軸流風機，以滿足最大通風距離時的通風要求，同時又可避免在較短距離通風時的浪費。

4 施工通風布置

第一階段:左右洞之間車行橫洞未貫通前，將兩臺軸流風機分別置于左右洞洞口，采用壓入式通風。

第二階段:車行橫洞貫通后，兩個洞口的軸流風機移至左洞洞內(nèi)橫洞后20 m左右處，一臺往左洞掌子面通風，一臺通過橫洞，往右洞掌子面通風，并增設兩臺射流風機，一臺置于左洞橫洞口，將左洞污濁空氣通過橫洞排往右洞，一臺置于右洞橫洞后10 m左右處，將橫洞排來的污濁空氣和右洞本身的污濁空氣排往右洞洞口。當洞身掘進向前延伸，下一道橫洞貫通后，將風機繼續(xù)前移，將后面的橫洞封堵，并在右洞每間隔400 m左右設置一臺射流風機助推，保證污濁空氣順利排出。由于往右洞通風的風管經(jīng)過兩次大角度的拐彎，且拐彎接近風機口，該段需采用薄鋼板加工的硬風管，且將拐彎作圓滑處理。第二階段不同掘進長度通風布置見圖1，圖2。

5 結(jié)語

隧道施工通風設計、設備的選擇很重要，但具體的實施效果如何，通風的管理非常關鍵。必須成立管線專業(yè)工班，專門負責通風設備的日常使用、管理、檢查、維護、養(yǎng)護等工作，將通風管理標準化、制度化、規(guī)范化，保持設備的良好工作狀態(tài)，減小風阻和漏風;當車行橫洞貫通采用管道加巷道通風方式后，左右洞通風成為一個整體的系統(tǒng)，要把通風納入統(tǒng)一管理，確保通風效果;在不同通風距離、不同工況下，必須嘗試多種組合方式控制各臺風機運行狀態(tài)并檢測通風的風量、風速、風壓和通風效果，并不斷調(diào)整，以達到節(jié)能、高效的目的。

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[2] 陸懋成.鷓鴣山隧道(東口)施工通風設計與實施[A].國際隧道研討會暨公路建設技術交流大會論文集[C].2002.

[3] 趙軍喜.通風技術對隧道快速施工影響的研究[J].鐵道標準設計，2005(4):25-28.