李輝忠，曾曉勤，張 嘯，邱繼云

(四川路橋建設(shè)股份有限公司公路隧道分公司，四川成都 610200)

1 工程背景

馬鞍山隧道位于威遠縣境內(nèi)，左線隧道最大埋深約173 m，右線隧道最大埋深約170 m，位于成自瀘高速公路合同段內(nèi)。隧道進口～中部～隧道出口的線間距分別為25.3 m～25 m～12.16 m，其中出口右線隧道K116+325～K116+487 與左線ZK116+313～ZK116+489 段互為小凈距隧道。隧道內(nèi)共設(shè)車行橫通道2個，人行橫通道4個，車行橫通道位置的隧道異側(cè)設(shè)緊急停車帶2 處，緊急停車帶長40 m，有效長30 m。隧道主要穿越的不良地質(zhì)為煤層采空區(qū)、煤層瓦斯、危巖落石。

2 施工通風(fēng)方案設(shè)計

本隧道較長，隧道裝渣、運輸、材料進出均采用內(nèi)燃機械，掘進采用鉆爆法，掘進工作面粉塵較多，隧道內(nèi)空氣混濁，且隧道在穿越煤系地層時有可能發(fā)生瓦斯事故。為了有足夠的新鮮空氣，保證施工作業(yè)人員的身心健康和加快工程進度，隧道通風(fēng)方式的選擇尤為重要。

2.1 主要設(shè)計參數(shù)

(1)開挖斷面積:S=101.7 m2

(2)一次開挖進尺:2.5 m

(3)隧道內(nèi)瓦斯最小風(fēng)速:0.5 m/s

(4)一次爆破用藥量:A=200 kg

(5)洞內(nèi)最多作業(yè)人數(shù):80 人

(6)爆破后的通風(fēng)排煙時間:t=30 min

(7)通風(fēng)管(筒)直徑取:d=1.5 m

(8)空氣質(zhì)量密度:γ=1.2 kg/m3

(9)重力加速度:g=9.8 m/s2

2.2 施工通風(fēng)方式選擇依據(jù)

(1)有軌運輸施工的隧道宜采用吸出式或混合式通風(fēng)。

(2)無軌運輸施工的隧道宜采用壓入式或變換式通風(fēng)。

(3)有平行導(dǎo)坑施工的隧道宜采用巷道式通風(fēng)。

(4)自然通風(fēng)因其影響因素較多、不穩(wěn)定，且不易控制，對長距離掘進的隧道應(yīng)避免采用。

管道獨頭壓入式通風(fēng)是隧道施工中常用的一種通風(fēng)方式，基本不受施工條件限制，只需按照送風(fēng)距離長短和需風(fēng)量大小進行合理匹配通風(fēng)設(shè)備即可。針對隧道污染源的特性以及馬鞍山隧道的實際情況，本次施工在隧道進出口分別采用獨頭壓入式通風(fēng)。

2.3 風(fēng)量計算

(1)按洞內(nèi)工作面同時工作的最多人數(shù)計算。

式中:q為洞內(nèi)作業(yè)人員每人所需風(fēng)量，取3 m3/min;n為作業(yè)面同時作業(yè)的最多人數(shù)，取80 人;k為備用系數(shù)，取1.5。

(2)瓦斯工區(qū)按隧道內(nèi)最小瓦斯積聚風(fēng)速計算。

式中:S為隧道的開挖面積，m2;V為隧道內(nèi)的最小瓦斯積聚風(fēng)速，瓦斯礦井取0.5 m/s。

馬鞍山隧道出口瓦斯工區(qū)按照V 級圍巖短臺階法開挖法計算，馬鞍山隧道進出口按最小瓦斯積聚風(fēng)速的控制計算面積取為101.7 m2。

(3)按稀釋爆破炮煙計算風(fēng)量。

當(dāng)風(fēng)筒出口到工作面的距離為(4～5)槡S時

式中:t為通風(fēng)時間，取30 min;A為同時爆破炸藥量，取200 kg;b為每公斤炸藥產(chǎn)生的CO 當(dāng)量，取40 L/kg;L為排煙安全距離，m;P為風(fēng)管始末端風(fēng)量之比，取1.2;C為通風(fēng)要求達到的CO 濃度，取0.025%。

(4)按絕對瓦斯涌出量計算。

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》第7.2.6條規(guī)定，按瓦斯絕對涌出量計算風(fēng)量時，對于瓦斯突出工區(qū)，其長度較大的獨頭坑道，應(yīng)將開挖工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下，故:

式中:qCH4為工作面瓦斯絕對涌出量，取最大值為2.782 m3/min;Ki為通風(fēng)系數(shù)，取1.5;CCH4為工作面瓦斯的容許濃度，取0.5%。

(5)無軌運輸洞內(nèi)需風(fēng)量計算。

無軌運輸方式的洞內(nèi)需風(fēng)量應(yīng)對內(nèi)燃設(shè)備排放的尾氣進行稀釋，其需風(fēng)量還應(yīng)考慮稀釋尾氣的情況。

《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定按照4.5 m3/(kW·min)稀釋尾氣。作業(yè)面區(qū)域范圍內(nèi)液壓反鏟1 臺，功率為125 kW;裝載機1 臺，功率為165 kW;掌子面附近自卸汽車2 臺，功率為213 kW。掌子面附近內(nèi)燃機總功率為716 kW。

式中:H為內(nèi)燃機械總功，kW;q為內(nèi)燃機械單位功率供風(fēng)量，4.5 m3/(min·kW);k為功率系數(shù)，取為0.63。

通過上述計算，稀釋爆破炮煙所需風(fēng)量最大，故取Q=3051 m3/min 作為風(fēng)管的末端風(fēng)量。

2.4 風(fēng)壓計算

為保證將污濁空氣及時排出洞外，并在其出口保持一定的風(fēng)速和風(fēng)壓，通風(fēng)機應(yīng)有足夠的風(fēng)壓，以克服管道系統(tǒng)阻力。風(fēng)筒的風(fēng)阻由風(fēng)筒的摩擦風(fēng)阻和局部風(fēng)阻以及接頭的局部風(fēng)阻構(gòu)成。

(1)風(fēng)筒的摩擦風(fēng)阻。

式中:α為風(fēng)筒摩擦系數(shù)，取值見有關(guān)設(shè)計手冊;L為風(fēng)筒長度，m;U為風(fēng)筒周長，m;S1為風(fēng)筒橫截面積，m2;Q為風(fēng)筒末端風(fēng)量，m3/s。

(2)風(fēng)筒的局部風(fēng)阻。

式中:ζ為局部阻力系數(shù)，取值查有關(guān)設(shè)計手冊;Q為風(fēng)筒末端風(fēng)量，m3/s;g為重力加速度，9.8 m/s2;S1為風(fēng)筒橫截面積，m2。

計算時，局部損失較小，可忽略，只計算風(fēng)筒摩擦風(fēng)阻便可算得風(fēng)機的風(fēng)壓。

2.5 風(fēng)機、風(fēng)管的選型

通風(fēng)風(fēng)機風(fēng)管(筒)相匹配是隧道通風(fēng)的關(guān)鍵問題。如果片面追求風(fēng)機大風(fēng)量、高效率而風(fēng)管(筒)直徑小、風(fēng)阻大、漏風(fēng)嚴(yán)重，則不可能有好的效果。如果風(fēng)管(筒)直徑大、風(fēng)阻小，風(fēng)壓低，也難以保證有良好的通風(fēng)效果［2］。

根據(jù)隧道實際情況，選用110 kW 的軸流式風(fēng)機，壓入式通風(fēng)，采用懸掛于隧道兩邊墻上部的直徑為1500 mm 軟式風(fēng)管送風(fēng)，通風(fēng)后必須使氧氣濃度接近洞口大氣的含氧量，二氧化碳濃度不超過0.5%，一氧化碳不超過0.002%，爆破排煙塵時間不超過30 min，出渣工作面照明能見度不小于40 m，風(fēng)管距掌子面30 m。四個洞口作業(yè)面各自采用2 臺132 kW 局部扇風(fēng)機和1 臺防爆型射流風(fēng)機。必須使用抗靜電、阻燃軟風(fēng)管。

2.6 通風(fēng)方案的設(shè)計

(1)隧道按低瓦斯設(shè)計采用壓入式通風(fēng)，人行橫通道和車行橫通道風(fēng)門均關(guān)閉。

(2)每個作業(yè)面滿足洞內(nèi)最小風(fēng)速時所需風(fēng)速64.90 m3/s，根據(jù)施工長度按不大于930 m 計算施工通風(fēng)。

(3)全隧道需局部扇風(fēng)機12 臺，其中4 臺備用，每臺最大風(fēng)壓不小于2.4 kPa，對應(yīng)風(fēng)量不小于2400 m3/min，每端洞口風(fēng)機總功率528 kW。

(4)在施工作業(yè)面20 m 處設(shè)SDS－II－NO10.0 防爆型射流風(fēng)機向洞外吹風(fēng)。

(5)通風(fēng)設(shè)備均置于洞外距洞口不小于20 m 處，施工中應(yīng)加強瓦斯等有害氣體的監(jiān)測量工作，并加強施工通風(fēng)。

(6)瓦斯工區(qū)施工通風(fēng)采用不間斷連續(xù)通風(fēng)。

(7)根據(jù)本工程的特點，風(fēng)管選用直徑1.5 m 的抗靜電阻燃軟風(fēng)管，應(yīng)保證風(fēng)管100 m 漏風(fēng)率不大于1%。

(8)選用設(shè)有高、中、低速度檔位的風(fēng)機，根據(jù)不同的掘進距離選用不同的檔位。

(9)為防止隧道橫通道內(nèi)瓦斯局部積聚，在整個隧道開挖施工完成后才進行橫通道開挖施工，以便于橫通道單獨進行通風(fēng)處理。

(10)在隧道貫通前做好風(fēng)流調(diào)整的準(zhǔn)備，貫通后立即調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，即將所有風(fēng)機(隧道內(nèi)的2 臺防爆型射流風(fēng)機和隧道進口端2 臺局部扇風(fēng)機)向隧道出口方向吹風(fēng)。

2.7 通風(fēng)系統(tǒng)管理

合理通風(fēng)方式的選擇固然重要，通風(fēng)的管理也是重中之重［3］。通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)加強管理，專人負責(zé)，成立通風(fēng)小組，負責(zé)通風(fēng)及管路的維修，送風(fēng)管必須掛設(shè)平順，防止打折和擠壓;通風(fēng)管的更換與修補，減小漏風(fēng)率，確保工作面的用風(fēng)量。對于瓦斯工區(qū)施工，若瓦斯體積濃度大于0.5%，應(yīng)采取有效措施加強測試、加強通風(fēng)，使瓦斯?jié)舛瓤刂圃谡７秶鷥?nèi)。瓦斯?jié)舛仍?.5%以下時，每小時檢查1 次，0.5%以上時隨時檢查，檢查作業(yè)不得離開該工作面。除此之外還需進行以下各項監(jiān)測［1］。

(1)洞內(nèi)塵毒測試項目。

爆破后離掌子面不同距離處選點測粉塵濃度、CO 濃度、氮氧化物濃度、噴錨作業(yè)時測粉塵濃度和噪聲。裝運碴時，測洞內(nèi)粉塵、CO、及氮氧化物濃度。

(2)風(fēng)筒通風(fēng)測試項目。

測風(fēng)筒內(nèi)靜壓、動壓、風(fēng)速、風(fēng)量和風(fēng)機處噪聲。

(3)其它指標(biāo)測試項目。

洞內(nèi)外溫度，濕度、氣壓、及含氧量。

3 結(jié)束語

隧道施工通風(fēng)設(shè)計直接影響隧道施工安全，決定施工效率和進度。所以，首要解決的是通風(fēng)設(shè)置的合理性和有效性，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境，讓通風(fēng)系統(tǒng)充分發(fā)揮效用，這樣才能取得良好的通風(fēng)效果為施工創(chuàng)造舒適高效的工作環(huán)境。

［1］胡天國.長距離小斷面隧道獨頭掘進中的施工通風(fēng)［J］.鐵道建設(shè)，2001(9):39－41

［2］唐金仕.長大隧道獨頭掘進施工通風(fēng)技術(shù)［J］.山西建筑，2009，35(28):331－332

［3］劉生，周飛，李鵬舉.特長公路隧道獨頭掘進施工通風(fēng)設(shè)計與數(shù)值模擬分析［J］.探礦工程，2010，37(3):74－77