郜運懷，張國祥

（中鐵三局集團有限公司橋隧工程分公司，河北 邯鄲 056036）

1 工程概況

新建向塘至莆田鐵路JX-4B標武夷山隧道地處江西省黎川縣及福建省建寧縣境內,全長14 659 m。進口位于江西省黎川縣西城鄉(xiāng)河樟村，出口位于福建省建寧縣黃坊鄉(xiāng)武調新村。武夷山隧道為雙線隧道，設輔助斜井3座，分5個工區(qū)、7個作業(yè)面施工。坊上斜井位于線路前進方向左側，與線路相交于DK218+401處，斜井綜合坡度9.54%，斜井斜長1 601 m，無軌運輸雙車道設計，斜井開挖斷面面積56 m2，正洞開挖斷面面積120 m2。

2 工程特點

向莆鐵路JX-4B標段武夷山隧道施工工期緊，關鍵施工控制線路長，施工組織要求高。坊上斜井承擔正洞施工3 841 m（其中向大里程方向施工1 510 m，向小里程方向施工2 331 m），坊上斜井隧道施工通風極限距離為1 601+2331=3 932 m。坊上斜井施工工期壓力巨大，這給隧道通風帶來更大困難，使得通風情況變得更為復雜。

3 施工通風方案

3.1 通風方案的確定

根據確定的施工方案和工期安排以及施工順序情況，通風采用長管壓入式通風方案，必要時在局部安裝吸出式射流風機進行混合通風。在不同的施工階段可以采用不同的通風設施，但是要長遠考慮，盡可能安排一步到位，做到能夠以后加裝，但盡量不要拆換。

隧道施工通風根據實際情況分為三個階段：①隧道施工初期，斜井施工階段；②斜井與正洞已經打通，并通過斜井進行正洞掘進，但各工區(qū)施工的正洞還沒有貫通階段；③隧道施工后期，已經有一個方向的正洞開挖貫通階段。

3.2 風量的計算

隧道內所需風量按照下列幾種計算方法進行計算，并取計算結果的最大值作為供風的標準。

3.2.1 按洞內同時工作的最多人數計算

式中：q——每人每分鐘呼吸所需空氣量q=3 m3／min；

m——同時工作人數，正洞取m=200人；

k——風量備用系數，取k=1.15；

由此得 Q1=qmk=3×200×1.15=690 m3／min。

3.2.2 按稀釋內燃設備廢氣計算工作面風量

式中：Kl——內燃機功率使用有效系數Kl=0.6；

K2——內燃機功率工作系數K2=0.8；

∑N——內燃機功率之和取∑N=3 000 kw；（柳工CLG862裝載機4輛，功率180 kW，斯太爾后八輪自卸車10輛，功率300馬力=300×0.746=224 kW）

內燃機每千瓦需要風量3 m3／min；由此得Q2=K1K2∑N=4 320 m3／min。

3.2.3 按允許最低平均風速計算

式中：A——隧道開挖斷面面積，取A=120 m2；

V——允許最小風速，取V=0.15 m／s；

Q3=60AV=60×120×0.15=1 080 m3／min。

3.2.4 按照爆破后稀釋一氧化碳至許可最高濃度計算

采用壓入式通風，工作面需要風量：

式中：t——通風時間，取t=30 min；

G——同時爆破炸藥用量，按Ⅱ級圍巖綜合考慮，每循環(huán)取280 kg；

A——隧道斷面面積，取A=120 m2；

L——掌子面滿足下一循環(huán)施工的長度，取300 m；

則采用壓入式通風時，工作面需要風量：

取上述四種計算中的最大值作為標準通風設計量，即風量取 4 320 m3／min。

根據施工安排，坊上斜井隧道施工通風極限距離為1 601+2 331=3 932 m，再考慮風管漏風系數及管道阻力系數即可計算出需要的風機功率。但是，由于隧道施工中襯砌臺車、鋼筋臺架等設施及其他因素的影響，通風管道可能多次彎曲，經常還會被刮破，風力損耗是一個很大、且很難計算清楚的數據，再往下詳細計算已經沒有太大的實際意義。下面結合坊上斜井的實際通風情況，來分析一下隧道施工中遇到通風問題，同時，總結一下風管變徑及風機接力在長大隧道施工通風中的應用經驗。

3.3 現場實際通風情況

首先，坊上斜井通風管直徑共采用了3種不同的規(guī)格，分別為：Φ1.8 m、Φ1.5 m、Φ1.0 m。由于受到斜井凈空斷面的限制，坊上斜井通風管直徑最大直徑只能取到1.8 m。坊上斜井極限通風情況是：在斜井洞口安設兩座132×2（kW）的軸流通風機（兩道風管分別通向隧道正洞的兩個開挖方向），斜井采用兩條Φ1.8 m的風筒布布置于斜井洞頂（不通風時風筒布下垂約2.9 m，會影響出渣車輛通行），在距離斜井洞口約1 200 m處，架設兩個55 kW的接力風機，繼續(xù)采用Φ1.8 m風筒布向前送風，約再向前600 m左右，風力會明顯不足。此時，再架設55 kW的接力風機，同時風筒布直徑變?yōu)棣?.5 m，如此接力下去，風筒布直徑一直采用Φ1.5 m，接力兩次以后，送風距離大約達到3 000 m，此時總風力已經損耗很大了，為了減少阻力，再向前送風時，風筒布直徑需變?yōu)棣?.0 m，這樣勉強能堅持到施工結束。

其實，這么長的通風距離，在施工工期要求很緊的情況下，沒有充足的排除炮煙及機械尾氣的時間，隧道內的空氣質量是很難保證的。同時施工情況是復雜多變的，兩個掌子面方向通風相互干擾，會出現進口方向的污濁空氣壓向了出口方向或者出口方向的污濁空氣壓向了進口方向而沒有向斜井方向排除出去，形成了內部的死循環(huán)。因此在三岔口處設置擋風幕墻、采用射流風機接上一段風筒布往斜井里反壓污濁空氣。在不同的施工階段可以采用不同的通風設施，但是要長遠考慮，盡可能安排一步到位，做到能夠以后加裝，但盡量不要拆換。

長大隧道通風是一個困難而復雜的問題，有時候受到工期和其他條件限制甚至無法做到很好的通風效果，設備、資金投入將會達到一個超乎尋常的數量，再加上用電消耗，長大隧道施工隧道通風方面的投入真的是太大了。

4 改善隧道通風的方法

4.1 全局考慮,總體部署

在前期施工總部署的時候，就要充分考慮施工通風方案，從施工部署方面來優(yōu)化施工通風方案，為施工通風營造一個良好的環(huán)境。拿坊上斜井舉例來說，坊上斜井斜長1 601 m，坊上斜井承擔正洞施工3 841 m（其中向大里程方向施工1 510 m，向小里程方向施工2 331 m），坊上斜井隧道施工通風極限距離為1 601+2 331=3 932 m。由此，可以明顯的看出坊上斜井施工通風壓力來自于小里程方向，而且越到后期施工通風壓力越大。因此，在施工部署的時候應該考慮把前期開挖施工重心放到正洞大里程方向，使得大里程方向率先貫通，達到自然通風的效果，以此來緩解隧道內通風壓力，大大改善隧道內施工環(huán)境，為施工重心轉移的小里程方向創(chuàng)造有利的條件。但是在實際施工的時候卻不是這樣的，因為工期壓力太大，整條隧道的關鍵控制部位就在小里程方向，本來按照原設計，是可以按照上面方案施行的，但是由于種種原因，工期一提再提，使得小里程方向工期壓力太大，不允許進度放緩，所以從一開始就把工作重心放到了小里程方向，雖然大里程方向也沒有放緩，但是兩個掌子面施工總是有矛盾的時候，需要施工有重心傾向。到了最后階段隧道內的通風壓力實在太大，洞內的施工環(huán)境特別惡劣，嚴重影響小里程方向的正常施工。沒辦法最后還是對大里程方向進行了一段時間的突擊施工，為了打通掌子面達到自然通風的效果，采用臺階法開挖，只施工上臺階來緩解小里程施工的通風壓力。

4.2 優(yōu)先采用大直徑風管

通風管道（風筒布）的直徑選擇應根據單口掘進最大距離等因素計算出的掌子面送風的需要，盡量在斷面允許的情況下優(yōu)先選擇直徑大的型號，但也要適當選擇，不能選擇過大，也要考慮電壓、電量的消耗問題及風機口徑的匹配等問題。

4.3 通風管應優(yōu)先采用高強、低阻、阻燃的軟質風管

風筒布盡量選擇嶄新干凈的使用，原則上距離洞口越近的部位越要優(yōu)先使用高強、低阻、質量好的、沒有漏洞的風筒布使用，盡量減少后部的風量損耗。

4.4 風筒布置盡量平直

風管掛設應做到平直、無扭曲和褶皺，盡量減少接頭數量，保證接頭嚴密，隨時檢查，發(fā)現異常及時更換，以保證施工作業(yè)面供風正常。

4.5 風機接力

長大隧道施工通風中，在供風距離過長風力不足時可以采用串聯式通風機設置增壓風站進行接力，達到增壓目的，繼續(xù)往前送風。同時，通風方式可以采用混合式通風，在局部關鍵位置安裝射流風機輔助向洞外吹污濁空氣。另外，有條件時宜采用巷道式通風或者采用高壓風包供風。在設置接力風機時，會遇到這樣一個問題，增壓接力風機開動后會把后方風筒布吸憋，甚至吸扯破碎。這個問題的解決需要設置一個可控的進風口來解決。

4.6 風管變徑

長大隧道施工通風中，在供風距離過長、風力不足，并且風機接力后效果也不明顯時，可以嘗試降低風筒直徑，通過降低空氣流通接觸面積以減少風阻、降低風力損耗來達到提高通風效率的目的。風管變徑的位置，一般設置在接力部位，打造出斷面緩變的一段鋼桶風管來過渡變徑，盡量不要風管斷面突變，那樣會造成很大的風力損失。

4.7 專人管理

要安排專人，配備專用的車輛、設備等進行管理，保證通風系統的正常運行。由專人負責風筒布的往前安裝續(xù)接、日常檢查維修及保養(yǎng)，同時對通風方案進行修正改進，并總結數據出來，以備為日后類似項目提供可靠的參考價值。

5 結束語

長大隧道施工通風機的功率、通風管直徑應根據隧道獨頭掘進的長度、斷面大小、通風方式、運輸方式不同而適當選擇，在隧道施工斷面凈空允許的前提下應采用大直徑風管，同時通風管應優(yōu)先采用高強、低阻、阻燃的軟質風管，風管掛設應做到平、直、無扭曲和褶皺，盡量減少接頭數量，保證接頭嚴密，隨時檢查，發(fā)現異常及時更換，以保證施工作業(yè)面供風正常，通風方式宜采用壓入式或混合式通風，有條件時宜采用巷道式通風和安裝射流風機等，當獨頭供風長度大于2 000 m時宜考慮設增壓風站或高壓風包供風。

通風問題在隧道施工中是困難而復雜的問題，我們只能通過不斷的思考、計算、驗證等方法來不斷地改善，不斷地優(yōu)化。以武夷山隧道坊上斜井的實際通風情況為基礎做了簡單的分析，希望為類似的隧道施工通風作參考，為以后的施工組織部署及通風方案設置作參考。

[1]金學易，陳文英.隧道通風及隧道空氣動力學[M].北京：中國鐵道出版社，1983（11）.

[2]馬炳學.淺述鐵路長大隧道通風技術[J].山西建筑，2008（34）：31.

[3]李耀華，祝立華. 特長隧道通風系統 2005上海國際隧道工程研討會文集[C].上海：上海市土木工程學會，2005.