焦衛(wèi)中

(中鐵十四局第三工程有限公司，山東兗州 272100)

1 工程概況

1.1 概述

赤嶺隧道位于福建省境內(nèi)，進口位于永泰縣蓋洋鄉(xiāng)珠峰村，出口位于永泰縣蓋洋鄉(xiāng)暗亭寺。進口里程DK438+515;出口里程DK445+600，隧道全長7 085 m。

本隧道劃分為進口、出口兩個工區(qū)，各自獨頭掘進。其中赤嶺隧道進口部分設(shè)計為雙洞單線，呈燕尾設(shè)計。

1.2 隧道各工區(qū)承擔任務(wù)

隧道各工區(qū)承擔任務(wù)見表1。

表1 隧道各工區(qū)任務(wù)表

2 通風方案概述

本隧道設(shè)計各工作面采用壓入式獨頭通風。根據(jù)我單位類似隧道工程的施工經(jīng)驗和目前現(xiàn)有的通風設(shè)備，本隧道進口工區(qū)通風方式分兩階段進行。第一階段:雙洞單線段在左、右線洞口各自設(shè)置風機長管路壓入通風;第二階段:單洞雙線段時在右洞洞口設(shè)置大功率通風機通過右洞向洞內(nèi)壓入空氣直達掌子面，污風通過左線單洞排出洞外。考慮通風效果采用射流風機對氣流進行誘導(dǎo)。

赤嶺隧道出口采用長管路壓入式通風，通風管路過長時采用串聯(lián)風機通風，污風采用射流風機對氣流進行引導(dǎo)、加速流動。為了達到通風效果和節(jié)能要求，本隧道利用風機“變極多速”的特點采用變風量控制方案。即設(shè)計通風量計算采用按施工最后階段所需的風量，施工過程按變風量控制方案進行管理。

2.1 赤嶺隧道進口通風方案

2.1.1 第一階段通風

在進入單洞雙線段前，在左、右線洞口各設(shè)1臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機，利用“多極調(diào)速”的特點調(diào)整風機的功率，即滿足通風需要同時考慮通風的經(jīng)濟性。通過風管將新鮮的空氣送到作業(yè)面，詳見圖1。

圖1 赤嶺隧道進口第一階段通風方案示意圖

2.1.2 赤嶺隧道進口第二階段通風

當開挖進入單洞雙線段時，在右線靠近燕尾處設(shè)置兩臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機，風管穿過風門向洞內(nèi)供風。污風在射流風機的導(dǎo)流加速下通過左洞排出洞外，具體設(shè)置見圖2。

圖2 赤嶺隧道進口第二階段通風方案示意圖

2.2 赤嶺隧道出口通風方案

主要采用長管路壓入式通風，在洞口設(shè)置兩臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機。通過風管向洞內(nèi)供風，隨著掘進深度的增加，在適當位置(距洞口2 000 m左右)增設(shè)一臺 SDF(C)-12.5，115×2 kW軸流風機接力向洞內(nèi)供風，污風通過射流風機導(dǎo)流、加速后排出洞外，具體設(shè)置見圖3。

圖3 赤嶺隧道出口通風方案示意圖

3 施工通風驗算

3.1 施工通風要求

隧道施工通風的勞動衛(wèi)生標準:根據(jù)我國鐵路、廠礦、企業(yè)及國家的有關(guān)勞動衛(wèi)生標準的規(guī)定，隧道內(nèi)施工作業(yè)段的空氣質(zhì)量必須符合下列衛(wèi)生標準。

3.1.1 粉塵濃度

空氣中粉塵濃度的允許值，與空氣中游離的二氧化硅的含量有關(guān)，根據(jù)《鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·隧道》(1995年版)中規(guī)定:每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2 mg;含游離二氧化硅在10%以下時，不含有害物質(zhì)的礦物性和動植物性的粉塵為10 mg;含游離二氧化硅在10%以下的水泥粉塵為6 mg。

3.1.2 洞內(nèi)空氣成分(按體積計)

鐵路部頒布的《隧道施工技術(shù)規(guī)范》及我國礦山安全規(guī)程規(guī)定:凡有人工作的地點，氧氣(O2)含量不應(yīng)低于20%，二氧化碳(CO2)不得大于0.5%。

3.1.3 有害氣體允許濃度

1)一氧化碳(CO)濃度(行業(yè)標準):空氣中CO濃度不得超過24 PPm(30 mg/m3)。施工人員進入開挖面時，濃度可允許到100 mg/m3(80 PPm)，但必須在30 min內(nèi)降至30 mg/m3。

2)氮氧化物(換算成NO2)濃度:我國礦山安全規(guī)程及《鐵路隧道技術(shù)規(guī)范》(合訂本)規(guī)定(行業(yè)標準):氮氧化合物不得超過0.000 25%，質(zhì)量濃度不超過5 mg/m3。

3.1.4 洞內(nèi)溫度

隧道內(nèi)氣溫不超過28℃。

3.1.5 洞內(nèi)風量要求

每人每分鐘供給新鮮空氣不少于3 m3，內(nèi)燃機械每千瓦供風量不宜小于3 m3/min。

3.1.6 洞內(nèi)風速

鉆爆法施工，全斷面開挖時應(yīng)不小于0.15 m/s，坑道內(nèi)不小于 0.25 m/s。

3.2 各種控制因素條件下的需風量確定標準

1)排除作業(yè)面一次爆破所產(chǎn)生的有害氣體及煙塵，需風量。

壓入式通風，計算公式Q=5Gb/t。

其中，t為通風時間t=30 min;G為Ⅱ，Ⅲ級時，G取200 kg，Ⅳ，Ⅴ級時，G取100 kg;b為每千克炸藥產(chǎn)生的有害氣體，取40 m3/kg，則:Q=1 333 m3/min。

2)按稀釋排出內(nèi)燃廢氣計算(無軌)。洞內(nèi)出渣時內(nèi)燃機功率最大，其中包括ZL50裝載機(功率185 kW)一臺，日立200挖掘機(功率110 kW)一臺，金王子自卸車3臺(功率210 kW)，內(nèi)燃機使用功率按70%計算:

取:N=(185+110+210×3)×70%=647.5 kW。

則:Q=647.5 ×3=1 942.5 m3/min。

3)按洞內(nèi)同時作業(yè)人員數(shù)確定需風量:

取:n=100，K=1.2。

則:Q=4×100×1.2=480 m3/min。

4)按最低風速要求，確定需風量。

一般正洞:QⅡ，Ⅲ=0.15 ×60 × AⅡ，Ⅲ=0.15 ×60 ×130=1 170 m3/min。

作業(yè)面需風量取以上各種控制因素計算需風量的最大值，即1 942.5 m3/min。

3.3 風機風量檢算

由于赤嶺出口送風距離最長達2 000 m(超過2 000 m利用增加風機的辦法進行接力)，取其進行對比計算，選用計算式:

其中，Qm為系統(tǒng)風量，m3/min;Q為作業(yè)面需風量，m3/min;β為百米漏風率，取1%;L為獨頭通風長度，m。

則風機送風量需滿足 Qm=1 942.5/(1－20×0.01)=2 428 m3/min。

對比風機參數(shù)，取風機高檔高效風量，兩臺SDF(C)-11.5，75×2 kW軸流風機送風量為1 865×2=3 730 m3/min，滿足使用要求。

4 降塵措施

4.1 水幕降塵原理

洞內(nèi)采用水幕降塵，就是把水霧化成微細水滴噴射到空氣中，使之與塵粒碰撞接觸，則塵粒附于水滴上或者被濕潤的塵?；ハ嗄鄢纱箢w粒，從而加快其沉降速度。主要發(fā)生了以下幾步反應(yīng):

1)通過慣性碰撞和截流，塵粒與液滴或液膜發(fā)生接觸;2)微細塵粒通過擴散與液滴接觸;3)加濕的塵粒相互凝結(jié)降落。

4.2 水幕降塵施工工藝

在赤嶺隧道掌子面，安裝了水幕降塵措施，保證了掌子面的空氣清潔，加快了炮煙清除速度，改善了洞內(nèi)空氣質(zhì)量。本著投資小，見效快，效果好的原則，我們選用了自制濕式除塵裝置見圖4。采用φ50 mm鋼管彎制成與隧道弧形相仿，弧形利用膨脹螺栓和鐵皮自制的抱箍固定在巖壁上，在距離掌子面100 m范圍內(nèi)環(huán)向設(shè)置3道，距離掌子面的距離分別為30 m，50 m，80 m，鋼管上按間距150 mm×150 mm打設(shè)小孔，直徑6 mm，焊接噴頭，鋼管與高壓水管連接，放炮前10 min打開閥門，高壓水通過噴嘴霧化，形成水霧與炮煙中的粉塵顆粒凝結(jié)降落，放炮后30 min關(guān)閉，有效地清除了炮煙中的有害物質(zhì)。自制降塵器隨掌子面開挖向前挪動。

圖4 自制降塵器布置圖

5 施工工藝小結(jié)

隧道施工過程中安排專門的雜工班進行風帶安裝、維護，風帶務(wù)必懸掛平順，接頭連接光滑，減小局部風阻，當風帶通過臺車時要盡量大半徑過渡，避免較大的彎折引起風壓損失。隨時檢查風帶是否有破損，有破損時及時修補或更換，同時積極協(xié)調(diào)洞內(nèi)各施工作業(yè)面，加強對風帶的保護。

通過采取施工通風及水幕降塵措施，赤嶺隧道施工得以順利進行，一般在掌子面放炮后30 min內(nèi)能滿足測量放線的通視條件。洞內(nèi)的空氣質(zhì)量較好，施工人員反映良好，經(jīng)檢測粉塵及有害物質(zhì)含量都滿足規(guī)范的要求，取得了較為良好的效果，對以后類似工程具有借鑒意義。

［1］賴滌泉.隧道施工通風與防塵［M］.北京：中國鐵道出版社，1994.

［2］鐵道部第二勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·隧道［M］.北京：中國鐵道出版社，1995.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道施工規(guī)范［M］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［4］鐵道部第二勘測設(shè)計院.鐵路隧道技術(shù)規(guī)范［M］.北京：中國鐵道出版社，1995.