摘 要：棋盤石隧道是向莆鐵路唯一一座長(zhǎng)達(dá)Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，獨(dú)頭掘進(jìn)長(zhǎng)達(dá)5.4km，棋盤石隧道施工過(guò)程中通風(fēng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)選定、設(shè)備選型及安裝、施工維護(hù)、安全操作注意事項(xiàng)等進(jìn)行了詳細(xì)敘述。在施工中設(shè)備運(yùn)行良好、通風(fēng)效果滿足要求，保證施工人員職業(yè)健康、機(jī)械設(shè)備安全的同時(shí)，保證施工進(jìn)度、降低施工成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯，可為類似長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)借鑒。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)達(dá)隧道；通風(fēng)應(yīng)用；施工維護(hù)

中圖分類號(hào)：U453.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）12-0159-03

1 工程概況

向莆鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速200km，預(yù)留時(shí)速250km，本管段施工的棋盤石隧道起于尤溪縣城關(guān)鎮(zhèn)，止于尤溪縣臺(tái)溪鄉(xiāng)清溪村。隧道進(jìn)出口里程為DK400+988～DK411+796，為雙線隧道，全長(zhǎng)10808m（我項(xiàng)目部施工7212m，施工里程為DK400+988～DK408+200），單面上坡，坡度為7.6‰，隧道最大埋深770m，獨(dú)頭掘進(jìn)距離最長(zhǎng)為2#橫洞工區(qū)5350m（其中橫洞長(zhǎng)度為2150m）。其余輔助孔道基本同樣存在獨(dú)頭施工距離長(zhǎng)，通風(fēng)難度大的特點(diǎn)，隧道掘進(jìn)指標(biāo)每月最高要到達(dá)160m以上滿足工期要求，因此，施工通風(fēng)制約生產(chǎn)的重要因素，解決好施工通風(fēng)將會(huì)大大改善施工作業(yè)環(huán)境，加快施工進(jìn)度。本隧道輔助導(dǎo)坑設(shè)置如表1所示。

棋盤石隧道巖性主要為沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖夾砂礫巖，熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂巖，大理巖、滑石化白云質(zhì)大理巖等。隧道可能存在斷層、巖溶、突泥涌水、巖爆等不良地質(zhì)條件。為鐵道部認(rèn)定的全標(biāo)段唯一的一座I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道。其現(xiàn)場(chǎng)立體圖如圖1所示。

2 通風(fēng)方案確定

2.1 基本原理

本隧道設(shè)計(jì)各工作面采用壓入式獨(dú)頭通風(fēng)。根據(jù)筆者單位類似隧道工程的施工經(jīng)驗(yàn)和目前現(xiàn)有的通風(fēng)設(shè)備，本隧道具體通風(fēng)方式分階段進(jìn)行。棋盤石隧道1#斜井、2#橫洞、3#橫洞采用階段性通風(fēng)方案，初期采用長(zhǎng)管路壓入式通風(fēng)為主，管路過(guò)長(zhǎng)時(shí)雙機(jī)串聯(lián)供風(fēng)?？紤]通風(fēng)效果采用射流風(fēng)機(jī)對(duì)氣流進(jìn)行誘導(dǎo)。通風(fēng)示意圖如圖2所示。

2.2 通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國(guó)家及部門有關(guān)勞動(dòng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，棋盤石隧道洞內(nèi)作業(yè)段確定以下標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 粉塵濃度

空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg/m3；含游離二氧化硅在10%以下時(shí)，不含有害物質(zhì)的礦物性和動(dòng)植物性的粉塵為10mg；含游離二氧化硅在10%以下的水泥粉塵為6mg。

2.2.2 洞內(nèi)空氣成分（體積計(jì)）

氧氣含量不應(yīng)低于20%，二氧化碳不得大于0.5%。

2.2.3 有害氣體允許濃度

空氣中CO濃度不得超過(guò)24PPm（30mg/m3），施工人員進(jìn)入開(kāi)挖面時(shí)，濃度可允許到100mg/m3（80PPm），但必須在30min內(nèi)降至30mg/m3；氮氧化合物不得超過(guò)0.00025%，質(zhì)量濃度不超過(guò)5mg/m3。

2.2.4 洞內(nèi)溫度

隧道掌子面溫度不宜超過(guò)28℃。

2.2.5 洞內(nèi)風(fēng)量

每人供給新鮮空氣不少于3m3/min，內(nèi)燃機(jī)械每千瓦供風(fēng)量不小于3m3/min。

2.2.6 洞內(nèi)風(fēng)速

鉆爆法施工，不小于0.25m/s。

2.3 數(shù)據(jù)驗(yàn)算、計(jì)算方面

按洞內(nèi)工作人員進(jìn)行計(jì)算（高峰洞內(nèi)一次最多工作人員為110人，每人按照3m3/min）

Q=110×3=330m3/min

按允許平均風(fēng)速（一般正洞取0.25m/s，輔助坑道取0.25m/s）。

雙線正洞130m2：Q=0.25×60×130=1950m3/min

單線正洞85m2：Q=0.25×60×85=1275m3/min

橫洞40m2：Q=0.25×60×40=600m3/min

斜井55m2：Q=0.25×60×55=825m3/min

按排除炮煙：取一次爆破炸藥用量（取正洞最大量計(jì)算單耗為1.0kg/m3，一個(gè)循環(huán)長(zhǎng)度為3m）1×130×3=390kg，炮煙拋擲長(zhǎng)度L0=15+G/5=15+390/5=93m。

通風(fēng)時(shí)間為20min（通風(fēng)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況選取，可以取15min、20min、30min等）；

按稀釋內(nèi)燃設(shè)備廢氣計(jì)算（額定功率系數(shù)法計(jì)算）：

取一個(gè)工作面出碴時(shí)最大運(yùn)距為5100m，即170kW，自卸車10臺(tái)；按3m3/min·kW計(jì)算。：

運(yùn)輸車Q=170*10*3=5100m3/min

簡(jiǎn)算方法：對(duì)于170kW發(fā)動(dòng)機(jī)的自卸車，相當(dāng)于每1km洞內(nèi)運(yùn)距配兩臺(tái)自卸車，每輛車的供風(fēng)量為500m3/min，即運(yùn)距1km需要運(yùn)距1000m3/min。

通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量：按隧道允許最低平均風(fēng)速1170m3/min和排除炮煙所需工作面風(fēng)量1500m3/min，取工作面風(fēng)量1500m3/min。

取風(fēng)管平均百米漏風(fēng)率為1.5%，漏風(fēng)系數(shù)：

Pl=（1-P100×L/100）-1

根據(jù)上述計(jì)算最長(zhǎng)距離需要通風(fēng)量見(jiàn)表2。

風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計(jì)算：

管道風(fēng)阻系數(shù)：Rf=6.5αL/D5

α為摩阻系數(shù)，一般取0.0019～0.0024，上式中取0.0022；L為風(fēng)管長(zhǎng)度；d為風(fēng)管的直徑（下同）。

管道沿程風(fēng)壓損失：hf=RfQj2/PL

局部風(fēng)壓損失：局部風(fēng)壓損失可按增加10%～15%估算：

風(fēng)機(jī)全壓：ht=1.1hf

上式計(jì)算風(fēng)壓見(jiàn)表3。

2.4 設(shè)備方面

根據(jù)所需最大通風(fēng)量和風(fēng)壓計(jì)算選擇的風(fēng)機(jī)型號(hào)見(jiàn)表4。

2.5 通風(fēng)方案概述

2.5.1 棋盤石隧道1#斜井通風(fēng)方案

在開(kāi)挖1#斜井未進(jìn)入主洞前（為第一階段通風(fēng)）：在洞口設(shè)1臺(tái)SDF（C）-N011型軸流風(fēng)機(jī)，利用“變極多速”的特點(diǎn)調(diào)整風(fēng)機(jī)的功率，即滿足通風(fēng)需要同時(shí)考慮通風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)直徑1.5m風(fēng)管將新鮮的空氣送到作業(yè)面。詳見(jiàn)圖3。

當(dāng)開(kāi)挖進(jìn)入主隧道時(shí)（為第二階段通風(fēng)）：隧道內(nèi)有兩個(gè)工作面；在1#斜井與隧道的交接處（三通口）設(shè)1個(gè)三通管，利用F1分別向兩個(gè)工作面送新鮮空氣。為加快隧道內(nèi)的空氣循環(huán)，在三通口前1#斜井內(nèi)設(shè)S1射流風(fēng)機(jī)（風(fēng)機(jī)距三通口20m），把污濁空氣吹出洞外。見(jiàn)圖4，S1為射流風(fēng)機(jī)。

1#斜井至隧道進(jìn)口段開(kāi)挖結(jié)束（為第三階段通風(fēng)）：1#斜井工區(qū)向大里程方向根據(jù)工期安排，掌子面大體在里程 DK403+500左右。由于棋盤石隧道進(jìn)口沒(méi)有出碴的能力，仍考慮由斜井出碴。此時(shí)為了考慮風(fēng)機(jī)效率和通風(fēng)效果及節(jié)約用電將F1，SDF（C）-N011移至洞內(nèi)，距離斜井與主洞交接里程向小里程約50m。為了達(dá)到更好的通風(fēng)條件在SDF（C）-N011尾部200m處設(shè)置S1射流風(fēng)機(jī)，對(duì)新鮮空氣起誘導(dǎo)作用。對(duì)軸流風(fēng)機(jī)周圍空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)空氣質(zhì)量達(dá)不到要求時(shí)在風(fēng)機(jī)前設(shè)置1風(fēng)門，防止污濁空氣形成循環(huán)。在斜井與正洞的交接處向斜井方向增加S2射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)污濁空氣由斜井排出。調(diào)整F1風(fēng)機(jī)的管路長(zhǎng)度，滿足掌子面掘進(jìn)需要，直到到施工結(jié)束。詳見(jiàn)圖5。

2.5.2 棋盤石隧道2#橫洞通風(fēng)方案

在開(kāi)挖2#橫洞未進(jìn)入主洞前（為第一階段通風(fēng)）：在洞口設(shè)1臺(tái)SDF（C）-N012.5型軸流風(fēng)機(jī)，通過(guò)直徑1.5m風(fēng)管將新鮮的空氣送到作業(yè)面。利用SDF（C）-N012.5“變極多速”的特點(diǎn)調(diào)整風(fēng)機(jī)的功率，到達(dá)既滿足通風(fēng)要求，滿足節(jié)約用電的目的。通風(fēng)示意圖見(jiàn)圖6。

當(dāng)開(kāi)挖進(jìn)入主隧道時(shí)（為第二階段通風(fēng)）：，此時(shí)距離2#橫洞洞口約2000m，通風(fēng)機(jī)F1的風(fēng)壓減弱；為加快工作面空氣循環(huán)，在三通口設(shè)一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)S1，加快污濁空氣的排出。見(jiàn)圖7。

第三階段隧道開(kāi)挖至DK406+500左右（為第三階段通風(fēng)）：此時(shí)通風(fēng)機(jī)F1的風(fēng)壓進(jìn)一步減弱，需增加一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)F2與F1形成接力，增加工作面的風(fēng)壓；距離工作面約50m的位置增加一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)S1，加快工作面的空氣循環(huán)。此通風(fēng)方式保持到開(kāi)挖結(jié)束。見(jiàn)圖8。

3 通風(fēng)管理

3.1 風(fēng)機(jī)安裝

風(fēng)機(jī)支架穩(wěn)固結(jié)實(shí)，地基承載能力滿足要求，如隧底較軟弱，應(yīng)經(jīng)硬化處理，避免風(fēng)機(jī)運(yùn)行震動(dòng)，產(chǎn)生傾覆；風(fēng)機(jī)出口處設(shè)置加強(qiáng)型柔性管與風(fēng)管連接，結(jié)合處多道綁扎，減少漏風(fēng)。

3.2 風(fēng)管安裝

風(fēng)管選擇，在施工條件允許情況下，用于長(zhǎng)大隧道通風(fēng)的風(fēng)管過(guò)風(fēng)面積取開(kāi)挖面積的1/25～1/20，已確定其直徑。風(fēng)管使用前進(jìn)行外觀檢查，檢查出廠合格證件是否齊全、規(guī)格型號(hào)是否與要求相符，保證無(wú)損壞、粘結(jié)縫牢固平順、接頭完好嚴(yán)密；風(fēng)管掛設(shè)要平、順、直，風(fēng)管懸吊要穩(wěn)固，懸掛高度一致。為克服長(zhǎng)期使用風(fēng)管疲勞造成的長(zhǎng)度延伸、撓度增大，每月進(jìn)行一次系統(tǒng)檢查，保證通風(fēng)效果。

3.3 通風(fēng)管理及維護(hù)

通風(fēng)機(jī)應(yīng)有專人值守，按規(guī)程要求操作風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)應(yīng)盡量減少停機(jī)次數(shù)，發(fā)揮風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能。需停機(jī)或開(kāi)啟時(shí)，根據(jù)洞內(nèi)調(diào)度通知進(jìn)行。為減少風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的氣錘效應(yīng)對(duì)風(fēng)管的沖擊破壞，應(yīng)采用分級(jí)啟動(dòng)，分級(jí)間隔時(shí)間為3min。為達(dá)到良好的通風(fēng)效果、避免開(kāi)挖、運(yùn)輸與通風(fēng)的不協(xié)調(diào)，設(shè)立專門的通風(fēng)技術(shù)人員和管理人員，切實(shí)加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的管理，保證通風(fēng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。及時(shí)按照要求掛接風(fēng)管并修補(bǔ)破洞，養(yǎng)活漏風(fēng)率，充分發(fā)揮壓入式通風(fēng)系統(tǒng)的整體功能效應(yīng)。

3.4 通風(fēng)監(jiān)測(cè)

定期測(cè)試通風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓，并作好記錄；經(jīng)常檢查和維修通風(fēng)機(jī)具，包括通風(fēng)設(shè)備的供風(fēng)能力、動(dòng)力消耗、風(fēng)管有無(wú)損傷；為保證通風(fēng)效果，須及時(shí)接長(zhǎng)風(fēng)管，調(diào)整出口至工作面的距離；管理好進(jìn)洞的污染源和運(yùn)輸?shù)缆?，洞?nèi)不要停放閑置的機(jī)具和堆積雜物，以免影響風(fēng)流；定期測(cè)試粉塵和有害氣體濃度，并作好記錄，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)及時(shí)反映。

3.5 安全措施

風(fēng)機(jī)安裝牢固，風(fēng)機(jī)前后不得堆放雜物，避免影響風(fēng)機(jī)風(fēng)量，防止異物進(jìn)入風(fēng)機(jī)損壞葉片。風(fēng)機(jī)安裝過(guò)載限壓等保護(hù)裝置，發(fā)生異常時(shí)，能自動(dòng)停機(jī)，起到保護(hù)作用；通風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口設(shè)置鐵蓖，防止異物進(jìn)入風(fēng)機(jī)損壞葉片和風(fēng)機(jī)傷人事故的發(fā)生；非操作人員嚴(yán)禁私自開(kāi)啟通風(fēng)機(jī)電源。通風(fēng)機(jī)司機(jī)開(kāi)啟電源前，應(yīng)確認(rèn)前方是否有人員維修和接長(zhǎng)風(fēng)管，防止送風(fēng)傷人；風(fēng)機(jī)支架、風(fēng)管承重索要經(jīng)常檢查，防止因銹蝕或其它原因造成斷裂造成損失。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算、分析，借鑒國(guó)內(nèi)長(zhǎng)大隧道通風(fēng)先進(jìn)技術(shù)，棋盤石隧道采用壓入式通風(fēng)結(jié)合射流通風(fēng)技術(shù)。整個(gè)施工過(guò)程中，通風(fēng)狀況良好，掌子面粉塵、一氧化碳濃度、氮氧化物濃度、氧氣含量、二氧化碳含量等均達(dá)到要求，各掌子面能見(jiàn)度良好，滿足施工作業(yè)人員健康、機(jī)械設(shè)備作業(yè)及有軌運(yùn)輸車輛運(yùn)行安全要求。降低了施工成本，保證了工程質(zhì)量、進(jìn)度。

隧道施工有輔助導(dǎo)坑時(shí)，根據(jù)正洞與輔助導(dǎo)洞進(jìn)度情況分階段采用不同通風(fēng)方案；加強(qiáng)通風(fēng)管理是實(shí)現(xiàn)壓入式通風(fēng)效果的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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