張引平

（延安市黃河引水工程建設(shè)管理處 陜西 延安 716000）

1 概況

位于延安市延川縣的黃河引水工程是陜西省委、省政府確定的全省“雙網(wǎng)”聯(lián)合調(diào)度重點(diǎn)供水工程和省重點(diǎn)水利工程，是延安市“十二五”規(guī)劃建設(shè)的重大水源工程。其關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是楊家山輸水隧洞，全長11.34km。因?yàn)檩^長，所以設(shè)置了10個工作面，分5個標(biāo)段施工。隧洞為圓拱直墻型，斷面尺寸寬2.5m，高3.05m。輸水隧洞進(jìn)口位于柏樹坬山塬上，出口位于清澗河左岸坡。工程采用鉆爆法施工、全斷面開挖及小型運(yùn)輸車運(yùn)輸進(jìn)行施工，整個工程于2011年11月開工建設(shè)。

2 施工中通風(fēng)遇到問題

由于楊家山輸水隧洞較長，且工程量大，所以施工中的通風(fēng)特別重要。因?yàn)槠涞刭|(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隧洞離地面埋藏較深，使得隧道施工通風(fēng)較難，其技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

（1）原設(shè)計施工裝渣為耙渣機(jī)，實(shí)際開挖中發(fā)現(xiàn)，部分石渣粒徑較大，以至耙渣機(jī)無法滿足施工要求，我們改為小型裝載機(jī)出渣，氧氣消耗量加大，加大了通風(fēng)需求量。

（2）原設(shè)計施工出渣為農(nóng)用三輪車，由于該標(biāo)段有斜井，而且坡比較大，農(nóng)用三輪車安全性較差，因此，我們實(shí)際采用小型四輪農(nóng)用汽車進(jìn)行運(yùn)輸，也加大了氧氣的消耗量，對通風(fēng)效果提出了更高要求。

（3）設(shè)計斜井及主洞斷面尺寸較小，寬×高為2.5m×3.05m，洞內(nèi)采用小型運(yùn)輸車運(yùn)輸，運(yùn)輸設(shè)備的寬×高為1.8m×2.2m，剩余空間很小，還要布設(shè)風(fēng)、水、電路，再安通風(fēng)管，實(shí)際工作斷面更小，根本無法安裝吸風(fēng)管及設(shè)備，同時由于施工過程中風(fēng)帶損壞較嚴(yán)重，風(fēng)損較大，以至通過斜井送入主洞的風(fēng)量明顯不足，洞內(nèi)空氣質(zhì)量無法保證，隨著開挖進(jìn)尺的加大，極可能造成洞內(nèi)缺氧。

（4）單口通風(fēng)距離長；斜井與主洞交點(diǎn)至Ⅱ、Ⅳ兩標(biāo)段交匯點(diǎn)的距離達(dá)2160m，加上李家溝斜井約728m，單口通風(fēng)距離長達(dá)2888m，使得通風(fēng)速度慢、效果不佳。

（5）進(jìn)入主洞后，上下游兩個掌子面同時開挖，如果洞外送風(fēng)量不足，極有可能形成上下游煙氣串流的現(xiàn)象，非常不安全。

（6）洞內(nèi)氣壓小于洞外，且斜井與主洞高差超過50m，會造成洞內(nèi)煙氣不能排除或者排除緩慢的問題。

（7）無法增設(shè)豎井通風(fēng)的方案，由于Ⅲ標(biāo)段主洞埋深較大，基本在150m左右，而且打井的位置都只能選在山上，施工難度大，工期長，不可能及時解決洞內(nèi)的通風(fēng)排煙問題。

（8）原設(shè)計的通風(fēng)方案，通風(fēng)經(jīng)過斜井在交接處轉(zhuǎn)彎再送到主洞工作面上，風(fēng)量明顯不足，以致洞內(nèi)空氣質(zhì)量極差，作業(yè)人員的健康及安全受到直接影響，而且隨著施工掘進(jìn)深度的進(jìn)一步加大，問題將會更嚴(yán)重。

3 通風(fēng)設(shè)計方案

隧道施工中常用的通風(fēng)方法有機(jī)械法、巷道法、管道法，其中管道法按其送風(fēng)方法可分為壓入法、吸出法、混合法三類。壓入法的優(yōu)點(diǎn)是排污濁空氣速度快，安裝拆卸簡單方便，缺點(diǎn)是空氣通過全部通道；吸出法的優(yōu)點(diǎn)是施工操作點(diǎn)空氣快速凈化，空氣質(zhì)量較高，但是風(fēng)機(jī)需要頻繁地移動，噪音污染大，管道易漏風(fēng)且會造成重復(fù)污染；混合法雖然是施工隧道通風(fēng)中最佳的，空氣質(zhì)量好、速度快，但是受施工隧道的空間限制，難以實(shí)施。根據(jù)楊家山隧道的實(shí)際施工情況，綜合考慮多種制約因素，認(rèn)為壓入法較為合理、可行。針對施工通風(fēng)中存在的問題，我們主要從以下幾個方面去解決。

3.1 洞內(nèi)的溫度與風(fēng)速及空氣標(biāo)準(zhǔn)

在洞內(nèi)實(shí)施機(jī)械施工，會產(chǎn)生大量的熱量，增加洞內(nèi)空氣的稀薄程度。因此，我們要以通風(fēng)速度來降溫。其中溫度與風(fēng)速及空氣標(biāo)準(zhǔn)按照我國《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5099-1999）的規(guī)定，根據(jù)不同的溫度，按表1調(diào)節(jié)洞內(nèi)的風(fēng)速，以提高散熱效果，但工作面附近的最小風(fēng)速不得低于0.15m/s，最大風(fēng)速也不得大于4.0m/s。

規(guī)范規(guī)定洞內(nèi)每個作業(yè)人員應(yīng)供新鮮空氣3m3/min。洞內(nèi)空氣中氧含量為10%以上，游離SiO2粉塵的最高濃度為2mg/m3。

3.2 通風(fēng)量分析

3.2.1 施工通風(fēng)分析

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)外有關(guān)資料介紹，在獨(dú)頭巷道掘進(jìn)時，如爆破后立即開始通風(fēng)，當(dāng)采用電雷管起爆時，則炮煙的擴(kuò)散距離為25m左右。在爆炸的瞬間及之后數(shù)分鐘內(nèi)，被炮煙污染的僅是距工作面幾十米的隧洞空間。如能采取有效措施，及時將炮煙控制在拋擲距離附近，防止擴(kuò)散，則能大大減少排煙所需的通風(fēng)量，縮短通風(fēng)時間，且可減輕或避免污染整個隧洞。

3.2.2 設(shè)計參數(shù)

（1）開挖斷面積S=10.48m2；

（2）一次開挖進(jìn)尺2.0m；

（3）一次爆破用藥量G=64kg；

（4）洞內(nèi)最多作業(yè)人數(shù)15人；

（5）爆破后的通風(fēng)排煙時間t=30min；

（6）通風(fēng)管（筒）直徑d=0.8m；

（7）空氣質(zhì)量密度C=1.2kg/m3；

（8）重力加速度g=9.8m2/s；

表1 溫度與風(fēng)速的關(guān)系

圖1 通風(fēng)排煙方案圖

（9）風(fēng)管（筒）一個接頭的漏風(fēng)率Pt=0.003。

3.3 通風(fēng)方式與布置

3.4 通風(fēng)量計算

施工人員所需風(fēng)量：Vp=upmk

式中，Vp——施工人員所需風(fēng)量，m3／min；

Up——洞內(nèi)每個人所需新鮮空氣量，為3m3／min；

m——洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)，取m=15；

k——風(fēng)量備用系數(shù)，取用1.10～1.15。

則 Vp=3×15×1.15=52（m3／min）。

按洞內(nèi)要求最低風(fēng)速所需風(fēng)量：

式中，V1——工作面設(shè)計風(fēng)量，m3/min；

V——最小風(fēng)速，m3；

S——最大斷面積。

則 V1=0.15×10.48×60=94.32m3/min。

按稀釋爆破炮煙計算風(fēng)量：

式中，t——通風(fēng)時間，取20min；

G—一次爆破用藥量，取64kg；

L——從工作面至炮煙稀釋到允許濃度的距離，即臨界長度，取100m；

A——開挖斷面積10.48m2。

則 V2=246.03（m3／min）。

通過上述計算，稀釋爆破炮煙所需風(fēng)量最大，故V=246.03m3/min作為風(fēng)管的末端風(fēng)量。

3.5 導(dǎo)風(fēng)裝置形式選擇

導(dǎo)風(fēng)裝置可根據(jù)制造材料的不同，分成由帆布、人造革、塑料及膠皮等做成的柔性風(fēng)筒和由鐵皮、鋁板等做成的金屬風(fēng)管。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，決定選用帆布風(fēng)筒，它具有重量輕，連接、懸吊方便等特點(diǎn)。選擇風(fēng)筒時，要考慮風(fēng)筒的漏風(fēng)率和風(fēng)阻。

3.6 選擇通風(fēng)機(jī)

選擇通風(fēng)機(jī)主要是依據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓，以及確定在這樣的風(fēng)量和風(fēng)壓條件下通風(fēng)機(jī)的功率。我國目前生產(chǎn)的隧道開挖通風(fēng)機(jī)都是配套設(shè)備，只要由供風(fēng)量和風(fēng)壓選定相應(yīng)的設(shè)備就行了，不需計算動力。通風(fēng)機(jī)有軸流式和離心式兩種，出廠產(chǎn)品都有主要技術(shù)性能說明書或附有通風(fēng)機(jī)特性曲線，因此，可以按計算出的QI和全負(fù)壓H從產(chǎn)品說明書中選取；或根據(jù)H=R給出風(fēng)筒特性曲線，找出它與通風(fēng)機(jī)特性曲線的交點(diǎn)，即工況點(diǎn)，選取所需的通風(fēng)機(jī)。結(jié)合本工程特點(diǎn)，選用軸流式通風(fēng)機(jī)，因其比離心式通風(fēng)機(jī)體積小，安裝方便，效率也高，但噪音較大。

4 通風(fēng)方案的實(shí)施

（1）經(jīng)計算可知，在斜井施工時，洞口選擇SDFNO8/Ⅱ的風(fēng)機(jī)能滿足斜井施工要求。

（2）當(dāng)主洞施工時，通風(fēng)經(jīng)過斜井在交接處轉(zhuǎn)彎再送到主洞工作面上，風(fēng)量明顯不足，以致洞內(nèi)空氣質(zhì)量極差，作業(yè)人員的健康及安全受到直接影響，而且隨著施工掘進(jìn)深度的進(jìn)一步加大，問題將會更嚴(yán)重。因此，為了保證洞內(nèi)作業(yè)人員的安全，保證工程能夠順利按期完工，在主洞施工期間，通風(fēng)方案變更為斜井洞口采用SDF№10/Ⅱ的風(fēng)機(jī)供風(fēng)，以加大洞外供風(fēng)量，斜井段通風(fēng)管采用φ800mm負(fù)壓變形導(dǎo)風(fēng)筒，以減小風(fēng)損。

（3）主洞開挖至一定距離后，會采用雙掌子面同時施工，此時單口通風(fēng)就會出現(xiàn)串風(fēng)現(xiàn)象，所以在斜井樁號0+691處，垂直主洞軸線方向開挖一通道，與主洞相交，做20m隔斷，用50cm磚墻封堵，將風(fēng)送入隔斷內(nèi)，再向上下游工作面送風(fēng)，上下游各選用1臺SDF№8/Ⅱ軸流通風(fēng)機(jī)送風(fēng)，風(fēng)管用φ800mm帆布風(fēng)帶，如圖1所示。

5 結(jié)語

小斷面的隧洞施工通風(fēng)一直是我國地下工程施工中常遇到而又難以解決的問題，特別是像楊家山輸水隧洞這樣小的斷面、如此長的距離，極其困難的施工通風(fēng)環(huán)境，沒有先例。此項(xiàng)通風(fēng)技術(shù)的成功應(yīng)用，在國內(nèi)水電基建工程越來越多的情況下，具有非常積極的實(shí)踐意義。一是極大地改善了施工環(huán)境，保護(hù)了施工人員的健康和安全；二是大大縮短了爆破后的通風(fēng)排煙時間，加快了施工作業(yè)循環(huán)，保證了整個工程進(jìn)度；三是節(jié)約了成本，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。陜西水利