馬天昌

(中鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司, 天津 300308)

長(zhǎng)大隧洞通風(fēng)效果監(jiān)測(cè)與分析

馬天昌

(中鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司, 天津 300308)

以錦屏二級(jí)水電站引水長(zhǎng)大隧洞施工通風(fēng)為背景，運(yùn)用理論分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法，對(duì)長(zhǎng)大隧洞通風(fēng)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)通風(fēng)方案優(yōu)化的通風(fēng)效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，初始階段隧洞身段風(fēng)流速度為0.680 m/s、最小值為0.638 m/s，可以滿(mǎn)足施工人員身體需要，但洞內(nèi)各個(gè)地段5種污染物均大大超過(guò)了規(guī)范要求范圍，特別是CO和SO2嚴(yán)重超標(biāo)，分別高達(dá)51 mg/m3和23 mg/m3，超過(guò)允許值，對(duì)施工人員身體健康有極大危害。通風(fēng)方案優(yōu)化后，隧洞施工通風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)壓及空氣質(zhì)量基本可以達(dá)到施工要求，但通風(fēng)費(fèi)時(shí)仍然較長(zhǎng)，建議在局部洞段考慮增設(shè)射流風(fēng)機(jī)，以盡最大程度降低污染物濃度。

隧洞工程; 施工通風(fēng); 效果; 監(jiān)測(cè)

錦屏二級(jí)水電站引水隧洞長(zhǎng)達(dá)16.67 km，其實(shí)際鉆爆法施工獨(dú)頭掘進(jìn)通風(fēng)距離達(dá)到了12.5 km，TBM獨(dú)頭掘進(jìn)通風(fēng)距離達(dá)7 km，工作面及洞身段通風(fēng)效果難以確定，特別是隨著隧洞掘進(jìn)的不斷深入，洞身長(zhǎng)度增加后，洞身段已經(jīng)出現(xiàn)通風(fēng)不暢、通風(fēng)時(shí)間大幅度增加并局部發(fā)生整條隧洞長(zhǎng)期處于污染或死風(fēng)，導(dǎo)致施工癱瘓，嚴(yán)重影響工程建設(shè)進(jìn)度和安全。單條隧洞如此，而整個(gè)錦屏工程共有7條特長(zhǎng)隧洞，加上檢修、交通及大量的其他輔助隧洞，總長(zhǎng)近150 km，其通風(fēng)相互干擾極其嚴(yán)重。

因此，錦屏水電站作為一項(xiàng)如此龐大又復(fù)雜的工程，必須以科學(xué)的通風(fēng)理論作為基礎(chǔ)，并以錦屏水電站現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)計(jì)算制定出一套既結(jié)合實(shí)際又經(jīng)濟(jì)合理的通

風(fēng)方案。在此就隧洞(道)通風(fēng)理論分析與計(jì)算以及錦屏隧洞群施工過(guò)程通風(fēng)條件進(jìn)行具體分析與研究，為后續(xù)方案論證與實(shí)施奠定必要的基礎(chǔ)。

1 特長(zhǎng)隧洞施工通風(fēng)現(xiàn)狀分析

為更好地了解隧洞群前期施工通風(fēng)效果，選擇采用鉆爆法施工的4#引水隧洞通風(fēng)條件較差時(shí)洞身段進(jìn)行局部通風(fēng)參數(shù)和空氣質(zhì)量測(cè)試，為后續(xù)通風(fēng)方案研究提供參考。

1.1 風(fēng)速測(cè)試結(jié)果與分析

參考通風(fēng)理論[1-2]，指定測(cè)試方案并進(jìn)行測(cè)試。爆破后60 min，選擇某個(gè)洞身段每隔50 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)各測(cè)試至少10組數(shù)據(jù)，取各組數(shù)據(jù)平均值，測(cè)試結(jié)果列于表1。

表1 4#引水洞洞身段風(fēng)速測(cè)試結(jié)果

注：測(cè)點(diǎn)里程中的“+”表示距離工作面向大里程(下游)及工作面掘進(jìn)相反方向。

從表1中可知：被測(cè)試的洞身段風(fēng)流速度變化不大，其最大值為0.680 m/s，最小值為0.638 m/s，基本上能滿(mǎn)足最低風(fēng)速要求。當(dāng)空氣溫度為15～20℃時(shí)，適宜的風(fēng)速應(yīng)小于1.0 m/s，按測(cè)試結(jié)果，工作面位置的風(fēng)速適合施工人員身體需要。

1.2 空氣質(zhì)量測(cè)試

爆破后60 min的4#洞洞身段空氣質(zhì)量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出，洞內(nèi)主要存有CO、SO2、CO2、NO2以及粉塵等5種污染物，而H2S和CH4基本沒(méi)有。污染物沿隧洞軸線(xiàn)濃度變化不大，在各個(gè)地段5種污染物均大大超過(guò)了規(guī)范要求范圍，特別是CO和SO2嚴(yán)重超標(biāo)，分別高達(dá)51 mg/m3和23 mg/m3，超過(guò)允許值。此時(shí)，施工環(huán)境較差，對(duì)施工人員身體健康有極大危害，須盡快采取切實(shí)可行的工程對(duì)策，以盡最大程度降低污染物濃度。

表2 4#引水洞洞身段爆破后60 min空氣質(zhì)量測(cè)試結(jié)果(18℃) mg/m3

2 施工通風(fēng)效果監(jiān)測(cè)方法

依據(jù)通風(fēng)技術(shù)及方法[3-5]，監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇在工程通風(fēng)的關(guān)鍵點(diǎn)，如工作人員密集區(qū)、施工器械密集區(qū)、進(jìn)排風(fēng)路與主風(fēng)路交匯點(diǎn)和由其他線(xiàn)路取風(fēng)的引入點(diǎn)等。在此主要對(duì)爆破開(kāi)挖面進(jìn)行分析，其他不作贅述。

爆破開(kāi)挖面監(jiān)測(cè)位置設(shè)置在距離爆破面25 m處，每隔20 m設(shè)一監(jiān)測(cè)點(diǎn)共5個(gè)點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 爆破開(kāi)挖面附近監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置(單位：m)

3 施工通風(fēng)優(yōu)化后的效果監(jiān)測(cè)與分析

為了克服通風(fēng)困難，依據(jù)通風(fēng)技術(shù)及理論，對(duì)隧洞通風(fēng)參數(shù)計(jì)算與風(fēng)機(jī)選型進(jìn)行重新核定。

3.1 風(fēng)速測(cè)試結(jié)果與分析

施工通風(fēng)風(fēng)速測(cè)試按在距離工作面25 m至105 m近100 m區(qū)域內(nèi)，每隔20 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)各測(cè)試至少10組數(shù)據(jù)，取各組數(shù)據(jù)平均值，測(cè)試結(jié)果如表3和如圖2所示。

從表3和圖2中可知：在工作面附近25 m至105 m范圍內(nèi)，離工作面最近的1號(hào)測(cè)點(diǎn)風(fēng)流速度最小，其值為0.591 m/s；因測(cè)點(diǎn)附近布設(shè)了射流風(fēng)機(jī)，2號(hào)測(cè)點(diǎn)風(fēng)流速度。

表3 隧洞爆破工作面風(fēng)速測(cè)試結(jié)果

注：測(cè)點(diǎn)里程中的“+”表示距離工作面向大里程(下游)及工作面掘進(jìn)相反方向，后同。

圖2 4#引水洞爆破工作面風(fēng)速

最大，其值高達(dá)4.063 m/s；3號(hào)測(cè)點(diǎn)也受射流風(fēng)機(jī)影響，其風(fēng)流速度為3.099 m/s。無(wú)論是工作面附近還是遠(yuǎn)達(dá)100 m的位置，風(fēng)速均大于0.25 m/s，滿(mǎn)足隧洞施工通風(fēng)風(fēng)量要求，由此可以說(shuō)明射流風(fēng)機(jī)在隧洞施工通風(fēng)中起到了至關(guān)重要的作用。值得注意的是，當(dāng)空氣溫度為15～20℃時(shí)，適宜的風(fēng)速應(yīng)小于1.0 m/s，按測(cè)試結(jié)果，工作面位置的風(fēng)速適合施工人員身體需要，但在射流風(fēng)機(jī)附近風(fēng)速過(guò)大，人員應(yīng)盡量不靠近風(fēng)機(jī)設(shè)備，條件允許時(shí)風(fēng)機(jī)安裝在隧洞頂部最為合理。

3.2 風(fēng)壓測(cè)試結(jié)果與分析

施工通風(fēng)風(fēng)壓與風(fēng)速測(cè)試相對(duì)應(yīng)，風(fēng)壓測(cè)試結(jié)果表4所示。

表4 4#引水洞爆破工作面風(fēng)壓測(cè)試結(jié)果 kPa

注：表中序號(hào)靠近工作面為1號(hào)，風(fēng)流方向?yàn)?、2、1。

從表4可知：風(fēng)壓由風(fēng)機(jī)通風(fēng)向工作面逐漸減小，在射流風(fēng)機(jī)附近風(fēng)壓為2.11 kPa，經(jīng)過(guò)80m后到工作面附近時(shí)風(fēng)壓減小為0.97 kPa，減小了114%。如果不設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，風(fēng)壓將會(huì)急劇下降，不能滿(mǎn)足施工通風(fēng)的需要。

3.3 空氣質(zhì)量測(cè)試結(jié)果與分析

因不同地點(diǎn)和時(shí)間的空氣質(zhì)量差異很大，僅在90 min后才滿(mǎn)足施工人員安全要求，隧洞空氣質(zhì)量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，5種污染物部分已滿(mǎn)足規(guī)范要求，其余略有超出規(guī)范要求。5種污染物變化范圍為：CO 30.4～31.6

圖3 4#引水洞爆破工作面爆破后90 min有害氣體測(cè)試結(jié)果

mg/m3，SO214.5～15.1 mg/m3，CO244.4～46.7 mg/m3，NO24.86～5.13 mg/m3，粉塵 1.94～2.29 mg/m3。此時(shí)，O2含量高于20%滿(mǎn)足人體工作需求，對(duì)人體危害最大的CO略微超出30 mg/m3，施工環(huán)境正常。

4 結(jié)論

(1) 長(zhǎng)大隧洞(道)通風(fēng)是極其困難的關(guān)鍵問(wèn)題，必須以科學(xué)的通風(fēng)理論作為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算優(yōu)化出一套既結(jié)合實(shí)際又經(jīng)濟(jì)合理的通風(fēng)方案才能滿(mǎn)足后續(xù)工程施工要求。

(2) 在施工通風(fēng)方案優(yōu)化后，風(fēng)速、風(fēng)壓及空氣質(zhì)量基本可以達(dá)到施工要求，但通風(fēng)時(shí)間仍然還需較長(zhǎng)，應(yīng)該在局部洞段考慮增設(shè)射流風(fēng)機(jī)，并對(duì)射流風(fēng)機(jī)布設(shè)位置做進(jìn)一步論證。

[1] 張開(kāi)順. 特長(zhǎng)隧道多斷面掘進(jìn)施工通風(fēng)技術(shù)[J]. 西部探礦工程,2006,(4):145-146

[2] 陳健勇. 高原小斷面長(zhǎng)隧獨(dú)頭施工通風(fēng)綜合措施效果評(píng)價(jià)[J]. 鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保,2002,29(4):161-162

[3] 肖楊. 長(zhǎng)大隧道的施工通風(fēng)[J]. 四川水力發(fā)電,2008,27(5):22-24

[4] 殷立軍,楊文生. 長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)技術(shù)[J]. 西部探礦工程,1999,11(增刊):197-200

[5] 汪雪英,楊恩文,藍(lán)祖秀. 南水北調(diào)西線(xiàn)工程深埋長(zhǎng)隧洞掘進(jìn)機(jī)施工通風(fēng)研究[J]. 隧道建設(shè),2007,(增刊):250-253

馬天昌(1975～)，男，本科，工程師。

U453.5

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[定稿日期]2015-02-13