喬學(xué)淵

（蘭州新區(qū)市政投資管理集團(tuán)有限公司 甘肅蘭州 730314）

隧道施工環(huán)境相對(duì)封閉，施工中產(chǎn)生大量和灰塵和煙霧，有害物質(zhì)難以排除影響著施工人員的身心健康。因此在隧道施工中必須加強(qiáng)通風(fēng)方案設(shè)計(jì)，確保隧道內(nèi)外空氣流通，保障隧道工程的施工質(zhì)量和施工人員的生命安全。

1 隧道施工通風(fēng)現(xiàn)狀

隧道施工對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求與對(duì)安全、質(zhì)量的要求同等重要，構(gòu)成了三位一體。施工單位往往對(duì)洞內(nèi)通風(fēng)工作重視不足，通風(fēng)方案設(shè)計(jì)深度不夠，導(dǎo)致大多數(shù)隧道施工洞內(nèi)通風(fēng)狀態(tài)不良，施工環(huán)境較差。

2 隧道施工環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

由中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部發(fā)布的《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTFF60-2009）規(guī)定，隧道內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境的空氣應(yīng)必須符合下列衛(wèi)生及安全標(biāo)準(zhǔn)：

（1）空氣中的氧氣含量在作業(yè)過(guò)程中始終保持在19.5%以上，嚴(yán)禁用純氧進(jìn)行通風(fēng)換氣。

（2）空氣中一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NO2）等有害氣體濃度必須符合表1的規(guī)定。

表1 工作場(chǎng)所空氣中有毒物質(zhì)最高允許濃度

（3）空氣中的粉塵濃度應(yīng)符合表2的規(guī)定。

（4）隧道施工頭掘進(jìn)長(zhǎng)度超過(guò)150m時(shí)，必須采用機(jī)械通風(fēng)。隧道施工通風(fēng)應(yīng)提供洞內(nèi)各項(xiàng)作業(yè)所需要的最小風(fēng)量。每人供應(yīng)新鮮空氣不應(yīng)少于3m3/min，采用內(nèi)燃機(jī)械（汽車、裝載機(jī)、挖掘機(jī)等）作業(yè)時(shí)，供風(fēng)量不宜小于4.5m3/（min·kW）。全斷面開挖時(shí)風(fēng)速不應(yīng)小于0.15m/s，導(dǎo)洞內(nèi)不應(yīng)小于0.25m/s，但均不應(yīng)大于6m/s。

表2 工作場(chǎng)所空氣中粉塵容許濃度

3 通風(fēng)設(shè)計(jì)

采用新奧法開挖技術(shù)時(shí)爆破產(chǎn)生大量炮煙，出碴采用無(wú)軌出碴，汽車、裝載機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備都將產(chǎn)生大量的有害氣體，且隧道掘進(jìn)較長(zhǎng)，順坡掘進(jìn)排煙塵將變得難上加難。因此合理的通風(fēng)措施將至關(guān)重要。

3.1 風(fēng)量計(jì)算

（1）按施工人員計(jì)算：需要風(fēng)量Q1=N×q

式中：N——洞內(nèi)工作人員最多人數(shù)，取m=120人；

q——洞內(nèi)每人所需最低新鮮空氣量，3m3/min；

代入各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算得：Q1=120×3=360m3/min。

（2）按隧道內(nèi)凈空計(jì)算：Q2=60×S×Vmin

式中：S——斷面面積，按現(xiàn)在的F-III級(jí)圍巖襯砌后斷面S=81m2，開挖斷面S=93m2，取中間值S=87m2。

V——允許最小風(fēng)速≥0.15m/s；

Q2=60×S×Vmin=60×87×0.15=783m3/min。

（3）按洞中同一時(shí)間內(nèi)爆破作業(yè)的最多用藥量計(jì)算：Q3=7.18（AL2S2）1/3/t

式中：t——通風(fēng)時(shí)間，長(zhǎng)度超過(guò)1000m時(shí)，取t=30min；

A——一次爆破作業(yè)的最大用量，取A=200kg；

S——隧道斷面面積，88m2；

L——通風(fēng)長(zhǎng)度，最大通風(fēng)長(zhǎng)度取1200m；

代入各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算得：Q3=7.18（AL2S2）1/3/t=7.18×（200×12002×932）1/3/30=3244m3/min；

（4）按內(nèi)燃機(jī)需要風(fēng)量計(jì)算：Q4=Q0∑P

式中：∑P——同時(shí)在洞內(nèi)作業(yè)的各種內(nèi)燃機(jī)的功率總和（kW）；按規(guī)范及綜合考慮各種因素后，功率總和按額定總功率的70%計(jì)算；汽車5臺(tái)額定總功率150kW×5，裝載機(jī)2臺(tái)額定總功率135kW×2，挖機(jī)1臺(tái)額定總功率220kW。

總功率∑P=（150×5+135×2+220）×0.7

Q0——內(nèi)燃機(jī)單位功率所需風(fēng)量指標(biāo)，按《隧道設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取Q0=4.0m3/（min·kW）。

代入各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算得：Q4=Q0∑P=4.0×（150×5+135×2+220）×0.7=3472m3/min。

（5）風(fēng)阻計(jì)算：H阻=∑H動(dòng)+∑H局+H沿

取∑H動(dòng)=50Pa，局部壓力損失一般按沿程壓力損失的10%估算：H沿=agpLQ2/S3；

式中：a——風(fēng)道摩擦阻力系數(shù)，取a=3×10-4kg·s2/m2；

g——重力加速度，取9.81m2/s；

p——管道內(nèi)周長(zhǎng)，取1.5m風(fēng)筒布，p=Dπ=1.5×π≈4.71m；

L——風(fēng)道長(zhǎng)度，取L=1400m；

Q——風(fēng)機(jī)風(fēng)量，取Q=25m3/s；

S——管道截面積，取S=π（D/2）2=π×（1.5/2）2≈1.77m2；

代入各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算得：H沿=agpLQ2/S3=3×10-4×9.81×4.71×1200×252/1.773=1874.8Pa，H阻=∑H動(dòng)+∑H局+H沿=50+1874.8×10%+1874.8=2112.3Pa。

（6）漏風(fēng)計(jì)算：Q供=P×Qmax

百米漏風(fēng)率P100=0.015，管道長(zhǎng)L按1200m考慮，則漏風(fēng)系數(shù)：P=1/（1-0.012L/100×P100）=0.998

則有Q供=Qmax/P=3948/0.998=3956m3/min。

（7）通風(fēng)設(shè)備選擇

采用軸流式通風(fēng)機(jī)，選擇時(shí)按Q機(jī)≥1.1Q供（1.1是風(fēng)量?jī)?chǔ)備系數(shù)），軸流風(fēng)機(jī)SDF（C）-No12.5功率2385m3/min，風(fēng)壓5355Pa。根據(jù)以上計(jì)算可知：往上游洞方向采用（2×SDF（C）-No12.5）110kW×2 軸流變速風(fēng)機(jī)，壓人式通風(fēng) Q機(jī)=2385×2=4770m3/min＞1.1Q供=1.1×3956=4352m3/min，基本滿足施工要求。

3.2 輔助通風(fēng)措施

通風(fēng)一直是困擾長(zhǎng)大隧道施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，本工程承擔(dān)隧道施工長(zhǎng)度1200m，在通風(fēng)設(shè)計(jì)上，雖然采用了大功率的軸流變速風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，但為進(jìn)一步確保通風(fēng)效果，還應(yīng)該在影響方面加強(qiáng)措施，采取以下輔助通風(fēng)措施，來(lái)滿足長(zhǎng)大隧道無(wú)軌運(yùn)輸通風(fēng)的要求，具體措施如下：

（1）尾氣凈化

本工程采用無(wú)軌出碴，影響通風(fēng)效果最大因素之一就是內(nèi)燃機(jī)械尾氣，隨著隧道的加深，汽車、裝載機(jī)等的尾氣采取凈化措施，凈化裝置采用齊齊哈爾YS汽車廠生產(chǎn)的尾氣凈化器，并定期更換凈化藥品，確保尾氣凈化效果。

（2）綜合防塵措施

水幕降塵爆破時(shí)，在距掌子面30m外邊墻兩側(cè)各放一臺(tái)水幕降塵器；爆破前10min打開閥門，放炮30min后關(guān)閉。水幕降塵示意圖如圖1。

圖1

（3）袋炮泥技術(shù)

隧道爆破時(shí)才采用水袋炮泥，可以很有效的降低粉塵。水袋炮泥就是用專門制作的水袋跟炸藥形狀類似，和炸藥混合裝藥，最后在炮眼口用炮泥封實(shí)。實(shí)踐證明，此法降塵效率非常高。

（4）濕式鑿巖

凈化水源并在水中加濕潤(rùn)劑，濕潤(rùn)劑的作用是降低水的表面張力，當(dāng)粉塵與水滴膜相撞時(shí)，便易被沖洗濕潤(rùn)，水中加放0.1%的氯化鈉打眼時(shí)，可使空氣中的含塵量降到4.16～4.39mg/m3。

利用銳鉆頭鑿巖時(shí)，鑿巖機(jī)的沖擊力隨風(fēng)壓的提高而加大，因而被破碎的巖石粒徑也加大，粉塵量也減少，鑿巖的風(fēng)壓保持在0.6MPa以上時(shí)，既能提高鉆速又能降低含塵量。

鑿巖機(jī)供水量要保持在3～4L/min，供水壓力一般以0.2～0.3MPa為宜。

在鑿巖機(jī)上配制除油器。

（5）凈化風(fēng)源

風(fēng)機(jī)距洞口要保證25m以上的距離。當(dāng)采用混合式通風(fēng)時(shí)，吸出式風(fēng)筒在洞口處設(shè)90°彎角，把廢氣排向上方，避免混進(jìn)壓入式通風(fēng)機(jī)中。

（6）濕噴混凝土防塵

采用濕噴技術(shù)，控制噴頭處工作壓力，減少混凝土回填及粉塵量。

4 提高通風(fēng)效率的措施

（1）風(fēng)筒布選擇：盡量采用風(fēng)筒節(jié)長(zhǎng)較長(zhǎng)的，以減少接頭。

（2）掛設(shè)時(shí)，要做到平、直、緊、穩(wěn)，在高處不影響機(jī)械運(yùn)輸?shù)牡胤健?/p>

（3）采用合理變徑節(jié)：當(dāng)風(fēng)筒較長(zhǎng)時(shí)，采用變徑，可以減少通風(fēng)阻力。

（4）經(jīng)常檢查：由于洞內(nèi)外溫差，風(fēng)筒內(nèi)空氣遇冷后會(huì)出現(xiàn)積水，積水會(huì)增大風(fēng)筒的阻力，應(yīng)定期檢查和排放積水；發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)及時(shí)處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

在公路隧道施工中，由于受施工空間的影響，施工場(chǎng)所的灰塵和有害氣體可能會(huì)危害施工人員的人身安全，所以應(yīng)加強(qiáng)隧道施工通風(fēng)技術(shù)的研究和方案設(shè)計(jì)，完善和優(yōu)化通風(fēng)方案促進(jìn)洞內(nèi)空氣流通，進(jìn)而提高了施工效率，加強(qiáng)了施工質(zhì)量。

[1]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTFF60-2009）.

[2]《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TD70-2014）.

[3]公路隧道通風(fēng)防災(zāi)技術(shù).長(zhǎng)安大學(xué)，2008，01.