邱飛

（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東青島 266061）

0 引言

近年來，我國高速公路建設里程日益增加，高速公路建設環(huán)境越發(fā)復雜，特長隧道施工也逐步出現(xiàn)。在高速公路特長隧道施工中，通風困難問題較為突出，這不僅會影響隧道施工作業(yè)的順利進行，也會威脅施工人員的人身安全。因此，有必要深入研究高速公路特長隧道施工通風設計。

1 高速公路特長隧道施工項目概述

十巫高速公路紅巖1#特長隧道施工項目為分離式獨立雙洞結構，長度大于3000m，右線隧道（YK42+685—YK46+645）全長3960m，左線隧道（ZK42+690—ZK46+625）全長3935m。左線隧道、右線隧道之間的凈距離為27.5m，單洞寬、高分別為12.75m、8m，每端進洞長度2000m，標準橫斷面面積為106.12m2。

2 高速公路特長隧道施工通風設計原則

2.1 優(yōu)選大直徑風管

管內風速是選擇風管直徑的依據(jù)。開展高速公路特長隧道施工通風設計時，應在斷面許可的前提下優(yōu)選大直徑風管，并增加每一節(jié)風管的長度，壓縮風管接頭數(shù)量[1]。

2.2 嚴控通風機位置

通風機距洞口的距離是控制污風循環(huán)的關鍵。在高速公路特長隧道施工通風設計方面，應保證洞口壓入式通風機與洞口之間的距離大于等于30m，從源頭杜絕污風循環(huán)。

2.3 降低風量損失

風量損失是影響通風技術經(jīng)濟性的主要因素。在高速公路特長隧道施工通風設計環(huán)節(jié)，應平整、緊密、豎直、穩(wěn)固、平順吊掛風管，保證風管末端與工作面的距離小于15m，以有效降低風量損失。

3 高速公路特長隧道施工通風設計

3.1 通風量計算

通風量計算是高速公路特長隧道施工通風設計的前提，技術人員需要綜合考量隧道內同時工作最多人數(shù)、隧道內規(guī)定最小風速、隧道內所用內燃機械數(shù)量、一次爆破最多炸藥量等因素。比如，按照紅巖1#隧道正洞內同一時刻作業(yè)最多人數(shù)計算，每人新鮮空氣供給量為3m3/min；同時依據(jù)爆破40min 內工作面有害氣體沖淡（或排除）至設計濃度，單位炸藥爆破折合一氧化碳氣體40L/kg；洞內柴油機械運行時風量為4.5m3/kW·min，風管漏風率均值小于1%/100m，工作面周邊最小風速大于0.25m/min，最大風速小于6m/min，供風量大于等于需風量的1.5 倍。

因十巫高速公路紅巖1#特長隧道工程路線較長，可以選擇機械通風方式。壓入式機械通風具有風筒出口風速大、有效射程遠、排煙能力強、工作面通風時間短、成本低等優(yōu)點，可以應用于特長隧道通風。通風方式確定為壓入式后，左線隧道正洞、右線隧道正洞獨立配置一套通風設備。此時，僅考慮作業(yè)人員，理論風量為作業(yè)面每一作業(yè)人員供風量（3m3/min）、同一時刻作業(yè)面最多人數(shù)（60 人）、風量備用系數(shù)（1.25）的乘積。

單純考慮開挖面爆破排煙（規(guī)定時間內將每千克炸藥所產(chǎn)生的有害氣體稀釋至允許濃度以下所需的最小風量），需風量與同時爆破炸藥量（130kg）、通風時間（40min）、風量備用系數(shù)（1.25）有較大關系，將已有數(shù)據(jù)代入公式（1），即可得出開挖面爆破排煙需風量（Q）[2]。

式（1）中：Q 為開挖面爆破排煙需風量，m3/min；Y 為相鄰孔眼間隔，5m/孔；W 為爆破長度，6m；U 為一工作日內硫化氫濃度，10mg/m3；I 為同時爆破炸藥量，130kg；J 為風量備用系數(shù)，1.25；n 為單位炸藥爆破折合一氧化碳氣體，40L/kg；m 為同一時刻作業(yè)面最多人數(shù)，60 人。

單純考慮內燃設備總功率，對“開挖+運渣”“開挖+澆筑混凝土”兩種工況進行分析。在“開挖+運渣”工況下，需統(tǒng)計裝載機ZL50（1 臺）、挖掘機（1臺）、自卸車（2 輛）的總功率，其中裝載機的總功率為121.5kW，挖掘機的總功率為93.75kW，自卸車的總功率為319.5kW，合計534.75kW；在“開挖+澆筑混凝土”工況下，需統(tǒng)計裝載機ZL50（1 臺）、挖掘機（1臺）、混凝土運輸車（2 輛）的總功率，其中混凝土運輸車總功率322.5kW，合計537.75kW，在內燃機械單位功率供風量不變時，總供風量約2419.88m3/min。

單純考慮排風最低風速，最大風量為洞內允許最小風速（0.25m/min）與隧道最大開挖斷面面積（145.71m2）的乘積，即36.4275m3/min。

總的來說，理論最大通風量為上述結果的最大值，約2419.88m3/min。因實際通風時漏風問題無法避免，實際供風量為理論需風量（約2419.88m3/min）、漏風系數(shù)（1.286）的乘積，即3111.96568m3/min。

3.2 風壓設計

根據(jù)隧道圓形等截面直管的特點，在不考慮局部阻力的情況下，結合《公路隧道通風設計細則》（JTG/T D70/2-02—2014）關于管道內風壓損失的計算公式，進行風壓計算，風壓損失△P 為：

式（2）中：λ為摩擦阻力系數(shù)，0.0138NS2/m4；L 為風管長度，2500m；ρ為計算點夏季空氣密度，1.2kg/m3；v為管內風速（實際供風量除以隧道最大開挖斷面面積），14.49m/min；D 為風管直徑，1.8m。代入上述數(shù)值可計算出風壓損失約為5420Pa，而通風系統(tǒng)風壓應大于風壓損失與測試斷面平均風壓修正系數(shù)（1.1）的乘積（5962Pa）。

3.3 通風設備布置

3.3.1 型號選擇

根據(jù)隧道風壓與風量要求，采用長管路獨立端頭壓入式通風方案，從洞外出發(fā)，經(jīng)長風管將新鮮風輸送到工作面，被污染風則經(jīng)隧道排出[3]。根據(jù)工程現(xiàn)有洞口應當承擔的施工作業(yè)內容，在通風量一定的情況下，根據(jù)壓入式通風情況，配備φ1800mm 鋼絲軟風帶、φ1800mm 普通軟風帶。同時配置2 臺SDF（B）-2-NO.14 軸流風機（160kW），兩者串聯(lián)，由出口排出污濁空氣，最大風量達4116m3/min，最大風壓達6860Pa，可以滿足施工區(qū)間供風要求。

此外，為了在短時間內排除特長隧道炮眼，在布置機械壓入式通風機械的基礎上，還可以輔助設置通風裝置，即利用壓縮風經(jīng)噴嘴以一個較高的速度噴射流體（或由高壓水管做成的簡易水引射器噴射的高壓水），不斷將周邊靜止空氣卷吸入射流，使射流的斷面不斷擴大，流速不斷降低，流量則沿程增加。與此同時，由于靜止空氣摻入，發(fā)生動量交換，會產(chǎn)生阻滯作用，抑制射流邊界流線，經(jīng)一定距離后整個射流會變?yōu)槲蓜由淞鳎涌焯亻L隧道風流速度，強化通風效果。

3.3.2 設備布置

在隧道施工期間，由于進口、出口工區(qū)的施工作業(yè)均為獨頭掘進方式，所以需要合理劃分通風階段，合理布置機械通風方案。在隧道作業(yè)獨立端頭掘進長度小于300m 時，φ1800mm 鋼絲軟風帶、φ1800mm普通軟風帶分別位于風機接口200m 內、風機接口200m 外，同時在左線隧道正洞每端管道起點、距離管道起點1000m 位置分別安裝1 臺SDF（B）-2-NO.14軸流風機（160kW），串聯(lián)軸流風機，完成壓入式機械通風布置，由長管路獨立端頭壓入式通風，經(jīng)洞口回風[4]。在這個基礎上，根據(jù)新鮮空氣供應需求，在洞外安裝風機，風機與隧道正洞口相距10m 左右。確定風機位置后，提前通過混凝土澆筑的方式，設置通風機底座，底座高度為0.5m，利用螺桿牢固連接通風機與底座，并在通風機、配電柜上方搭設護欄、雨棚，避免雨淋受潮引發(fā)意外事故。

在隧道作業(yè)獨立端頭掘進長度達到或超過300m時，應將壓入式通風機移動到隧道正洞內，距離隧道正洞口方向一側橫通道20m 及以上，經(jīng)通風管向工作面壓入通風，污濁風流經(jīng)橫通道向隧道正洞排放，最終經(jīng)隧道正洞向洞外排放。同時在通道內設置局扇，加快隧道正洞內污濁風流流動速度，直到通道與隧道正洞完全貫穿。貫穿后，將SDF（B）-2-NO.14 軸流風機（160kW）設置到隧道正洞，其他通道兩端封閉或設 置 風 門[5]。另 外，將2 臺SDF（B）-2-NO.14 軸 流 風機（160kW）分別設置在距離隧道正洞口300m、1000m的位置，加速污濁風流排放。

在施工隧道正洞大小里程超過300m 小于1500m時，布 置2 臺 串 聯(lián) 的SDF（B）-2-NO.14 軸 流 風 機（160kW），同時將防爆型射流風機布置在斜井與正洞交匯位置（防爆型射流風機功率為60kW，可以消除渦流現(xiàn)象，滿足隧道正洞對風速的要求）。在通道與隧道正洞貫穿后，將隧道正洞通風機移動到橫向通道內，經(jīng)風筒向隧道正洞工作面壓入式通風，污濁風流向通過隧道正洞排出洞外。同時，在橫向通道、正洞之間設置風門，風門位于SDF（B）-2-NO.14 軸流風機（160kW）前，以避免橫向通道內的污濁風流形成渦流。

在施工隧道正洞大小里程超過1500m 時，風機安裝完畢后，選擇距離地面1.5m 高的位置懸掛風筒，風筒懸掛前需打設孔眼，相鄰孔眼間隔5m，打孔完畢后，在孔眼位置安裝錨桿并布置φ6mm 鋼筋，借助緊線器完成鋼筋張拉，拉線要穩(wěn)定、牢固，以平順懸掛風管，并利用鐵絲將風筒與風機牢固綁扎。風筒與SDF（B）-2-NO.14 軸流風機（160kW）串聯(lián)相接通風，在隧道正洞與斜井交匯位置安裝若干臺防爆型射流風機，相鄰風機之間間隔1000m。

3.4 設備檢測驗收

通風設備安裝完畢后，需要將隧道斷面劃分為若干個風速檢測單元，利用風速表進行風速檢測[6]。在測風地點溫度與二氧化碳濃度一定的情況下，將風速表的指針、秒表歸零，將風速表正對風流（專業(yè)檢測人員需手持風速表，手臂向正前方伸直，確保風速表與風流方向垂直）。風速表空轉30s 后，開啟風速表和秒表開關，在60s 內根據(jù)測量線路均勻移動風速表，結束后關閉風速表、秒表開關并讀出表速。同一斷面位置測風頻次應大于等于3 次，每次結果的誤差應小于等于5%。最終平均風速為測試斷面平均風速、修正系數(shù)（1.14）的乘積，通過風量為隧道斷面面積與平均風速的乘積。之后則可根據(jù)計算結果對通風設備進行調試，確保通風設備的通風量與設計要求相符。

除測量風速、通風量外，還需要檢測隧道正洞內的有毒有害物質，包括一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、碳氧化合物、粉塵等[7]。其中一氧化氮、二氧化硫、二氧化氮短時間（15min）接觸容許濃度分別為30mg/m3、10mg/m3、10mg/m3；8h 內平均接觸容許濃度分別為5mg/m3、5mg/m3、15mg/m3。粉塵濃度應小于1.5mg/m3，一工作日內硫化氫濃度應小于等于10mg/m3。在有毒有害物質檢測方面，可根據(jù)《工作場所空氣有毒物質測定 第37 部分：一氧化碳和二氧化碳》（GBZ/T 300.37—2017）、《工作場所空氣中粉塵測定 第4 部分：游離二氧化硅含量》（GBZ/T 192.4—2007）及其他規(guī)范展開相關工作，并根據(jù)測試結果調整通風設備參數(shù)，如利用多反邊接頭法代替柔性風筒接頭法，解決風筒漏風問題，確保通風效果。

4 結語

綜上所述，特長隧道內不可避免地會含有一定量的粉塵、機械尾氣，加之混凝土水化反應會大量放熱，且通風性較差，施工過程中容易對作業(yè)人員的身體產(chǎn)生一定的危害。因此，施工團隊應結合高速公路特長隧道作業(yè)環(huán)境，采用合理的通風技術，打造安全且衛(wèi)生的施工環(huán)境，為作業(yè)人員的職業(yè)健康提供保障。