劉安民

摘 要：【目的】在長(zhǎng)大隧道施工中，洞內(nèi)往往通風(fēng)效果差或不足，其施工環(huán)境很差，嚴(yán)重影響作業(yè)人員健康及機(jī)械設(shè)備安全?！痉椒ā繛檠芯块L(zhǎng)大隧道多階段復(fù)雜組合式通風(fēng)，以貴南鐵路大方山隧道為工程背景，采用理論計(jì)算的手段，對(duì)隧道出口不同階段通風(fēng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)分析?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明：隧道出口采用三階段設(shè)計(jì)方案可以滿足洞內(nèi)通風(fēng)要求；通過(guò)PVC增強(qiáng)維綸布風(fēng)管和拉鏈?zhǔn)浇宇^制作的風(fēng)管可以很好地降低漏風(fēng)率，適當(dāng)增加風(fēng)管直徑可大幅降低風(fēng)阻影響。【結(jié)論】研究結(jié)果可為類似工程安全施工提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：隧道；施工通風(fēng)；參數(shù)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U453.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2023）09-0092-04

Abstract：[Purposes] In the construction of long tunnels， poor or insufficient ventilation often leads to poor construction environment， which seriously affects the health of operators and the safety of machinery and equipment.[Methods] In order to study the multi-stage complex combined ventilation of long and large tunnels， this paper takes the Dafangshan Tunnel of Guinan Railway as the engineering background to analyze the ventilation schemes at different stages of the tunnel exit were designed and analyzed using theoretical calculation methods. [Findings] The results show that adopting a three stage design scheme for the tunnel exit can meet the ventilation requirements in the tunnel; the air duct made of PVC reinforced vinylon cloth air duct and zipper joint can effectively reduce the air leakage rate， and appropriately increasing the diameter of the air duct can significantly reduce the impact of wind resistance. [Conclusions] The research results can provide reference for the safety construction of similar projects.

Keywords： tunnel； construction ventilation； parameter design

0 引言

隧道施工通風(fēng)是隧道施工中重要的一環(huán)，隨著對(duì)作業(yè)環(huán)境要求的提高，通風(fēng)方案也愈發(fā)受到關(guān)注，其中不可避免地涉及通風(fēng)設(shè)計(jì)。魯小龍［1］對(duì)高原鐵路某隧道短橫洞長(zhǎng)距離施工方案進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算；劉源［2］對(duì)玉渡山隧道進(jìn)行了通風(fēng)方案及相應(yīng)的設(shè)備配套研究；張春浩［3］以揭惠鐵路百吉嶺隧道烏豐斜井工程為例，進(jìn)行了斜井通風(fēng)方案設(shè)計(jì)；另外還有許多專家學(xué)者對(duì)長(zhǎng)大及不良地質(zhì)環(huán)境的隧道通風(fēng)進(jìn)行了相關(guān)的研究［4-9］。筆者以貴南鐵路大方山隧道為工程背景進(jìn)行了詳細(xì)的通風(fēng)設(shè)計(jì)研究，以期為今后類似工程通風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

貴南鐵路大方山隧道位于廣西境內(nèi)荔波～環(huán)江區(qū)間，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，單洞雙線，線路里程為DK255+263～DK264+910，全長(zhǎng)9.6 km，隧道內(nèi)線路縱坡為人字坡，最大埋深約375 m。隧道輔助坑道采用進(jìn)口泄水洞和出口平導(dǎo)形式輔助施工。其中進(jìn)口泄水洞長(zhǎng)度3 km，與正洞通過(guò)6個(gè)橫通道連接，橫通道間距500 m；出口平導(dǎo)長(zhǎng)度5.2 km，設(shè)有13個(gè)橫通道，其間距為400 m，如圖1所示。

本隧道采用鉆爆法施工，隧道最大斷面134.96 m2，進(jìn)、出口雙向掘進(jìn)，挖掘機(jī)和裝載機(jī)同時(shí)裝碴，采用無(wú)軌運(yùn)輸方式出碴。隧道中因爆破炮煙、車輛廢氣及粉塵等因素影響，導(dǎo)致洞內(nèi)施工環(huán)境差，另外大方山隧道DK263+650～DK264+820段為石炭系下統(tǒng)大塘階頁(yè)巖、砂巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖，疑似存在瓦斯等有毒有害氣體，因此施工中需要對(duì)通風(fēng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證隧道通風(fēng)效果，進(jìn)而保證人員及設(shè)備施工。

2 隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

本隧道開挖斷面面積130 m2，爆破每循環(huán)用藥量240 kg，洞內(nèi)一次最多作業(yè)工人數(shù)按70人算，爆破通風(fēng)時(shí)間30 min，采用直徑1.8 m通風(fēng)軟管，輔助坑道采用直徑0.8 m軟管，管道百米漏風(fēng)率2％，這里以出口第二階段巷道式通風(fēng)為例進(jìn)行計(jì)算，出口第二階段通過(guò)平導(dǎo)輔助正洞開挖面通風(fēng)，通過(guò)軸流式風(fēng)機(jī)將風(fēng)輸送到開挖掌子面，最大通風(fēng)距離按1 200 m計(jì)算。

2.2 隧道總通風(fēng)量計(jì)算

隧道總通風(fēng)量按最低風(fēng)速、排除爆破炮煙、洞內(nèi)最多工人數(shù)和設(shè)備計(jì)算，計(jì)算完成后取其中最大風(fēng)量值作為后續(xù)設(shè)備選型依據(jù)。

2.2.1 按最小風(fēng)速計(jì)算。為保證人員健康，隧道內(nèi)最小風(fēng)速不小于0.25 m/s，則通風(fēng)量Q1=S×V=0.25×130×60=1 950 m3/min

2.2.2 按稀釋爆破炮煙計(jì)算，則有式（1）。

2.4.2 風(fēng)機(jī)安裝。

①洞外風(fēng)機(jī)安裝。為保證供風(fēng)不被污染，將風(fēng)機(jī)安裝于洞外30 m處，施作0.5 m厚混凝土底座后在其上方架設(shè)工字鋼門架，將風(fēng)機(jī)固定工字鋼門架上，同時(shí)為保證通風(fēng)機(jī)和配電柜避免雨淋受潮及防止發(fā)生觸電事故，在其上方設(shè)施工雨棚和護(hù)欄。

②洞內(nèi)風(fēng)機(jī)安裝。洞內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)安裝高度控制在隧道拱腰部位，支撐風(fēng)機(jī)支架整體強(qiáng)度及相關(guān)螺栓拉拔強(qiáng)度應(yīng)經(jīng)驗(yàn)算合格。

2.4.3 風(fēng)管的選擇與安裝。選用PVC增強(qiáng)維綸布風(fēng)管，在風(fēng)管安裝過(guò)程中要注意風(fēng)機(jī)口與風(fēng)管口不一致或不同直徑風(fēng)管口連接時(shí)，應(yīng)以漸變的方式進(jìn)行連接，并且其連接長(zhǎng)度不小于3 m；當(dāng)需要采用三通風(fēng)管時(shí)，應(yīng)保證兩個(gè)從風(fēng)管的過(guò)流面積之和大于主風(fēng)管；安裝時(shí)應(yīng)吊掛平直，避免褶皺，連接須牢固且不漏風(fēng)，在洞內(nèi)拐角部位應(yīng)避免死彎，防止阻力過(guò)大導(dǎo)致通風(fēng)效果變差。

3 隧道通風(fēng)布置

目前，隧道通風(fēng)主要有獨(dú)頭通風(fēng)和巷道式通風(fēng)兩種方式。一般在掘進(jìn)距離短時(shí)通過(guò)在洞口設(shè)置軸流式風(fēng)機(jī)進(jìn)行獨(dú)頭通風(fēng)，超過(guò)一定距離后由于沿途風(fēng)阻、通風(fēng)設(shè)備等因素導(dǎo)致獨(dú)頭通風(fēng)效果變差或不經(jīng)濟(jì)，此時(shí)可以采用巷道式通風(fēng)，利用隧道內(nèi)各通道組成通風(fēng)回路，保證通風(fēng)效果。本隧道出口工區(qū)通風(fēng)設(shè)置分三個(gè)階段，具體如下。

3.1 第一階段

在正洞與平導(dǎo)13號(hào)橫洞貫通之前，正洞與平導(dǎo)洞口20 m位置分別設(shè)1臺(tái)SDF（B）-№13型軸流風(fēng)機(jī)（2×132 kW軸流風(fēng)機(jī)）進(jìn)行壓入式通風(fēng)。

3.2 第二階段

正洞與平導(dǎo)12號(hào)橫洞貫通后，平導(dǎo)洞口風(fēng)機(jī)移入正洞，并增加1臺(tái)SDF（B）-№13型軸流風(fēng)機(jī)（2×132 kW軸流風(fēng)機(jī)），對(duì)正洞兩個(gè)工作面、平導(dǎo)一個(gè)工作面，采用巷道式通風(fēng)，如圖2所示。具體通風(fēng)布置如下。①在進(jìn)口主洞DK264+540里程（距13#橫通道30 mm）處布置3臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)（功率132 kW×2）作壓入式通風(fēng)，用軟管通過(guò)橫通道分別接至主洞出口、12#橫通道小里程掌子面及平導(dǎo)掌子面15 m處，向掌子面壓入新鮮空氣。②為保證效果，在主洞軸流風(fēng)機(jī)后20～30 m處增設(shè)2臺(tái)SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機(jī)引入新鮮空氣；主洞掌子面污濁空氣通過(guò)12橫通道排向平導(dǎo)，為防止泄水洞污風(fēng)阻礙從橫通道排出的主洞掌子面污風(fēng)，在平導(dǎo)掌子面后方50～70 m以內(nèi)安裝1臺(tái)射流風(fēng)機(jī)SSF-№10（18.5 kW），另在后方每隔500 m設(shè)置1臺(tái)射流風(fēng)機(jī)SSF-№10（18.5 kW），加快主洞污風(fēng)循環(huán)；在13#、12#橫通道位置各設(shè)1臺(tái)SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機(jī)，使主洞掌子面污風(fēng)經(jīng)橫通道引流至平導(dǎo)。③隨著掌子面的向前掘進(jìn)，軸流風(fēng)機(jī)隨橫通道的開挖完成向前同步移動(dòng)，并根據(jù)排風(fēng)道長(zhǎng)度增設(shè)射流風(fēng)機(jī)，橫通道除最前面的2個(gè)通風(fēng)外，其余均用風(fēng)墻封閉。

3.3 第三階段

平導(dǎo)施工完畢后，正洞2臺(tái)風(fēng)機(jī)分別對(duì)正洞兩個(gè)工作面進(jìn)行巷道式通風(fēng)，如圖3所示。具體通風(fēng)布置如下。①在進(jìn)口主洞DK260+210里程（距2#橫通道100 mm）處布置2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)（功率132 kW×2）作壓入式通風(fēng)，用軟管通過(guò)橫通道分別接至主洞出口、1#橫通道小里程掌子面15 m處，向掌子面壓入新鮮空氣。②在主洞軸流風(fēng)機(jī)后20～30 m處增設(shè)1臺(tái)SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機(jī)，且向洞口位置每間距500 m設(shè)置1臺(tái)№10（18.5 kW）射流風(fēng)機(jī)，引入洞外新鮮空氣；主洞掌子面污濁空氣通過(guò)1#橫通道排平導(dǎo)，為防止泄水洞污風(fēng)阻礙從橫通道排出的主洞掌子面污風(fēng)，在平導(dǎo)掌子面后方50～70 m以內(nèi)安裝1臺(tái)射流風(fēng)機(jī)SSF-№10（18.5 kW），另在后方每隔500 m設(shè)置1臺(tái)射流風(fēng)機(jī)SSF-№10（18.5 kW），加快主洞污風(fēng)循環(huán)；在13#、12#橫通道位置各設(shè)1臺(tái)SSF-№10（18.5 kW）射流風(fēng)機(jī)，使主洞掌子面污風(fēng)經(jīng)橫通道引流至平導(dǎo)。③隨著掌子面的向前掘進(jìn)，軸流風(fēng)機(jī)隨橫通道的開挖完成向前同步移動(dòng)，并根據(jù)排風(fēng)道長(zhǎng)度增設(shè)射流風(fēng)機(jī)，橫通道除最前面的2個(gè)通風(fēng)外，其余均用風(fēng)墻封閉。

4 防漏降阻技術(shù)

對(duì)于長(zhǎng)距離管道式通風(fēng)，需要考慮如何降低風(fēng)阻影響，以提高通風(fēng)效果。目前除了設(shè)備本身配置合理外，還需要考慮風(fēng)管運(yùn)維影響。

4.1 防漏問(wèn)題

風(fēng)管漏風(fēng)一般出現(xiàn)在接頭部位，通過(guò)PVC增強(qiáng)維綸布風(fēng)管和拉鏈?zhǔn)浇宇^制作的風(fēng)管，可以很好地解決風(fēng)管接頭漏風(fēng)的問(wèn)題。另外在施工中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視，定期對(duì)風(fēng)管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)修補(bǔ)。

4.2 降阻問(wèn)題

除了風(fēng)管本身性質(zhì)，如材料，風(fēng)管直徑、拐彎位置彎曲程度等都是局部風(fēng)阻增大的原因，有研究表明從1 m增大到1.2 m，同一風(fēng)量的阻力損失可降低到前者的60%左右，因此本工程除了考慮風(fēng)管的制作材料和接頭方式外，采用了直徑[Φ]1.8 m的風(fēng)管，保證通風(fēng)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道施工通風(fēng)效果好壞直接影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員健康及機(jī)械設(shè)備的使用壽命。本研究以貴南鐵路大方山隧道為背景，針對(duì)隧道出口特點(diǎn)，對(duì)其通風(fēng)方案進(jìn)行了較為詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)，并針對(duì)其通風(fēng)防漏降阻提出針對(duì)性解決方案，可為類似工程提供參考。

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