摘" 要：良好的通風(fēng)系統(tǒng)是保證高瓦斯隧道施工順利進(jìn)展的關(guān)鍵。該文以某高瓦斯為例，針對(duì)高瓦斯現(xiàn)狀及施工難點(diǎn)，從通風(fēng)設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)著手，對(duì)通風(fēng)方案進(jìn)行綜合制定，并對(duì)不同施工階段的風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算?；诖?，對(duì)不同階段隧道通風(fēng)系統(tǒng)的主風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型，并對(duì)隧道交叉口及主要通風(fēng)匯流處射流風(fēng)機(jī)進(jìn)行布設(shè)。該文旨在為類似工程施工工藝制定提供參考。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng)；高瓦斯；特長(zhǎng)隧道；施工通風(fēng)；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U453.5" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）05-0169-04

Abstract： A good ventilation system is the key to ensure the smooth progress of high gas tunnel construction. In this paper， taking a high gas as an example， aiming at the current situation of high gas and construction difficulties， starting from the ventilation design principles and standards， the ventilation scheme is comprehensively formulated， and the air volume in different construction stages is calculated. Based on this， the main fans of the tunnel ventilation system at different stages are selected， and the jet fans at the tunnel intersection and the main ventilation confluence are arranged. This paper aims to provide reference for the formulation of construction technology of similar projects.

Keywords： ventilation system; high-gas; extra-long tunnel; ventilation; construction technique

通風(fēng)對(duì)隧道工程的安全施工至關(guān)重要，隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善深入，隧道施工通風(fēng)技術(shù)也取得了尤為突出的成效。隨著我國(guó)交通線路規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及線路覆蓋范圍內(nèi)地形地質(zhì)條件的復(fù)雜性，特長(zhǎng)隧道施工成為線路施工的重要組成部分，且呈日益增多趨勢(shì)，與此同時(shí)特長(zhǎng)隧道施工帶來(lái)的通風(fēng)問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重，尤其在不良地質(zhì)條件下，特長(zhǎng)高瓦斯隧道施工的通風(fēng)問(wèn)題更為突出[1-2]。在特長(zhǎng)高瓦斯隧道施工時(shí)，良好的通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)方案制定是稀釋和排放瓦斯的主要手段，是防止瓦斯事故發(fā)生和保護(hù)人員身心健康的重要工序，為此，通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用要同時(shí)兼顧隧道施工區(qū)段地質(zhì)條件、消除和降低瓦斯對(duì)施工的影響、施工過(guò)程的通風(fēng)安全保障以及通風(fēng)方案的經(jīng)濟(jì)合理等多方面因素[2-3]。

1" 工程概況

本文以某高鐵線路隧道施工為例，該隧道為斜井施工，斜井全場(chǎng)2 025 m，坡度10%，該段隧道與左線隧道交于D2K97+700里程處。該隧道工區(qū)絕對(duì)瓦斯涌出量大于3.0 m3/min，按照TB 10120—2019《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》，將隧道工區(qū)確定為高瓦斯工區(qū)，并按照高瓦斯工區(qū)進(jìn)行施工管理。受高地應(yīng)力影響，炭質(zhì)頁(yè)、板巖發(fā)生了嚴(yán)重大變形，約1 000 m，變形段采用加強(qiáng)支護(hù)措施后趨于穩(wěn)定，但對(duì)應(yīng)正洞段落施工后，又加劇了平導(dǎo)的變形，同時(shí)，正洞靠近平導(dǎo)側(cè)變形嚴(yán)重，洞群效應(yīng)明顯。隧道開(kāi)挖采用光面爆破技術(shù)，有效爆破深度取2.0 m，單位體積巖石炸藥用量取0.85 kg/m3。最大開(kāi)挖斷面積105 m2，施工采用內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)，無(wú)軌運(yùn)輸出渣。自卸汽車隧道內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)車速為10 km/h，斜井及單車道巷道運(yùn)輸時(shí)，車速為5 km/h。壓入式通風(fēng)管選用PVC增強(qiáng)塑纖布拉鏈?zhǔn)溅?.0～1.8 m高強(qiáng)度、抗靜電、阻燃柔性風(fēng)筒，每節(jié)長(zhǎng)度20 m，模板臺(tái)車至通風(fēng)機(jī)處風(fēng)筒每節(jié)20 m，二襯臺(tái)車至掌子面風(fēng)筒每節(jié)10 m，柔性風(fēng)筒百米漏風(fēng)率P100取1.0%～2.0%。斜井工區(qū)大里程為17.8‰單面上坡，1號(hào)泄水洞交叉口與26#左線大里程超前作業(yè)面距離5 000 m，自然壓差為89 m。

2" 通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1" 通風(fēng)設(shè)計(jì)原則

1）遵循鐵路隧道現(xiàn)行有關(guān)規(guī)程、規(guī)范，參考煤礦現(xiàn)行有關(guān)規(guī)程、規(guī)范。

2）設(shè)計(jì)的隧道施工通風(fēng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟(jì)，各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量配備應(yīng)合理，風(fēng)量、風(fēng)速、瓦斯及其他有毒、有害氣體濃度應(yīng)符合要求。

3）盡量采用雙級(jí)或多級(jí)調(diào)速軸流式通風(fēng)機(jī)，選取較大直徑的通風(fēng)管道。當(dāng)需要風(fēng)量大時(shí)，采用雙級(jí)或多級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)，通風(fēng)機(jī)以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行；當(dāng)需要風(fēng)量較小時(shí)，采用單級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)，通風(fēng)機(jī)可以較低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

4）同一工區(qū)配置的通風(fēng)設(shè)備型號(hào)、規(guī)格不宜過(guò)多、過(guò)雜，射流風(fēng)機(jī)數(shù)量亦不宜過(guò)多。

5）根據(jù)隧道施工圖設(shè)計(jì)，施工通風(fēng)應(yīng)根據(jù)隧道長(zhǎng)度、斷面大小、施工方法和施工設(shè)備配套等綜合考慮。洞內(nèi)獨(dú)頭掌子面采用獨(dú)頭壓入式通風(fēng)，洞內(nèi)掌子面退回第二橫通道以后段落采用巷道式通風(fēng)。

6）堅(jiān)持“以人為本、改善環(huán)境、確保安全、節(jié)約能源、節(jié)約投資”的設(shè)計(jì)原則。

2.2" 通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)職業(yè)健康及安全標(biāo)準(zhǔn)，以及TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和《煤礦安全規(guī)程》等對(duì)施工人員新鮮風(fēng)量需求、防止瓦斯積聚的風(fēng)速要求等，結(jié)合隧道瓦斯含量等實(shí)際情況，進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)。確定隧道高瓦斯工區(qū)每人供應(yīng)新鮮空氣不小于4 m /min，采用內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)時(shí)，供風(fēng)量不應(yīng)小于4 m3/（min·kW），施工最低風(fēng)速應(yīng)大于等于0.30 m/s，防止瓦斯局部積聚的風(fēng)速不宜小于1 m/s。

2.3" 通風(fēng)方案選擇

鐵路隧道施工通風(fēng)方式按照風(fēng)道的類型和通風(fēng)機(jī)安裝位置，可分為風(fēng)管式通風(fēng)和巷道式通風(fēng)2種類型。在TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，施工通風(fēng)方式可根據(jù)獨(dú)頭通風(fēng)長(zhǎng)度、斷面大小、施工方法、有害氣體濃度和設(shè)備條件等采用壓入式、吸出式（抽出式）、巷道式或混合式通風(fēng)，高瓦斯和瓦斯突出工區(qū)宜選用巷道式通風(fēng)。而對(duì)于煤礦井巷施工通風(fēng)來(lái)講，按照主風(fēng)機(jī)的安裝位置可分為抽出式、壓入式、抽壓混合式3種，但在煤礦瓦斯礦井中一般不允許采用壓入式通風(fēng)方法。綜合隧道和礦山通風(fēng)技術(shù)要求，以及現(xiàn)階段通風(fēng)系統(tǒng)改造工作量及安全風(fēng)險(xiǎn)等因素，確定隧道施工總體采用“全機(jī)械式壓入通風(fēng)方法”：①主風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)。在1號(hào)泄水洞口主風(fēng)機(jī)，左線小里程交叉口處增設(shè)風(fēng)門，右線小里程和泄水洞作為進(jìn)風(fēng)巷道，主風(fēng)機(jī)安裝在右線52#橫通道前端形成正壓壓風(fēng)，提高“平導(dǎo)+右線大里程段”的整體進(jìn)風(fēng)量。②局部風(fēng)機(jī)（軸流式）通風(fēng)方式。在泄水洞主風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的前提下，根據(jù)不同施工階段組織需求，針對(duì)性地調(diào)整各局部風(fēng)機(jī)位置和風(fēng)管布置，使其局部風(fēng)機(jī)在新鮮風(fēng)通道上“直接取風(fēng)”，而后經(jīng)風(fēng)筒供向各施工作業(yè)面，隨后污風(fēng)經(jīng)各回風(fēng)通道返回至主通風(fēng)通道上，后隨主回風(fēng)系統(tǒng)出洞。③備用通風(fēng)通道。當(dāng)隧道主通風(fēng)機(jī)維修保養(yǎng)或故障損壞停風(fēng)時(shí)，應(yīng)確保施工現(xiàn)場(chǎng)所有施工全部停止并撤離施工人員。

2.4" 通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算

通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算主要基于主風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)單個(gè)施工作業(yè)面進(jìn)行計(jì)算分析。單個(gè)施工作業(yè)面風(fēng)量計(jì)算考慮因素主要包括：同時(shí)段作業(yè)人數(shù)風(fēng)量需求、洞內(nèi)允許最小風(fēng)量要求、爆破作業(yè)排煙風(fēng)量、瓦斯治理排放風(fēng)量需求和內(nèi)燃機(jī)機(jī)械風(fēng)量需求等。

1）按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算風(fēng)量，同時(shí)工作人數(shù)N選擇16人，風(fēng)量備用系數(shù)K1=1.2，每人呼吸所需風(fēng)量q=4 m3/min，按照式（1）進(jìn)行計(jì)算，得到工作面最多人數(shù)風(fēng)量為77 m3/min。

掌子面需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果取最大值為1 254.6 m3/min（洞內(nèi)允許最小風(fēng)速要求計(jì)算風(fēng)量）；綜合考慮躍龍門隧道復(fù)雜線型、特長(zhǎng)型隧道特點(diǎn)，結(jié)合考慮瓦斯隧道備用系數(shù)要求，此處計(jì)算按照1.25倍取值，故Q=1 254.6×1.25=1 568.25 m3/min。按照掌子面最大需風(fēng)量1 568.25 m3/min反推計(jì)算，隧道風(fēng)速驗(yàn)算：獨(dú)頭壓入式通風(fēng)時(shí)隧洞內(nèi)風(fēng)速為v=Q/L/S=1568.25/60/69.7=0.375 m/s，洞內(nèi)允許最小風(fēng)速為0.375 m/s＞0.25 m/s，符合規(guī)范要求。

以此對(duì)隧道施工不同階段通風(fēng)需風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算如下：①第二階段（57#—60#外移平導(dǎo)未貫通前）各施工作業(yè)面風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量為15 087 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為16 595.7 m3/min；②第三階段（57#—60#外移平導(dǎo)貫通后）各施工作業(yè)面風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量為15 090 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為16 599 m3/min；③左線24#—25#區(qū)段貫通后，原左線24#大里程的1#通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)至左線26#小里程作業(yè)面，調(diào)整3#通風(fēng)系統(tǒng)（左線26#大里程作業(yè)面）改移至外移平導(dǎo)58#處風(fēng)室，經(jīng)由61#和27#橫通道將新鮮風(fēng)送入左線26#大里程作業(yè)面，各施工作業(yè)面風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量為15 027 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為16 529.7 m3/min；④第五階段（左線26#大里程貫通、外移平導(dǎo)大里程貫通后）隧道施工通風(fēng)作業(yè)面減少，通風(fēng)難度減少；調(diào)整1#通風(fēng)系統(tǒng)到右線60#小里程作業(yè)面，調(diào)整3#通風(fēng)系統(tǒng)由左線到右線64#大里程增開(kāi)作業(yè)面。各施工作業(yè)面風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量為13 419 m3/min，新鮮風(fēng)需風(fēng)量為14 760.9 m3/min。

3" 隧道施工通風(fēng)設(shè)備選型

3.1" 隧道通風(fēng)系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)支護(hù)形式、施工斷面、斷面凈周長(zhǎng)、隧道長(zhǎng)度、風(fēng)量、阻力系數(shù)、通風(fēng)阻力、風(fēng)速和計(jì)劃風(fēng)量等對(duì)隧道施工不同階段通風(fēng)阻力（主通風(fēng)回路）進(jìn)行計(jì)算：①第二階段（57#—60#外移平導(dǎo)未貫通前）通風(fēng)阻力為1 998.324 Pa；②第三階段（57#—60#外移平導(dǎo)貫通后）通風(fēng)阻力為2 048.808 Pa；③第四階段通風(fēng)阻力為1 991.088 Pa。按照隧道1號(hào)泄水洞口與3號(hào)斜井洞口標(biāo)高差約205.5m（3號(hào)斜井洞口標(biāo)高1 283.002 m-1號(hào)泄水洞口標(biāo)高1 077.456 m=205.546 m），自然風(fēng)阻為200 Pa。綜上所述，隧道施工最困難時(shí)期的風(fēng)量為 16 529.7 m3/min，摩擦風(fēng)阻為2 048.808 Pa，自然風(fēng)阻為200 Pa，總風(fēng)阻為2 248.808 Pa。通過(guò)計(jì)算，主風(fēng)機(jī)功率取值在610～690 kW區(qū)間，需結(jié)合隧道工程實(shí)際情況，合理選擇主風(fēng)機(jī)功率，主要通風(fēng)機(jī)的工作阻力為0.029 6，為此主風(fēng)機(jī)選型選擇FBCDZ-12-No.34-2X315 kW。根據(jù)各階段施工組織中輔扇風(fēng)機(jī)配置設(shè)備參數(shù)，一律采用礦用防爆軸流風(fēng)機(jī)（1臺(tái)工作、1臺(tái)備用）；風(fēng)筒選用高強(qiáng)度、防爆、抗靜電和阻燃柔性風(fēng)筒（選用PVC增強(qiáng)塑纖布拉鏈?zhǔn)饺嵝燥L(fēng)筒，具有較大的抗拉強(qiáng)度和較小的伸長(zhǎng)率，接頭方式新穎，使用方便，重量輕，易安裝，破損較少，徑向變形小，能有效減少漏風(fēng)和通風(fēng)阻力）。

3.2" 隧道交叉口及主要通風(fēng)匯流處射流風(fēng)機(jī)布設(shè)

第二階段：射流風(fēng)機(jī)主要安裝在24#橫通道、58#橫通道及轉(zhuǎn)外移平導(dǎo)、25#橫通道及59#橫通道與中間平導(dǎo)、26#橫通道及60#橫通道與中間平導(dǎo)交叉口匯流處；本階段射流風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)為7臺(tái)。

第三階段：射流風(fēng)機(jī)主要安裝在外移平導(dǎo)與58#、59#、60#、61#橫通道交叉口匯流處；同時(shí)24#橫通道、58#橫通道及轉(zhuǎn)外移平導(dǎo)、25#橫通道及59#橫通道與中間平導(dǎo)、26#橫通道及60#橫通道與中間平導(dǎo)交叉口匯流處。本階段射流風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)為13臺(tái)。

第四階段：射流風(fēng)機(jī)主要安裝在外移平導(dǎo)與58#、59#、60#橫通道交叉口匯流處；同時(shí)24#橫通道、58#橫通道及轉(zhuǎn)外移平導(dǎo)、25#橫通道及59#橫通道與中間平導(dǎo)、26#橫通道及60#橫通道與中間平導(dǎo)、61#及27#橫通道、62#及28#橫通道交叉口匯流處。本階段射流風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)為17臺(tái)。

第五階段：射流風(fēng)機(jī)主要安裝24#橫通道、58#橫通道、25#橫通道、59#橫通道、26#橫通道、60#橫通道、27#橫通道、28#橫通道、29#橫通道、30#橫通道、62#橫通道、63#橫通道、64#橫通道與左右線交叉口匯流處。本階段射流風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)為14臺(tái)。

按照最困難時(shí)期通風(fēng)階段方案測(cè)算，射流風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)為17臺(tái)。

4" 結(jié)束語(yǔ)

為了有效避免因通風(fēng)系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致瓦斯災(zāi)害影響施工安全，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和通風(fēng)設(shè)備選型、通風(fēng)方案制定要充分結(jié)合瓦斯涌出的實(shí)際情況，結(jié)合人員、設(shè)備應(yīng)用、各階段通風(fēng)難易程度等對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行完善，并且制定嚴(yán)格的通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控制度，以及瓦斯災(zāi)害防控體系，強(qiáng)化施工安全防控。

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