长大隧道施工通风技术摘 要：通过对隧道通风需求、 通风系统设计和通风设备的分析和隧道工程施工的实践 ,提出了隧道施工通风系统设计的方法及应注意的问题关键词：排风方式 ;送风方式 ;混合通风方式 ;漏风率 ;风阻系数随着我国高等级公路建设的蓬勃发展 ,山岭重丘区的高等级公路 , 越来越多以隧道的形式穿越高山峻岭 ,其中不但有中、短隧道 ,更有长隧道、特长隧道、 隧道群及技术含量较高的连体隧道等就目前情况看,公路隧道的施工更多地是采用新奥法进行的 ,开挖基本上仍然采用钻爆的方法 ,出碴多采用无轨运输在隧道施工中 ,对短隧道来讲 ,通常采用自然通风就可以解决洞内施工环境问题 ,而对中长隧道 ,特别是特长隧道 ,施工通风就是一项必须着重解决的难题夹活岩隧道洞身长5228m，单口掘进长度 3000m，通过这些工程的实践 ,我们对隧道施工通风，尤其是长、 特长隧道的施工通风技术有了一个初步的认识，在此愿与广大施工同仁们共同探讨1 隧道施工作业环境的卫生标准大家知道隧道施工中 ,洞内有害气体的来源主要有钻眼粉尘、爆破烟尘、运输汽车尾气及汽车扬尘、喷射砼粉尘、水雾、瓦斯、氡等有害气体以及高地温环境等 ,为了使施工人员的健康得到保证 ,为保证顺利施工 ,必须采用通风的方法来加以解决。
交通部于 1995 年颁布的《公路隧道施工技术规范 (JTJ042—94)》中,专门对隧道施工作业环境的卫生标准作了如下规定1.1 氧气含量坑道中氧气含量按体积计不应小于 20%1.2 气温坑道内气温不宜高于 30℃1.3 有害气体浓度一氧化碳 (CO)一般情况下不大于 30mg/m3,特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，可为 100mg/m3,但工作时间不得超过 30min;二氧化碳 (CO2)按体积计不得大于 0.5%;氮氧化物 (NO2)在 5mg/m3— 8mg/m3 以下 ;甲烷 (CH4)按体积计不得大于 0.5%1.4 粉尘浓度含 10%以上游离二氧化硅的粉尘 ,每立方米空气中不得大于 2mg; 含 10%以下游离二氧化硅的矿物性粉尘 ,每立方米空气中不得大于4mg1.5 噪声施工噪声不宜大于 90dB此外该规范还规定 ,隧道施工通风应能满足洞内各项作业所需的最大风量 风量按每人每分钟供应新鲜空气3m3 计算 ,采用内燃机械作业时 ,1kW 供风量不宜小于 3m3/min,风速在全断面开挖时不应小于 0.15m/s,坑道内不应小于 0.25m/s,但均不应大于 6m/s。
2 机械通风的方式一般隧道施工通风方式主要有排风式 (或抽出式 )、送风式 (或压入式)、送排混合通风方式、利用辅助坑道通风等 4 种方式在公路隧道施工中由于经济方面的原因 ,较少采用辅助坑道通风这种方式2.1 排风式 (或称吸出式 )通风该方式是将吸风口置于工作面附近 ,通过风机将废尘废气等有害物质吸出并排到洞外 ,而洞外新鲜空气则顺坑道进入洞内这种方式的优点在于能及时排走污染物 ,不会污染已建洞身 ;缺点是必须经过较长时间工作面才能得到较多的新鲜空气 ,作业人员不能及早进入工作面,从而影响到下一工作循环的快速展开2.2 送风式 (或称压入式 )通风该种方式是将风机置于有新鲜空气的地方 (一般离开洞口一定距离),通过管道直接将新鲜空气压送到工作面附近,从而将污染物排出洞外此方式的优点是工作面能在较短的时间内得到足够的新鲜空气,有利于下一工作循环的尽早展开 ,从而提高工作效率 ,得到较高的经济效益其缺点是 :污染物从全洞断面排出 ,对已完洞身将造成污染 ,并对后续的其他作业如锚杆打设、喷浆、防水层的施作、二次砼衬砌等有很大的影响2.3 送排混合通风方式送排风方式兼有以上两种方式的优点 ,即有一路为压入式通风 ,主要作用是送入新鲜空气 ;另一路为排风方式 ,主要作用是吸出污染物 ,从而达到快速降尘的目的。
它的缺点是必须在洞内同时铺设两路风管 ,在洞内狭小的空间内将会干扰施工运输、砼衬砌等其他作业的开展 ,同时 ,风管管路的续接、维护工作量大大增加因此 ,一般只在隧道很长、对通风要求高以及希望加快施工进度等情况下才考虑使用3 机械通风的设备隧道通风方案的关键在于通风系统的设计是否合理、 风机与通风管的能力能否互相匹配如果片面追求高效率、大风量的风机 ,而风管的直径小 ,阻风系数高 ,漏风严重 ,则决不会取得好的通风效果 ;另一方面 ,若风管直径较大 ,而风机风量小 ,风压太低 ,也难以保证通风能取得良好效果3.1 通风机目前的通风机有子午加速式轴流通风机、 对旋式轴流通风机、 变特性隧道轴流风机等由于变特性风机价格较高 ,目前采用较少通过晋阳高速公路、晋焦高速公路两条高速公路隧道施工的实践 ,从使用效果看 ,对旋式轴流通风机不失为一个好的选择3.2 风管我们对风管的要求有 :风阻系数低 ,漏风率低 ,合适的直径通常风管可分为维尼龙胶布风管、镀锌薄钢板风管、玻璃钢风管等由于玻璃钢风管、铝合金板风管造价昂贵 ,运输和存放困难 ,加工、接长不便等,因此较少采用 ,除在排风式 (或吸出式 )通风情况下必须采用刚性风管外 ,一般送风式 (或压入式 )通风全部采用维尼龙胶布风管 ,它具有运输存放容易和方便、 接长简单 (用拉链即可连接 ),其他施工作业时可方便地挪移等优点。
4 施工通风的计算4.1 隧道施工通风的因素 a.洞内同时工作的最多人数所需要的新鲜空气 ;b.把同时爆破且使用最多炸药量所产生的有害气体稀释到允许的浓度下所需的风量 ;c.坑道内的风速不得小于规定的最小风速 , 且不得大于规定的最大风速 ;d.冲淡内燃机械作业排出废气所需的风量4.2 通风计算的有关公式 按洞内最小风速计算Q=V ·S·60式中： Q——计算风量， m3/min；v——计算风速， m/s；S——开挖断面面积， m2 按洞内可能的同时作业的最多人数计算Q=3·N,式中： Q——计算风量， m3/min；N——洞内可能的同时作业的最多人数 按稀释爆破烟尘计算Q=V1 ·〔1-(K ·V1/V2)1/t 〕，式中： Q——计算风量， m3/min；V1 ——一次爆破产生的炮烟体积， m3；V2 ——一次爆破产生的有害气体 ,m3；t——通风时间 ,min一般在 20min—40min;K ——允许浓度,ppm,一般取 100ppm 按冲淡内燃机械作业排出的废气计算Q=3·Σm·N,式中： Q——计算风量， m3/min；N——内燃机械的功率， Kw ；m——内燃机械的数量，台。
4.3 夹活岩隧道的施工通风沪蓉高速公路牛郎河隧道全长 3975m,双口掘进施工 ,这样隧道施工通风的最长距离将达到单口近 3000m,要达到规范的要求 ,困难比较大根据施工组织设计 ,采用上述公式计算 ,结果显示洞内最小风速和内燃机械作业排出的废气是计算风量的控制因素 根据风量、风压的计算结果和现场设备状况 ,决定采用送风式 (压入式 )通风通过调研考察,最后选择了天津通风机厂研制的新型通风机 ,风管使用维尼龙胶布风管经过 1 年多的使用，效果良好5 对隧道施工通风几个问题的认识5.1 通风方式对于独头通风距离在两公里左右的 ,压入式通风方式是比较好的选择5.2 内燃机械排出的废气按冲淡内燃机械作业排出的废气计算所需风量 ,往往是控制通风系统的关键 ,因此加强机械维护 ,采用有效的尾气净化技术 ,减少污染源至为重要5.3 风管摩擦阻力的影响现在倾向于采用大直径的风管 ,其理由从通风技术的一些计算公式可以得出 :Rf=6.5 αL/D5,其中： Rf——风管的风阻系数 ,N·s2/m2;D——风管直径 ,m;L ——风管长度 ,m;α ——摩擦阻力系数 ,kg/m2可见在相同的情况下 ,风管的风阻系数 Rf 与风管的直径 D 的 5 次方成反比 ,风管直径 D 越大 ,风管风阻系数 Rf 越小。
由于 :hf=RfQ2, 式中:hf ——摩擦阻力 ,Pa;Rf——风阻系数 ,N·s2/m3;Q——风量 ,m3/s风压是克服摩擦阻力的动力 ,也是单机送风长度的决定因素 ,在风机选定后 ,选用大直径风管可降低摩擦阻力 ,提高单机送风长度若把直径1.0m 的风管更换为 1.3m 的风管时 ,理论上讲送风长度可增加 2.7 倍5.4 漏风率的影响风管出口风量的计算 :Q2=Q1·(1-β)L/100,式中： β——百米漏风率 ,%;Q1——风机出口处的风量 ,m3/min;Q2——风管出口处的风量 ,m3/min;L ——风管长度 ,m由此可以看出 ,漏风率对新鲜风送到工作面的有效风量 ,送风距离越长 ,影响越显著如果按 β=2%计算 ,2000m 的送风距离 ,送到工作面的新鲜风只有风机有效风量的 66.76%。