摘要：本文主要通過(guò)對青蘭高速公路陜西境壺口至雷家角LJ21標段北河村隧道進(jìn)口段通風(fēng)風(fēng)量的計算及通風(fēng)措施的研究, 選擇合理的通風(fēng)設備和通風(fēng)方案, 為隧道洞內施工創(chuàng )造了良好的施工環(huán)境。

　　關(guān)鍵詞：隧道施工; 通風(fēng)設計; 通風(fēng)措施; 通風(fēng)效率;

　　隧道施工環(huán)境相對封閉, 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(zhù)施工人員的身心健康。因此在隧道施工中必須加強通風(fēng)方案設計, 確保隧道內外空氣流通, 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)現狀

　　隧道施工對作業(yè)環(huán)境的要求與對安全、質(zhì)量的要求同等重要, 構成了三位一體。施工單位往往對洞內通風(fēng)工作重視不足, 通風(fēng)方案設計深度不夠, 導致大多數隧道施工洞內通風(fēng)狀態(tài)不良, 施工環(huán)境較差。

　　2、隧道施工環(huán)境標準

　　由中華人民共和國交通運輸部發(fā)布的《公路隧道施工技術(shù)規范》 (JTFF60-2009) 規定, 隧道內施工作業(yè)環(huán)境的空氣應必須符合下列衛生及安全標準:

　　(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符合表2的規定。

　　(4) 隧道施工頭掘進(jìn)長(cháng)度超過(guò)150m時(shí), 必須采用機械通風(fēng)。隧道施工通風(fēng)應提供洞內各項作業(yè)所需要的最小風(fēng)量。每人供應新鮮空氣不應少于3m3/min, 采用內燃機械 (汽車(chē)、裝載機、挖掘機等) 作業(yè)時(shí), 供風(fēng)量不宜小于4.5m3/ (min·k W) 。全斷面開(kāi)挖時(shí)風(fēng)速不應小于0.15m/s, 導洞內不應小于0.25m/s, 但均不應大于6m/s。

表2 工作場(chǎng)所空氣中粉塵容許濃度

　　3、通風(fēng)設計

　　采用新奧法開(kāi)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(chē)、裝載機、挖掘機等機械設備都將產(chǎn)生大量的有害氣體, 且隧道掘進(jìn)較長(cháng), 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)量計算

　　(1) 按施工人員計算:需要風(fēng)量Q1=N×q

　　式中:N———洞內工作人員最多人數, 取m=120人;

　　q———洞內每人所需最低新鮮空氣量, 3m3/min;

　　代入各項參數計算得:Q1=120×3=360m3/min。

　　(2) 按隧道內凈空計算:Q2=60×S×Vmin

　　式中:S———斷面面積, 按現在的F-III級圍巖襯砌后斷面S=81m2, 開(kāi)挖斷面S=93m2, 取中間值S=87m2。

　　V———允許最小風(fēng)速≥0.15m/s;

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

　　式中:t———通風(fēng)時(shí)間, 長(cháng)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(cháng)度, 最大通風(fēng)長(cháng)度取1200m;

　　代入各項參數計算得:Q3=7.18 (AL2S2) 1/3/t=7.18× (200×12002×932) 1/3/30=3244m3/min;

　　(4) 按內燃機需要風(fēng)量計算:Q4=Q0∑P

　　式中:∑P———同時(shí)在洞內作業(yè)的各種內燃機的功率總和 (k W) ;按規范及綜合考慮各種因素后, 功率總和按額定總功率的70%計算;汽車(chē)5臺額定總功率150k W×5, 裝載機2臺額定總功率135k W×2, 挖機1臺額定總功率220k W。

　　總功率∑P= (150×5+135×2+220) ×0.7

　　Q0———內燃機單位功率所需風(fēng)量指標, 按《隧道設計手冊》, 取Q0=4.0m3/ (min·k W) 。

　　代入各項參數計算得:Q4=Q0∑P=4.0× (150×5+135×2+220) ×0.7=3472m3/min。

　　(5) 風(fēng)阻計算: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=agp LQ2/S3;

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

　　g———重力加速度, 取9.81m2/s;

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

　　L———風(fēng)道長(cháng)度, 取L=1400m;

　　Q———風(fēng)機風(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;

　　代入各項參數計算得:H沿=agp LQ2/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)計算:Q供=P×Qmax

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

　　則有Q供=Qmax/P=3948/0.998=3956m3/min。

　　(7) 通風(fēng)設備選擇

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

　　3.2、輔助通風(fēng)措施

　　通風(fēng)一直是困擾長(cháng)大隧道施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一, 本工程承擔隧道施工長(cháng)度1200m, 在通風(fēng)設計上, 雖然采用了大功率的軸流變速風(fēng)機壓入式通風(fēng), 但為進(jìn)一步確保通風(fēng)效果, 還應該在影響方面加強措施, 采取以下輔助通風(fēng)措施, 來(lái)滿(mǎn)足長(cháng)大隧道無(wú)軌運輸通風(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燃機械尾氣, 隨著(zhù)隧道的加深, 汽車(chē)、裝載機等的尾氣采取凈化措施, 凈化裝置采用齊齊哈爾YS汽車(chē)廠(chǎng)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外邊墻兩側各放一臺水幕降塵器;爆破前10min打開(kāi)閥門(mén), 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(zhuān)門(mén)制作的水袋跟炸藥形狀類(lèi)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劑, 濕潤劑的作用是降低水的表面張力, 當粉塵與水滴膜相撞時(shí), 便易被沖洗濕潤, 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。

　　在鑿巖機上配制除油器。

　　(5) 凈化風(fēng)源

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

　　(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)筒節長(cháng)較長(cháng)的, 以減少接頭。

　　(2) 掛設時(shí), 要做到平、直、緊、穩, 在高處不影響機械運輸的地方。

　　(3) 采用合理變徑節:當風(fēng)筒較長(cháng)時(shí), 采用變徑, 可以減少通風(fēng)阻力。

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

　　5、結束語(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, 所以應加強隧道施工通風(fēng)技術(shù)的研究和方案設計, 完善和優(yōu)化通風(fēng)方案促進(jìn)洞內空氣流通, 進(jìn)而提高了施工效率, 加強了施工質(zhì)量。

　　參考文獻
　　[1]《公路隧道施工技術(shù)規范》 (JTFF60-2009) .
　　[2]《公路隧道通風(fēng)設計細則》 (JTG/TD70-2014) .
　　[3]公路隧道通風(fēng)防災技術(shù).長(cháng)安大學(xué), 2008, 01.