中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 030032
摘要：在公路长大隧道施工过程中，通风技术是关键，为保证长大隧道工程的顺利施工，须做好通风方案的设计，且每个阶段都要设计通风方案。本文结合宝坪高速公路秦岭天台山隧道通风风量的计算，选择合理的通风设备和通风方案，通过增加辅助通风措施，为隧道洞内施工创造了良好的施工环境。
关键词：公路；隧道；长距离；通风
1 工程概况
宝坪高速公路是国家高速公路银昆线（G85）的重要组成路段，也是陕西省规划建设的“2367”高速公路网中三条南北纵向线之一宝汉线的重要组成部分。秦岭天台山隧道全长15.56公里，秦岭天台山隧道3#斜井洞口位置位于陕西省宝鸡市凤县岩湾乡秦岭村臭皮沟，属秦岭山脉，植被繁茂，树木众多。主要工程为3#斜井左右线3475.1m（左线1935.1m、右线1540m，斜井坡度13%），正洞10130m（左右线各5065m，三车道断面，正洞坡度为1.65%，最大埋深973m）。施工采用钻爆法全断面开挖，通风主要解决爆破炮烟、无轨运输车辆柴油机废气、粉尘等有毒有害气体。
2 隧道施工污染源和通风难点
2.1 主要污染源
（1）炮烟，如 SO2、CO2、NO 等，这是由于爆破会产生的污染物。
（2）废气，如 SO2、NO2、NO、CO 等，主要是SO2和NO，这是柴油机产生的污染物。
（3）有害气体，如甲烷 CH4、乙烯 C2H6、硫化氢 H2S 等，这些都是围岩中会释放的有害气体，尤其是甲烷，属于易燃易爆品。
（4）其他污染，如CO2，这是施工人员呼吸会产生的污染物。还有水泥污染，这是锚喷支护所形成的污染物[1]。
2.2 通风难点
（1）秦岭天台山隧道3#斜井左线长近2km，进入主洞后独头掘进约4.2km，通风最长距离约6.2km。通风排烟是施工时需要重点解决的问题。
（2）全隧按照斜井左右线、正洞、横通道等多个作业面进行通风组织施工，通风循环路线复杂。
3 通风设计
采用钻爆法开挖技术会产生大量炮烟，出碴采用无轨运输出碴，汽车、装载机、挖掘机等机械设备都将产生大量的有害气体，且隧道掘进较长，排除烟尘将变得难上加难。因此合理的通风措施将至关重要。
3.1 风量计算
（1）按施工人员计算：需要风量 Q1=qmk[2]
式中：m—洞内工作人员最多人数，取m=40人；
q—洞内每人所需最低新鲜空气量，3m3/min；
k—风量备用系数，取k=1.2。
代入各项参数计算得：Q1=40×3×1.2=144m3/min
根据洞内需要的最低风速计算Q2=60×S×Vmin
式中：S—断面面积，开挖断面面积S正=120m2，S斜井=70m2；
Vmin—允许最小风速≥0.15m/s；
Q2=60×S×Vmin=60×120×0.15=1080m3/min。
（3）按稀释爆破烟计算风量：Q3=5A×b/t=5×200×40/30=1333（m3/min）
式中：A—一次爆破耗药量，按200kg计算；
b—每公斤炸药爆破所产生的有害气体生成量，按40（m3）；
t—排除炮烟通风时间，全断面开挖取30min。
（4）按稀释内燃机废气计算风量：Q4=NiAη
式中：A—为内燃机每 k W 需求风量，取 A=3 m3/min；
Ni—洞内同时使用内燃机总 k W数；
η—设备的利用率，取0.8计。
自卸汽车出碴，装机功率225kW，考虑到隧道较长时，洞内布置10台自卸汽车，重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3；采用2台小松470型装载机装碴，其功率为194kW，装载机的负荷率0.7。
内燃机总功率Ni=225×（2×0.8+8×0.3）+194×0.7×2＝1171.6kW ，
则Q4=1171.6×3×0.8=2811.8（m3/min）。
根据上列计算取其中的最大值，即Q需=2811.8m3/min，为隧道工作面所需新鲜风量。供风长度正洞按L=2000m计，考虑风管漏风（百米漏风率P100=1.5%），则风机损失的风量应为：
Q损=Q需/（1-P100）L/100=2811.8/（1-0.015）2000/100=142.7m3/min，风机提供的风量应为：Q供=Q需+Q损=2811.8+142.7=2954.5m3/min。
3.2 风压计算
风阻计算：H阻=∑H动+∑H局+H沿[3]
取∑H动=50Pa（动压），局部压力损失一般按沿程压力损失的10%估算：H沿=agp LQ2/S3；
式中：a—风道摩擦阻力系数，取a=3×10-4kg·s2/m2；
g—重力加速度，取9.81m2/s；
p—管道内周长，取1.5m风筒布，p=Dπ=1.5×π≈4.71m；
L—风道长度，取L=2000m；
Q—风机风量，取Q=25m3/s；
S—管道截面积，取S=π（D/2）2=π×（1.5/2）2≈1.77m2；
代入各项参数计算得：H沿=agpLQ2/S3=2678.2Pa，
H阻=∑H动+∑H局+H沿=50+2678.2×10%+2678.2=2996Pa。
3.3 设备选型
根据计算风机应提供的风量2954.5m3/min和风压2996Pa，结合侯马鑫丰康生产通风机性能参数选型。选择目前市场采用的变极多速节能通风机，型号为：SDF（C）-№12.5，功率110 kw×2，配用风管Φ1.5m。其基本性能参数如下表1：
表1 风机性能参数
图1 隧道平面示意图
3.4 通风方案
隧道平面示意图如图1，具体通风方案分三阶段，如下：
（1）主洞与斜井未贯通时，斜井通风方式采用大功率通风机将新鲜空气压送到掌子面，然后将废气从里往外挤出，最长通风距离按3000m计；通风斜井右线掘进到位后将右线通风设备拆移至斜井左线洞口，经斜井左洞采用双管分开通风形式分别给正洞左右线供风。
（2）斜井左右线与主洞贯通后，采用巷道式通风，斜井左线作为排烟道，斜井内放置射流风机加快污风排出。斜井右线作为进风道，压入式风机放置于洞内。
（3）正洞小里程方向第一个横通道贯通后，将2台压入式风机放置于左主洞内，右主洞作为排风巷道。此时需将右主洞内左右斜井贯通点封堵，防止新鲜空气与污风搅灼。设计每750米左右设置一个车行横通道，每贯通2个横通道挪动一次风机。左洞进风，右洞排风，将贯通的横通道砌红砖封堵，只保留最前端的横通道，作为左洞出渣车及污风排出道，右洞布置一定数量的射流风机加快污风排出。
4 辅助通风措施
通风一直是困扰长大隧道施工的重点和难点之一，本工程承担隧道施工长度5065m，在通风设计上，虽然采用了大功率的轴流变速风机压入式通风，但为进一步确保通风效果，还应该在其他方面加强措施，采取以下辅助通风措施，来满足长大隧道无轨运输通风的要求，具体措施如下：
（1）综合防尘措施
水雾降尘法，采用专用设备将水雾化，在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水雾降尘器；爆破前10min打开阀门，爆破30min后关闭。
（2）水压爆破技术
隧道爆破时应用水压爆破技术，采用机器特制水袋、炮泥，和炸药混合装药，最后在炮眼口用炮泥封实。常规光爆起爆后通风排烟时间为30～40min，改为水压光爆后，通风排烟时间可减少10～15min。实践证明，此法降尘效率非常好。
（3）湿式凿岩
净化水源并在水中加湿润剂，湿润剂的作用是降低水的表面张力，当粉尘与水滴膜相撞时，便易被冲洗湿润，水中加放0.1%的氯化钠打眼时，可使空气中的含尘量降到4.16～4.39mg/m3。
利用钻头凿岩时，凿岩机的冲击力随风压的提高而加大，因而被破碎的岩石粒径也加大，粉尘量也减少，凿岩的风压保持在0.6MPa以上时，既能提高钻速又能降低含尘量。凿岩机供水量要保持在3～4L/min，供水压力一般以0.2～0.3MPa为宜[4]。
（4）湿喷混凝土防尘
采用湿喷技术，控制喷头处工作压力，减少混凝土回填及粉尘量。
5 结束语
在公路隧道施工中，由于受施工空间的影响，施工场所的灰尘和有害气体可能会危害施工人员的身体健康，所以应加强隧道施工通风技术的研究和方案设计，完善和优化通风方案促进洞内空气流通，进而提高了施工效率，加强了施工质量。
参考文献：
[1]《公路隧道施工技术规范》（JTFF60-2009）.
[2]《公路隧道通风设计细则》（JTG/TD70-2014）.
[3]王海东.长大隧道施工通风方案的设计及实施[J].建筑技术开发，2018，45（10）：92-94.
[4]乔学渊.公路隧道施工通风方案设计[J].建材与装饰，2018（28）：249-250.
论文作者:蔡阳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/25
标签：斜井论文; 隧道论文; 风量论文; 秦岭论文; 风机论文; 洞内论文; 断面论文; 《防护工程》2018年第32期论文;