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摘要：高原地区空气稀薄，大气含氧量较低，高原地区公路特长隧道施工无法保证洞内空气含量，尤其是大部分特长隧道中设置通风斜井。为加快施工进度，斜井转主洞施工过程中由于斜井较长和通风线路的曲折，导致洞内通风不畅，无法快速排除洞内烟尘，高原地区公路特长隧道施工通风技术重要性越来越明显。因此文章针对高原地区公路特长隧道斜井转主洞施工通风技术进行分析，结合隧道通风标准，从隧道施工通风模式、通风设备、通风管理等方面进行深入研究与探索，更好解决高原地区公路特长隧道通风难题。
关键词：公路特长隧道；隧道斜井转主洞施工；通风技术
高原地区公路特长隧道斜井转主洞施工通风技术在隧道施工中有着重要作用，可有效促进隧道施工进度，提高隧道施工安全性。受到客观因素影响，隧道施工通风过程中存在一定问题需解决，即如何快速排除爆破开挖施工中产生的粉尘与炮烟；如何快速排除喷浆支护后产生的粉尘；如何在通风线路较长和管道曲折的情况下提高通风效率，保证洞内新鲜空气供应；如何保证施工作业人员的职业健康。高原地区公路特长隧道斜井转主洞施工需要运用科学、完善的通风降尘方法，对加快隧道施工进度，保证施工人员职业健康、安全意义重大。
一、工程概况
羊八井2隧道1#斜井位于青藏高原复地，海拔约4300m，该地区空气稀薄，含氧量为182g/m左右。羊八井2隧道1#斜井分为排风井和送风井2个洞口，单洞长度850m，斜井与主洞交角约90°。为加快主洞施工进度，由斜井转入羊八井2号隧道主洞施工，共开辟4个掌子面，最长通风距离为1920m。
图1斜井与主洞交叉平面布置图
二、隧道通风标准
结合国家、交通部、各地方有关施工的相关法律、法规，确保隧道施工期间空气质量满足以下要求：
1、高海拔隧道内施工人员需具有充足的新鲜空气，空气中氧气含量不低于20%；
2、保证隧道中每位施工人员每分钟供应新鲜空气3m³以上，运用内燃机机械作业时供风量不小于4.5m3/（min.KW）的新鲜空气，同时隧道中的风速应大于0.15m/s小于6m/s[1]。在高原地区特长公路隧道施工通风方案设计时，需要严格遵循上述标准，为隧道施工人员职业健康和安全提供保障。
三、羊八井2隧道1#斜井转主洞通风模式选择
（一）自然式通风技术
在气压、温度和自然风力等各种自然因素的共同作用下，使空气获得能量并产生流动的现象，称为自然通风。自然通风的距离较短，不适合高原特长隧道和斜井转主洞通风。
（二）机械通风技术
压入式通风是将风机和启动装置安装在距离隧道口约30m位置的新鲜空气处，风机将洞外新鲜空气经风袋压送到隧道掌子面，洞内空气及粉尘沿隧道洞身排出。压入式通风方法采用柔性风管（风袋），其成本相对较小，在无轨特长公路隧道中可有效运用这种通风方法。
抽出式通风是将风机和启动装置安设在距隧道约30m处的下风向，新鲜风流沿隧道洞身流入，污风经风管由风机抽出。抽出式通风时间相对较长，致使施工人员不能过早进入隧道进行工作，会严重影响施工进度。只有硬度较强管道（钢管）符合通风需求，致使安装与拆卸缺少便捷性，使用成本也相对较高。
混合式通风是将压入式和抽出式联合工作，秉承了压入式与抽出式通风的优点，当进行爆破施工后，隧道中空气质量会较为快速符合施工标准，不会对之后施工造成任何影响。
（三）高原地区公路特长隧道斜井转主洞通风模式
综合上述通风技术的优缺点，羊八井2隧道1#斜井转主洞施工通风期间，为保证快速排除洞内粉尘，加快洞内空气流动速率，结合本工程通风长度、通风线路的特点，现场选择压入式通风。在送风井、排风井进口约30m位置安装SDF（B）-6-NO17型号风机，分别将新鲜空气压入主洞左洞和右洞，同时在主洞与斜井的交叉位置增加一台同功率风机与进口风机串联，将新鲜空气分别输送至左洞、右洞大小里程掌子面。
图2斜井转主洞风袋布置图
四、羊八井2隧道1#斜井转主洞通风方案
（一）隧道需风量计算
羊八井2隧道1#斜井隧址区空气稀薄，含氧量为182g/m³左右，标准气压大气含氧量250g/m³左右。高原地区隧道施工时通风量计算需根据海拔将大气含氧量与标准气压含氧量比值考虑，确定理论供风量。
1、按洞内一个工作面同时工作的最多人数计算，隧道需风量Q=qn，其中，q为内燃机作业时给个面人员所需要的通风量，考虑海拔，取3m³/min；n为一个方向作业面同时作业的最多人数，按60人计；Q=180m³/min。
2、按洞内允许最小风速计算，隧道需风量Qx =60SV，其中S为隧道最大开挖断面面积，取98m2；V为洞内允许最小风速，取0.15 m/s；Qm =882m³/min。
3、按照爆破后稀释一氧化碳至许可最高浓度计算
采用压入式通风：工作面需要风量Q3= 
（m³/min）＝1072.8m³/min
其中：
t--通风时间，取t=30min。
G--同时爆破炸药用量，均按Ⅲ级围岩考虑，每循环最大进尺取3.5m；单位装药量取0.95kg/m3，则G=55×3.5×0.95=182.9kg；
L—掌子面满足下一循环施工的长度，取200m。
则按照稀释爆破有害气体所需要的风量为730m³/min。
4、按稀释内燃机废气的所需要空气量计算
洞内内燃设备配置使用情况为：挖掘机1台（110KW），装载机1台（162KW），汽车5台（180KW/台），混凝土罐车2台（85KW），总功率为1342kw。则稀释内燃机排出废气的需要空气量：
Q = V/K（m3/min）=1509.7m³/min
其中V =∑βP
式中：β—式内燃机产生有害气体，按照有净化装置机械产生的CO气体为0.09×10-3（m3/min·kw）；
P—内燃机功率，P =1342kw；
K—允许浓度0.008%。
上述四种计算结果，取其最大值作为通风布置设计量：1509.7m³/min。
5、正洞最大通风距离L=1920m，风袋每段长100m，正洞风管漏风系数：
=1.34，（β=0.015，L=1920m）
通风机供风量Q=Pc×Q=2018.3m³/min
考虑羊八井2隧道1#斜井隧址空气氧气含氧量为标准气压的182g/m³÷250g/m³=72.8%，所有通风风量Q终=2018.3m³/min/0.728=2772m³/min
（二）风机选择
1、风袋管道阻力系数
风阻系数Rf=6.5αL/D5=3.7
根据施工经验，为便于管理和维修，通风风袋采用D=1.5m布袋；摩阻系数取α=0.00225kg/m³。
2、管道阻力损失
考虑管道阻力损失，故所需风压为Hf=RfQjQi/3600+HD+H其他=4411.1Pa
其中Qj——通风机供风量，取2772m³/min；
Qi——管道末端流出风量，取1509.7m³/min；
HD——隧道内阻力损失取50；
H其他——其他阻力损失取60；
3、风机功率计算
风机功率计算公式：W=QHK/60η=267.5KW
其中Q—风机供风量，取2772m³/min；
H—风机工作风压，取4411.1Pa；
η—风机工作效率，取80%
K—功率储备系数，取1.05
4、风机选择
羊八井2隧道1#斜井转主洞施工应满足风量Q＝2772m³/min，风压4411.1Pa，功率267.5KW。综合考虑，羊八井2号隧道左洞和右洞分别选择2台SDF（B）-6-NO17型号风机串联及φ1.5m柔性风袋通风。
（三）通风风机安装
隧道施工期间需要使用风机设备排出浑浊空气，而浑浊空气主要是由内燃机运行期间形成的废气与开挖爆破施工期间产生的炮烟组合而成。这时可结合风机特征与功能进行科学安装，现场将风机安装于隧道拱顶位置，有利于将隧道中浑浊空气快速排除。洞口位置采用支架固定风机，高度与隧道拱顶向平，采用支架同时降低通风机振动频率。
（四）通风风管规划
在隧道施工通风中，风管自身质量、适应能力、安装与维修等工作都有着重要地位，如特长隧道施工期间主要是通过长管道进行通风工作。结合风管安装经济性与技术性可以发现，采用软风管通风最为合适，现场通风风袋采用φ1.5m的软风袋。隧道风袋采用钢丝直接吊挂于拱顶，有效防止外力等因素对风管造成损伤，同时对风袋破损便于修复。
五、通风管理
5.1各隧道队伍成立隧道通风管理小组，每日安排两人对隧道通风系统进行检查，对破损风袋及时维护和修补，根据掌子面进尺延长风袋距掌子面50-80m位置。同时保证二衬台车施工位置风袋的畅通。
5.2项目部安排专人对负责风机操作，并进行岗前培训合格后上岗。
5.3隧道施工现场设置通风系统所需的应急物资，储备相同序号不同长度的风袋和风机零部件，便于通风系统维修。
5.4二衬台车上设置通风线路并安装通风管道，对通风风袋进行保护。
5.5为加快洞内通风降尘，洞内配备雾炮车，在爆破出渣后采用配合通风降尘，提高工作效率。
结束语：
羊八井2号隧道1#斜井转主洞位置已施工完成，通过施工过程中对有害气体、风尘含量和洞内温度的检测，各项指标均达到通风卫生标准，有效的解决了高原地区特长隧道斜井转主洞施工中的通风难题。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.《公路隧道施工技术规范》JTG F60-2009.
论文作者:刘申品
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第21期
论文发表时间:2019/7/9
标签：隧道论文; 斜井论文; 风机论文; 风量论文; 风管论文; 特长论文; 洞内论文; 《建筑模拟》2019年第21期论文;