渝黔高速公路真武山隧道施工通风技术

真武山隧道位于重庆市南岸区长生桥镇境内，是重庆至贵阳高速公路重庆段一期工程唯一的咽喉控制工程，设计为双洞单向行驶三车道超宽公路隧道，全长2040米。其中我处承担左右线出口段各1380米的施工任务。隧道最大断面141m²，开挖宽度为15.24米，最大开挖宽度为18.5米，开挖高度为9.18米，上坡道坡度为2.49%和2.5%。施工采用钻爆法开挖上、下断面，独头掘进，装载机装碴，无轨运输出碴。施工通风需解决的问题：一是毒害气体、主要来源于爆破炮烟，无轨运输车辆柴油机废气，二是粉尘，主要来源于岩尘、炮烟、水泥尘、烟尘等。我们采用大功率通风机独头压入式通风，并辅以小功率通风机吸出式配合技术，成功地解决了真武山隧道的施工通风问题。

隧道施工通风除尘工作是隧道正常施工的基本保障，因此必须采取综合治理对策，即：加强机械车辆净化，减少污染源;实施水幕降尘，强化现场通风管理。

为了做到通风一次成功，我们根据施工组织设计，对风量、风压进行科学论证，合理选用通风设备，并认真进行测定，加强风机、风管的安装和维修管理。

（一）风量和风压的确定　

1.计算参数的选择：

⑴、开挖断面：S=60m²(按半断面）

⑵、一次开挖长度：L=2m

⑶、一次爆破耗药量：G=140kg

⑷、洞内作业人数50人

⑸、内燃设备装机功率478kw

⑹、爆破后通风排烟时间：t＜30min

⑺、通风管直径：φ=1200mm

⑻、管道百米漏风率β=1.3%

⑼、风管摩阻系数λ＝0.02，

α=ρλ/8=1.2×0.02/8=3.0×10^-4kg.s²/m³

⑽、炮烟抛掷长度Ls=15＋G/5，Ls=15+140/5=43m

2.风量的计算

风量计算按压入式通风考虑，确定工作面需风量，需计算出满足洞内最小风速所需空气量Q₁，满足洞内工作人员呼吸所需空气量Q₂，稀释炮烟所需空气量Q₃，稀释内燃机械废气所需空气量Q₄，取其最大者即为压入式通风系统出风口的所需风量Q_需。

⑴按洞内最小风速计算风量：

最小风速按Vmin=0.25m/s计算。

Q₁＝Vmin×S= 0.25×60×60=900(m³/min)

⑵按洞内最多工作人员计算风量：

一般标准为每人每分钟3m³新鲜空气，洞内作业人员按50人计算，风量备用系数取1.2。

Q₂＝3×50×1.2＝180（m³/min)

⑶按稀释爆破烟计算风量：

Q₃＝V₁－（KV₁^t+1/V₂)^1/t=2580[1－（100×10^-6×2580/4.2)^1/30                                         =229(m³/min)

式中：

V₂－一次爆破产生的有害气体：V₂＝αG＝3×10^-3×140

t—通风时间为30分钟中路博客aODBNy[eF
    K—允许浓度取100ppm

α－单位重炸药爆破产生的有害气体换算成CO的体积取

　　                   30×10^-3（m²/kg)

⑷按稀释内燃机废气计算风量：

根据隧规规定，内燃机械作业时1kw供风量取3m³/min， 机械设备的平均利用率70％，内燃机总瓦数：154+162×2=478Kw。（见表1）

Q₄＝3×478×0.7＝1004(m³/min)

根据计算取其中的最大值1004m³/min，为隧道工作面所需新鲜风量。供风长度按1300m计，考虑风管漏风，则风机提供的风量应为：

Q_机=Q_需/（1-β）^L/100=1004/（1-0.013）^1300/100=1190m³/min

                                                           表1

名  称	型   号	单 位	功 率	数 量
装载机	柳工ZL50D	台	154Kw	1
自卸车	卡玛斯55111	台	162Kw	2

 

3.风压的计算

为将所需风量送入指定位置,并达到规定的风速,必须克服沿途阻力,并在出口保持一定的风速和风压， 则通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h_机>h_阻。

     h_阻=h_动+h_局+h_沿

⑴动压：取50Pa；

⑵局部压力损失：由于直线隧道风流不转弯，风管断面不变化，因此，不予考虑；

⑶沿程摩擦阻力：

h_沿=αLUPQ²g/S³

采用φ1200mm风管：

          h_沿=3×10^-4×1300×（1.2π）×1.18×9.8/（π1.2²/4）³=3286Pa

采用φ1000mm风管：

          h_沿=3×10^-4×1300×（1.0π）×1.18×9.8/（π1.0²/4）³=8010Pa           

式中：

  α—摩擦阻力系数，取3×10^-4Kgs²/m³

L—风管长，取1300m

   U—风管周边长，πD

P—漏风系数，P=1/（1-β）^L/100=1.18

   Q—工作面所需风量，为1004 m³/min

   g—重力加速度，取9.8m/s²

     S—风管断面积，πD ²/4 

（二）机械设备的选型

合理的通风方案要求通风系统设计合理，风机风管相匹配。如果片面追求大风量风机，而风管直径小，或者风管直径大而风机风量小，都难以保证好的通风效果。   

1.风机：根据计算风机应提供的风量和风压及现有设备选型。压入式通风机采用轴流式通风机，其额定风量为1250 m³/min，风压为5000Pa，发电机功率为2×75Kw。（见表2）

                                                 表2

项 目	型 号	轮径       mm	风 量 m３/min	风 压       Pa	噪 声       db	转 速	电 机       Kw	数量
左右线	92-1	1100	1250	5000	85	1450	75×2	2
左右线	FSD-2	630	450	5000	60	2900	18.5×2	2

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

2.风管：一般情况下，取开挖面积的1/25～1/20为柔性风管过风面积，同时根据对不同管径风管的h_沿进行比较，Φ1200mm风管与风机相匹配，据此选配重庆煤科院生产的Φ1200mm（压入）和Φ800mm（吸出）的强力橡胶软管，每节长10m，软风管接头方式为双反边拉链式接头，安装方便、密封性能好。

（三）通风方式的选择与确定：

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。这种通风方式适应于短距离下坡道隧道，而我们施工是2.49%和2.5%的大坡度上坡隧道，当掘进到300m距离时，与洞口高差为7.5m，掌子面的底面高与洞口顶高相等，掘进到1200m时，高差为30m，油烟废气根本挤不出来，反而把整个洞搞得乌烟瘴气，看不见人影，严重的影响职工的身心健康和施工进度。只有千方百计把洞内油烟废气用管道直接排出洞外，才能最终解决通风排烟问题。因此，我们决定当掘进到300m深度时，在洞内离掌子面40～50m处安装一组FSD-2小型通风机，架设一条Φ800mm通风管往洞外排烟。通过一年多的实际应用，证明此方案确实可行。

（一）风机安装

1、洞外风机安装

为了保证压入较好的新鲜空气，风机安装于洞外距洞口约10m处，为了使通风机运转平稳，我们用浆砌片石砌筑1m高的机座，将通风机固定在上面，并用螺杆连接牢固。为了防止通风机和配电柜雨淋受潮及防止他人触电发生意外，在风机和配电柜上方搭盖雨棚和护栏。

 2、洞内风机安装

经反复讨论研究，最佳方案是安装在防水板铺挂台车上，它的主要优点是：

⑴移动方便，台车走它也自然跟着走，节约很多人力和时间，只需摘取或增挂风管。

⑵二次衬砌时也可开机排烟。

（二）风管悬挂固定

风管与风机连接处用铁皮加工喇叭口，一头用螺丝与风机连接，另一头套上强力胶管，用铁丝捆绑加固。大风管悬挂在二次衬砌墙体上，约离地面1m高，小风管悬挂在大风管上方。挂设风管要平顺直。作业时，先每隔5m打眼，安装锚杆，然后布ф6钢筋拉线，用紧线器张紧，风管吊挂在拉线下。风管悬吊要稳固，高度一致，要求每10m挠度不大于150mm。

（三）通风机调试

隧道内尘毒测试及通风管性能测试是评价通风条件的一项重要指标，周期性的动态测试数，数据反馈可为决策者提供科学依据。真武山隧道到目前进行了三次测试，对每次测试结果进行认真研究，及时完善通风设计。

三次测试的主要结果为：

⑴风机实际性能普遍达不到额定参数，比如92－1型通风机额定风量和风压力为1250m³/min和5000Pa，而实际测试为1100～1150m³/min和4500Pa，在一定程度上影响了通风效果,这就需要在选择风机时,考虑实际性能与额定参数的出入。

⑵由于采取了降阻防漏措施，风管百米漏风率小于1.1%。

⑶隧道内风速为0.3～0.5m/s，能满足要求。

（四）通风效果

真武山隧道左、右线都采用大功率通风机压入式通风，满足了施工生产的需要，辅以小功率通风机向外排烟，增强了通风效果，缩短了通风时间。

（一）搞好岗前培训，提高管理使用技术。

对负责通风专业工作的通风司机，管道安装维修工，进行岗前培训，传授通风操作、维修、保养技术，管道安装、调试、维修、保养技术和操作规则。

（二）健全制度、落实保障措施

一是通风机有专人值守，按规程要求操作风机，定期检修和润滑风机，如实填写各种记录，始终使通风机保持良好的状态。

二是设专职风管维修工，每班必须对全部风管进行检查，不平、不顺之处及时调直调平，发现风管破损漏风，及时处理：轻微破损的管节，采用快干胶水粘补，粘补后30分钟不得送风；严重破损的管节，必须及时更换，从而降低漏风系数，保证管道密封度。

三是加强运输设备的维修保养制度，按照设备管理要求定期维修，特别是进气和燃油系统，进行强化保养，并坚持燃油沉淀过滤制度，减少废气的排放量。

（三）采用循环双向一进一排通风排烟技术，加快排放速度。

为了加强掌子面废气的排放速度，在二次衬砌台车上安装一台FSD型通风机，功率为2×18.5kw配Φ80cm的强力通风橡胶管，一直接到洞外，直接使废气从洞内掌子面通过管道排出，保证了废气和炮烟不在洞内停留。

 

 

 

 

（四）自制水幕降尘器，最大限度降低炮烟、粉尘污染。

为了降低炮烟、粉尘用Φ20mm的镀锌钢管加工，一头堵死、一头套上闸阀，用小钻头在钢管上钻无数小孔，在放炮前安装好，紧靠掌子面，安装在两边拱腰上，最好每边装两个，放炮时开闸放高压水喷雾。不但效果好，而且争取了时间，提高了工效。

（一）经过一年多的施工实践，大断面长隧道以大功率通风机向隧道内压风，配以小功率通风机向外抽风，能够有效地解决通风问题。

（二）狠抓“防漏降阻”工作，只有管道漏风率和摩阻系数小，才能确保单机送风距离长，效果好。

（三）在洞口采用大功率通风机，长期向洞内通风，耗能较高，应采用无级变速节能风机，降低能耗。

（四）为确保通风工作的顺利进行，现场管理是关键，现场管理要设立专职通风人员，负责通风设备、管道的日常使用及管理、检查、维修、保养工作，确保设备的正常运行，提高利用率，保证管道完好无损、平直、稳固，保证工作面有一个良好的施工环境。这样风机的风量也可选相对小些的，使风机和风管的匹配较合理，避免风机风量过大，风管直径小，单机送风距离短，耗能多的特点。

（五）在衬砌台车上设置一台小功率吸出风机，虽能很好的改善衬砌作业段的工作环境，但掌子面与衬砌面距离太远，将直接影响掌子面的通风效果，所以衬砌必须紧跟。使掌子面与衬砌面之间总保持60m～80m左右的距离，才能保证掌子面的空气是新鲜的。

（六）双向一进一排通风排烟技术，是解决上坡道隧道排烟除尘的可行办法，保证各作业面的通风效果和施工顺利进行。

（七）降尘是不可忽视的重要环节。采用水幕降尘是经济、简单、实用的方法之一，国外长大隧道施工已普遍推广净化机降尘等综合治理措施，在今后的长大隧道降尘方面，应推广应用这些新技术和新设备。