公路长隧道施工通风技术分析

ＢＲｊＤＧＥ　ＡＮＤ　ＴＵＮＮＥＬ　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ　ＡＮＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　文章编号：１０００　０３３Ｘ（２０１３）０７—００８１－０４　公路长隧道施工通风技术分析　刘惠兴　，李晓龙　（１．云南省公路工程监理咨询公司，云南昆明，６５００２１；２．长安大学公路学院，陕西西安７１００６４）　摘　要：从风量计算、风机和风管选型与布置、通风效果检测及评价等几个方面对昆石高速公路阳　宗隧道的施工通风实例进行了分析论证，实践证明：阳宗隧道施工通风系统效果良好。　关键词：公路长隧道；通风技术；风量计算；效果评价　中图分类号：Ｕ４５３．５　文献标志码：Ｂ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　Ｄｕｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｎｇ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　ＬＩＵ　Ｈｕｉ—ｘｉｎｇ　，ＬＩ　Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ。　（１．Ｙｕｎｎａｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｃｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００２１，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｐｒｏｊ　ｅｃｔ　ｏｆ　Ｙａｎｇｚｏｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｏｎ　Ｋｕｎｍｉｎｇ—Ｓｈｉｌｉｎ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｉｎ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｉｒ　ｖｏｌｕｍｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｒａｕｇｈｔ　ｆａｎ　ａｎｄ　ａｉｒ　ｈｏｓｅ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｒａｉｓａｌ　ｏｆ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｂｙ　Ｙａｎｇｚｏｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｗｏｒｋｓ　ｆｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ；ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｉｒ　ｖｏｌｕｍｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｅｆｆｅｃｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　０　引　言　高等级公路对线形、纵坡要求高，往往需要修建　长大公路隧道。长大隧道施工时普遍存在通风效果　差、工期紧的现象；因此，加强隧道施工通风技术的　研究，对改善施工环境、缩短施工工期、控制工程成　本有着重要的实际意义。　坡。出口端（昆明端）施工里程为Ｋ３７＋７２０～Ｋ３９＋　１５０，全长ｌ　４３０　ｍ。隧道设计为净跨１４．８　ｍ、净高　８．９　ｍ的半圆拱曲墙断面。　２所需风量计算　隧道断面面积为１４９　ｍ。，按隧道掘进长度达到　１　４３０　ｍ进行风量计算。　２．１　隧道施工时环境卫生标准　本文结合云南昆石高速公路阳宗隧道上行线出　口端施工中通风防尘的成功案例，分析了公路隧道　施工通风防尘系统方案，可为同类工程提供借鉴。　进行公路隧道通风防尘讨论和设计的目的，是　为了不断改善作业环境和劳动卫生条件，使隧道作　业场所有一个良好的环境，保证施工人员能安全、正　１　工程概况　阳宗隧道是昆石高速公路的控制性工程，地处　常进行生产，具体应符合以下要求口　。　（１）氧气含量按体积计，不应小于２０　。　阳宗海南部海湾，进口端设在阳宗镇，出口端设在宜　良县草甸镇，隧道分上下行线，设计为双向六车道。　施工时４个洞口同时掘进，全隧道无任何辅助施工的　坑道、斜井或竖井。上行线起止桩号为Ｋ３７＋７２０～　（２）有害气体浓度容许值：一氧化碳浓度不得超　过３０　ｍｇ・ｍ；二氧化碳按体积计不得超过０．５　；　氮氧化物（ＮＯ、ＮＯ　）浓度应在５　ｍｇ・ｍ　以下；二氧　化硫浓度不得超过１５　ｍｇ・ｍ＿。；硫化氢浓度不得超　Ｋ４０＋５１０，全长２　７９０　ｍ，纵坡采用１．０９　的单向上　收稿日期：２０１２　１２　１　７　过１０　ｍｇ・ｍ；氨的浓度不得超过３０　ｍｇ・ｍ＿　。　８ｌ　ＢＲＩＤＧＥ　ＡＮＤ　ＴＵＮＮＥＬ　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　（３）粉尘允许浓度为每１　ｍ。空气含量１０　以　下，游离Ｓｉ（）。的粉尘必须在２　ｍｇ以下。　（４）隧道内的气温不宜超过２８。Ｃ。　（５）噪声不宜大于９０　ｄＢ。　２．２隧道通风系统方案选定　通过对风管式、巷道式、风道式３种机械通风方　式的适用条件、优缺点进行比较后，决定采用风管式　通风方式　］。该方式不仅满足公路长隧道施工通　风的要求，同时还具有明显的经济效益。　阳宗隧道相当于独头掘进，根据此特点以及通　风时间、工作面所需风量、通风距离、隧道断面、施工　方法及“新风有来源，污风有出路”的要求，通风系统　实施方案如下。　（１）在隧道掘进长度达１５Ｏ　ＩＴＩ之前，采取自然　通风的方法便能满足隧道通风需要；同时在工序多、　空气质量稍差时，采用洒水车向隧道空间内喷洒水　雾以加速空气的净化。　（２）在隧道掘进１５０　ＩＴＩ后，用１台压入式风机　通风。　（３）掘进达到８００　ｍ时，增设１台同型号风机　串联接力供风。　（４）掘进达到１　０００　ｍ后，在距离洞口８００　ｒｆｌ　处加设一组射流风机，加速洞内污风向外排出。　按新鲜风从洞外压入掌子面，污风顺洞身直接　从｝同内向洞口排出进行通风量计算，风管采用　１．５　ＩＴＩ胶贴柔性风管，供风距离１　４３０　ＩＴＩ。这种通　风方式可保证掌子面一带的有毒、有害气体浓度在　短时间内得到稀释，为施工营造良好的环境，缩短通　风排烟对掌子面的影响时间。　２．３隧道供风量计算　２．３．１按稀释和排出炮烟计算需风量　按稀释和排出炮烟计算需风量，见式（１）。　Ｑｌ一（１９／ｔ）（Ａ×Ｓ×Ｌ）“　（１）　式中：Ｑ　为压入式通风时稀释和排出炮烟所需风量　（ｍ　・ｒａｉｎ　）；Ａ为工序中单次最大装药量（ｋｇ）；Ｓ为　隧道断面面积（ｉｎ。）；Ｌ为隧道全长（ｍ），取１　４１０　ｉｎ　（因为１　４３０　ｒｎ中有２Ｏ　ｍ是洞门）；ｔ为隧道内有毒　气体折合成一氧化碳体积，并将其稀释到最大浓度　小于０．０２　（按体积）的时问，一般取１５～４５　ｒａｉｎ，　此处取４５　ｒａｉｎ。　式（１）中，Ａ按每循环开挖量最大的上导坑单次　开挖２．５　１ＴＩ（在围岩较稳定时）深，上导开挖面积　８２　８２　，１　ｍ。土石需装药０．８５　ｋｇ计算，即Ａ一（２．５×　８２）／ｏ．８５—２４１　ｋｇ。Ｓ按本隧常用的Ｓ　型衬砌形　式，最大断面是上下导坑初期支护完成后进行仰　拱开挖时的空间，通过计算Ｓ为１４９　１７１　。代人　式（１）得　Ｑ１一（１９／４５）×（２４１×１４９×１　４１０）　一　３　００４　ｍ。・ｒａｉｎ一　２．３．２按最低排尘风速计算需风量　采用综合防尘措施，使工作面空气含尘量降到　２　ｍｇ・ｍ＿。‘以下，所需的隧道最低风速为最低排尘　风速，按１５　ｎｎ＿・ｒａｉｎ　计算，则有　Ｑ２一ＳＶ　ｉ　（２）　式中：Ｑ　为最低排尘风速的需风量（ｍ。　・ｒａｉｎ　）；　Ｖ　为最低排尘风速，取１５　ｍ・ｒａｉｎ　；Ｓ为隧道断　面（１ＴＩ　），取１４９　ｍ　。代入（２）式得　Ｑ２—１４９×１５—２　２３５　ｍ。・ｒａｉｎ　２．３．３按无轨运输时柴油机械设备排放的废气计　算需风量　该隧道采用装载机、挖机、自卸式汽车出碴，需　风量应满足将柴油设备所排出的废气稀释到允许浓　度以下，按单位功率的需风量指标计算需风量　Ｑ３一ｑ　，Ｎ　（３）　式中：Ｑ。为稀释柴油机械设备排放废气的需风量　（ｉｎ。・ｍｉｎ　）；ｑ。为单位功率的需风量指标，一般取　３．９　ｒｎ。・（ｋＷ・ｒａｉｎ）　；Ｎ为各种柴油设备按使用　时间百分比的总功率（ｋｗ）。　考虑最不利的环境，在上导坑出碴时，２台５０Ｂ　装载机、３台自卸式汽车同时工作，挖掘机和另几辆　自卸式汽车不工作，所以只考虑２台５０Ｂ装载和　３台汽车的排放废气。装载机为小松ＷＡＳ００—３机　型，功率为２３５　ｋＷ，自卸式汽车为载重２５　ｔ的斯泰　尔汽车，功率为２００　ｋＷ，将上述数字代入式（３）得　Ｑ３—３．９×（２３５＋２００×３）一３　２５７　ｍ。　・ｒａｉｎ　２．３．４按同一时段最大施工人员数计算需风量　按同一时段最大施工人员数计算，所需风量为　Ｑ　一Ｕ　（４）　式中：Ｑ　为在同一时段施工人员数最大时的需风量　（ｒｎ。・ｒａｉｎ　）；Ｕ　为洞内每人所需新鲜空气量，一　般按４　ｍ。・ｍｉｎ　计算；Ⅲ为洞内同时工作的最多　人数，取１００人；是为隧道通风备用系数，取１．２５。　代入式（４）得　Ｑ４—４×１００×１．２５＝＝＝５００　ｉｎ。・ｒａｉｎ　ＢＲＩＤＧＥ　ＡＮＤ　ＴＵＮＮＥＬ　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ　ＡＮＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　２．３．５　按炸药同时起爆排除有毒气体所需风量计算　如果炸药同时起爆，排除有毒气体所需风量为　Ｑ　一５ＡＢ／ｔ　（５）　式中：Ｑ　为炸药同时起爆时排除有毒气体的需风量　（ｍ。・ｒａｉｎ　）；Ａ为一次同时爆破的最大装药量　（ｋｇ），取２４１　ｋｇ；Ｂ为每公斤炸药爆破生成的有毒　气体，取４０　ｍ。・ｋｇ一；　为排除有毒气体的通风时　间（ｒａｉｎ），取４０　ｒａｉｎ。代入式（５）得　Ｑ５—５×２４１×４０／４ｏ一１　２０５　ｍ。・ｒａｉｎ　２．３．６风机的工作风量　根据式（１）～（５）的计算结果，取最大值３　２５７　１ＴＩ。・ｒａｉｎ　为隧道所需风量。　不论是抽出式或压入式通风，风管漏风都会使　风管末端的风量减少，因此工作面的实际得风量均　小于风机的实际供风量，而漏风率的大小与所采用　的风管材质、类型有关。阳宗隧道上行线出口采用　胶贴的柔性风管，其百米漏风率取０．４　，按上行线　最长掘进距离计算，压入式风机的风管最长１　４１０　ｍ，　因此风机的工作风量为　Ｑ。一Ｑ…＋ｎｐ　Ｑ…　（６）　式中：Ｑｓ为风机的工作风量（Ｉｎ。・ｒａｉｎ　）；Ｑ　为　式（１）～（５）计算结果的最大值，取３　２５７　ｍ。・ｒａｉｎ矗。；　，２为最大风管长度的百米倍数，　一１　４１０／１００—　１４．１；Ｐ　为风管漏风备用系数，即漏风率，取０．４　。　代入公式（６）得　Ｑ６—３　２５７＋１４．１×０．４　×３　２５７—　３　４４１　ｍ。・ｒａｉｎ一　２．４通风阻力计算　几机的通风阻力按式（７）、（８）计算。　ｈ　一ｈ　＋ｈ　（７）　ｈ　一（６．５也Ｑ　Ｑ　）／Ｄ　（８）　式中：ｈ　为风机通风阻力ｐａ；ｈ　为风管摩擦阻力　（ｐａ）；ｈ　为局部性的压力损失（ｐａ）；ａ为风管摩擦阻　力系数（Ｎ・Ｓ・ｒｎ　），ａ一　／８，其中ｐ为空气密度　（ｐ—１．１７６　ｋｇ・ｍ　）；　为达西系数，取０．０１５，则　ａ一１．１７６×０．０１５／８—０．００２　２；Ｌ为风管的长度　（ｍ）；Ｑｘ为工作面需风量（ｍ。・Ｓ　），Ｑ　一３　２５７／６ｏ一　５４　ｍ。・ｓ　；Ｑ　为风机供风量ｍ。・ｓ　，３　４４１／６ｏ一　５７　ｍ。・Ｓ＿。；Ｄ为风管直径（ｍ），取１．５　ｍ。　则当风管长度Ｌ一８００　ｍ时　ｈ　一（６．５×０．００２　２×８００×５４×５７）／１．５　一　４　６３７　Ｐａ　当风管长度Ｌ一１　４１０　ｍ时　ｈ　一（６．５×０．００２　２×１　４１０×５４×５７）／１．５　一　８　１７３　Ｐａ　局部性的压力损失（　），如风道缩小、扩大、转　弯，通风管采取同直径连接风机，沿洞身侧壁布置　等，此部份压力损失可忽略不计，所以ｈ　一ｈ　。　２．５最终通风量确定　根据计算，最大通风量取３　４４１　Ｉｎ。・ｒａｉｎ～，单　台风机最大风压取４　６３７　Ｐａ，２台风机串联最大风　压取８　ｌ７３　Ｐａ。　３风机风管选型及布置　３．１风机选型　通风机型号的选择按以下３个条件选定：通风　机产生的风量不能小于理论计算风量；通风机直径　与选取通风管直径不能差别太大；风机全压值不小　于管道总阻力（工作风压）＿７］。根据以上３个条件，　对国产通风机展开调查，通过比选，选用天津市通创　风机有限公司生产的１６０Ｂ一２Ｓ１３２型对旋式隧道风　机，它的流量是３　６００　ｍ。・ｒａｉｎ＿。，全压是４　７００　Ｐａ，　完全满足上述计算结果的需要。在前８００　ＩＴＩ采用　１台，在８００　ｒｎ后采用２台组合串联通风。　３．２电动机选型　根据所选风机的轴功率及转速，需１３２　ｋｗ的　交流异步电动机，阳宗隧道上行线出口选用西安利　特机电有限公司生产的三相交流变频电动机。　３．３风管选型　１．５　ｍ的ＷＳＲＧ型维伦塑胶通风软管是胶质　的柔性风管，节长达１００　ｒｎ，非常适用于长距离隧道　的使用，可有效减少接头个数。且该管的边缝采用　高频热塑焊接新工艺，杜绝了传统缝纫方法制作的　软管在针眼处漏风的现象。　３．４风管布置　风管布设在隧道右边墙上。安装风管前，先按　５　ｍ间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置。　用细钢丝绳拉紧风管并固定在锚杆上，然后按　３０　ｃｍ间隔在钢丝绳上挂钢制宽环蓬圈，这样可使　风管安装达到平、直、顺、稳、紧且牢固可靠，不弯曲，　无褶皱，减少通风阻力。风管与风机连接处采用　３０　ｍ长铁皮风管与软式风管连接；在工作面的风管　末端也增加１节１０　１２１长铁皮风管，防止爆破时破坏　风管。在经过二衬台车处，于风管外设置铁皮管保　８３　ＢＲＪＤＧＥ　ＡＮＤ　ＴＵＮＮＥＬ　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ　ＡＮＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　护，确保管路畅通。　４施工通风监测及效果评价　４．１施工通风监测　在施工中，建立通风检测的组织系统，测定风　速、风量、风质参数及隧道内温度　ｊ。管道通风监测　时使用１．３　ｍ比托管、Ｕ型压力计，以五环１０点法　测试全压和静压，用１．３　ｍ比托管、ＤＧＭ一９型补　偿式微压计测试通风管内风的动压。通风量的监测　采用与管道通风测点相同截面，用热球式风速仪以　９点法测试风速、风量。用数字式温度计测试管道　内外气温，用空盒气压表、干湿球湿度计测试隧道内　各点气压及湿度值。隧道内炮烟及有害气体扩散规　律测试采用Ｐ一５型数字粉尘计自动记录各测点烟　尘每分钟浓度动态变化，用远红外线ＣＯ测试仪记　录每个测点炮烟中一氧化碳浓度动态变化。对不同　施工阶段的施工通风进行监测，根据测试结果进行　系统改进。　４．２效果评价　（１）掘进１５０　ｍ以前，未安装风机，因断面大、　掘进短，而且是在冬季施工，隧道内的温度比洞外　高，洞内压力较大，隧道内气流外溢的速度快，自然　通风能满足施工要求。一般爆破２４０　ｋｇ炸药后　２５　ｒａｉｎ内，自然风流就能将炮烟排尽，工人可进入　掌子面工作。　（２）掘进１５０￣８００　ｍ时安装１台风机，到８００　ｍ　时，掌子面爆破３０　ｒａｉｎ后，距离掌子面３Ｏ～７０　ｍ范　围内炮烟浓密，持续通风１　ｈ后，工作面附近１００　ｍ　范围内烟尘渐弱。但在４００～６００　ｍ范围内聚集大　量废气及烟尘，尤其在衬砌台车附近烟尘聚集更明　显，此时已经不能满足通风需要，应实施第三阶段通　风方案。　（３）掘进８００～１　２００　ｍ时，在８００　ｍ处增加串　联同型号风机，掌子面爆破３０　ｒａｉｎ后，距掌子面　３０～７０　ｍ范围内，炮烟明显减少，持续通风出碴　ｌ　ｈ，工作面附近２００　８００　ｍ范围内烟尘渐弱，工作　面可满足施工需要。但在掘进近１　２００　ｍ时，已施　作二衬的洞身段，在出碴时烟尘浓密，通风效果在出　８４　口段较差，隧道出口处排出的废气烟尘明显较慢，应　实施第四阶段通风方案。　（４）掘进１　２０¨。～ｌ　４３０　ｍ时，在ｌ　０００　ｍ处风管　异侧加设一组ＮＳＩ，１２５型射流风机，流量３１　・Ｓ，　出口速度３４　ｍ・Ｓ一，功率为３０　ｋｗ，加速洞内污风　向外排出。隧道内烟尘排出速度明显加快，尤其已　施作洞身二衬段浓密烟尘稀释较快，环境得到明显　改善。　隧道出碴时，在少有施工人员的通道空间，最佳　空气状况仍有多项指标有不同程度的超标，主要原　因是内燃机械较陈旧，油烟排放量比预期大，而且运　输机械在整个隧道内行驶，废烟废气移动式地主动　散布在整个隧道空气中，给排烟排污增加难度。但　总体来说，通过通风监测，隧道掌子面风速、风量、风　质均能达到设计要求，工作面的空气良好，各项施工　作业环境卫生指标在工序集中地段均能达到工作环　境卫生标准。　５　结　语　在阳宗隧道施工中，通过对施工通风系统的合　理优化、配置，施工通风效果良好，用软短的通风时　间使工作面空气质量达到要求。但通风防尘是一门　系统的工程，许多影响因素还不能被量化，采取的措　施依然不足，仍需要在实践中为断总结，不断改善措　施，提高技术，为公路隧道施工营造更好的工作环境。　参考文献：　［１］ＪＴＪ　Ｏ４２　９４，公路隧道施工技术规范ＩＳ］．　［２］ＪＴＧ　Ｄ７０　２００４，公路隧道设计规范Ｉｓ］．　［３］ＪＴＪ　０２６．１　１９９９，公路隧道通风照明设计规范ＩＳ］．　［４］　中国交通建设监理协会．交通建设工程安全监理［Ｍ］．北京：　人民交通出版社，２００７．　［５］黄成光．公路隧道施工［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６．　［６］王毅才．隧道工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６．　［７］吴奉亮．复杂公路隧道火灾风网稳态求解模型应用［Ｊ］．长安　大学学报：自然科学版，２０１１，３ｌ（５）：５７　６２．　［８］　徐亚强，屈占辉．隧道监控量测相关标准［Ｊ］．筑路机械与施工　机械化，２０¨，２８（１０）：６６—６９．　［责任编辑：杜卫华］