浅谈隧道施工通风

庞新刚

隧道施工中,由于钻眼、炸药爆破、装渣、喷射混凝土、内燃机械和运输汽车的排气、开挖时地层中放出的有害气体等因素,使洞内狭窄空间的空气非常污浊,对人体的健康影响较严重。因此,必须向洞内供给新鲜空气、更换和净化坑道内的空气,供给洞内足够的新鲜空气,稀释、冲淡和排除有害气体和降低粉尘浓度,以改善劳动条件,保障施工作业人员的身体健康、保证正常的安全生产,并提高劳动生产率。月湖泉隧道左右线进口段单洞长2 500 m,采用单口掘进的方式开挖,因此,必须制定好合理的通风方案,设置专门的通风管理机构和专职人员,负责通风系统的管理、设备检修、测试风速、风量和有害气体的浓度等工作。认真按有关规范、规程管理好通风,确保施工进度。

1 通风方案

洞内通风采用多级管道压入式通风,在两洞口各设1台大功率轴流式通风机,在洞内距洞口1 250 m处再串联1台大功率轴流式通风机,在工作面附近设局扇加强工作面的通风效果,风管均采用直径为1.2 m的软管。

2 风量计算

该隧道施工期间需要的风量根据隧道内同时工作最多人数、爆破作业、洞内最小风速、内燃机械所需的通风量分别进行计算,并取其最大值作为设计风量。

1)按洞内同时工作的最多人数的需风量计算。

其中,Q1为计算风量,m3/min;q为洞内每人每分钟所需的新鲜空气量,m3/min,按4 m3/min计;m为洞内同时工作的最多人数(钻孔、喷锚、衬砌和其他辅助作业同时工作),按70人计;k为风量备用系数,取1.15。

2)按洞内同时爆破用炸药量计算风量。

其中,t为通风时间,min,长隧道按60 min计;A为同时爆破的炸药量,kg,全断面开挖时,A=319 kg;S为隧道断面积,m2,代表性开挖断面按90 m2;L为通风区段长度,m,按隧道一半考虑,取L=1 250 m。

3)按洞内最小风速计算风量。

其中,Q3为开挖工作面所需风量,m3/min;S为开挖断面积,m2,取 S=90 m2;V为最低风速,取 V=0.25 m/s。

4)按洞内使用内燃机械计算风量。

其中,Q0为柴油机单位功率所需风量指标,1 kW的风量不宜小于1.645 m3/min;∑P为同时在洞内作业的各种柴油机功率的总和,kW,经统计取 ∑P=810 kW。

根据计算结果可知,本隧道所需风量由洞内爆破计算风量控制,工作面所需风量 Q=2 070 m3/min,考虑漏风而损失的风量,故洞外风机的供风总量应为:

其中,Q为计算所需风量;P为漏风系数,取P=1.10。

3 风压计算

通风机的静压在数值上等于风管沿程摩阻力损失和局部阻力损失。在一般情况下摩擦阻力是主要的,管道通风时,局部阻力一般可考虑增加5%～10%,本隧道采用管道压入式通风,管道摩擦阻力按下式计算:

其中,H为管道摩擦阻力,Pa;L为管道长度,m,通风区段按隧道一半考虑取 L=1 250 m;α为管道摩擦阻力系数,取 0.000 23;Q为风量,m3/s,Q=41.4 m3/s;d为风管直径,m,取d=1.5 m;g为重力加速度,g=9.81 m/s2。

总摩擦阻力:H总=1.1H=1.1×4 137=4 551 Pa。

4 通风机的选择和布置

根据以上计算,月湖泉隧道每个洞口选用1台ZWS-5.6型轴流式通风机,在洞内1 250 m处串联1台做主风机。通风机技术性能见表1。

表1 通风机技术性能表

5 安装风机

风机安装在洞口上风方向,支架要稳固结实,避免运转时振动摇晃,风机和风管接口处法兰间加密封垫,以减少局部漏风。

6 安装风管

1)使用风管前,要进行外观检测,保证无损坏。2)挂设风管要平、顺、直。在作业时,先由测工在拱顶测出中线位置,并每隔5 m标出锚杆位置。台车打眼后安装锚杆。3)布设φ 6钢筋拉线,用紧线器拉紧,风管吊线在拉线下。为避免φ 6钢筋受冲击波振动,洞内潮湿空气腐蚀等原因造成断裂,须间隔一个锚杆增设1个φ 10尼龙绳吊挂圈。4)为避免爆破对新风管产生破坏,风管末端安放旧风管,风管出口距工作面控制在50 m左右。

7 通风系统的维护

1)通风机要有专人值守,按规程要求操作风机。2)风机尽量减少停机次数,发挥风机连续运转性能。本工程采用对旋风机,为减少风机启动时的气锤效应对风管的冲击破坏,要求采用分级启动。3)洞内因渗水和温度变化的影响,风管内会有积水,要每月排水一次。4)对于严重破损而不能修复的管节,必须及时更换。

8 施工通风监测

施工通风监测要根据需要进行,也可安排定期检测。同时根据检测结果对通风系统进行改进。为加强通风效果,在隧道每个工作面设局扇。在主风管末端附近安设局扇,用局扇把新鲜空气送到开挖工作面,局扇风管采用φ 800 mm软管,挂在边墙拱脚附近,其台数根据实际需要决定。洞内管线布置示意图见图1。

[1]杜维东.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2007.

[2]重庆交通科研设计院.晋济高速公路月湖泉隧道设计图纸[Z].2000.

[3]王立琛.长大公路隧道施工通风技术研究[J].山西建筑,2009,35(11):317-318.