钻爆法特长隧洞施工通风系统技术

耿 新 春

(新疆新华水电投资股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

钻爆法特长隧洞施工通风系统技术

耿 新 春

(新疆新华水电投资股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

以一条隧洞施工通风为例，在计入隧洞回风阻力及损失的条件下，重点从施工通风标准、通风量、通风阻力及风管安装等方面探析了长距离隧洞通风施工技术。

隧洞，通风量，回风，通风阻力

0 引言

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，是叶尔羌河干流梯级规划中“两库十四级”的第十一个梯级，在保证向塔里木河生态供水3.3亿m3的前提下，工程承担防洪、灌溉、发电等综合利用任务。坝址控制流域面积4.64万km2，水库正常蓄水位1 820 m，最大坝高164.3 m，总库容22.51亿m3，控制灌溉面积427.5万亩，电站装机容量730 MW，设计年发电量23.32亿kW·h，属大(1)型Ⅰ等工程。

枢纽工程由拦河坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔泄洪洞、发电引水系统、电站厂房、生态基流引水洞及其厂房等主要建筑物组成。

目前，国内外在设计通风时只是考虑将新鲜的空气送至开挖工作面，而忽略了新鲜空气送至开挖工作面后，隧洞回风时受到的阻力及损失，因此导致洞内通风难以达到预期的设计效果。

1 工程概况

1.1 区域地质概况

阿尔塔什水利枢纽库坝区位于昆仑山西段叶尔羌河中游峡谷河段，属中山区。近场区在构造单元上处于西昆仑海西褶皱系和塔里木地台两大构造单元的交界处，之间以米亚断裂为界，带内可划分出两个次级构造单元，由西向东分别为铁克里克断隆和莎车坳陷，之间以阿尔塔什断裂为界。拟建场地位于铁克里克断隆的东部，距阿尔塔什断裂约1.0 km～2.5 km，距米亚断裂约12 km。

根据新疆防御自然灾害研究所2008年5月完成的《新疆阿尔塔什水利枢纽工程场地地震安全性评价报告》，坝址区场地50年超越概率10%的水平向基岩动峰值加速度为179.9 gal，50年超越概率5%基岩动峰值加速度为221.0 gal，100年超越概率2%的水平向峰值加速度为320.6 gal[1]。对应的地震基本烈度为8度。

1.2 发电洞概况

阿尔塔什水利枢纽工程发电洞由两条隧洞平行布置，采用一洞二机的供水方式，两条发电洞的轴线间距弯道段前为44 m，弯道段后为60 m。隧洞断面形式采用圆形，发电洞全长6 009.592 m，洞径为8.5 m，衬砌厚度为0.6 m，交通洞纵坡1/500，设计引用流量为222.4 m3/s，属特长隧洞。沿线岩体覆盖一般埋深150 m～600 m，最大埋深约为650 m，具有埋深大、洞线长等特点。本工程单工作面施工通风长度为3 005 m。

2 隧洞通风标准及设计原则

2.1 隧洞通风标准

在隧洞施工过程中由于钻孔、爆破、出渣运输等所产生的粉尘、有害气体及地层间释放的有害气体等因素使得隧洞内空气浑浊、影响工人的身体健康。因此应为隧洞内工作地点提供足够的新鲜空气；稀释及排除各种有害气体和烟尘并且使其含量达到国家有关标准以内；确保施工质量及进度。目前国内对隧洞施工通风标准规定如下：

1)根据SL 303-2004水利水电工程施工组织设计规范及DL T/5099-2011水工建筑物地下工程开挖施工技术规范中的有关规定每人每分钟供给3.0 m3的新鲜空气。2)在煤矿及矿业行业中根据《矿上安全标准》及《煤矿安全规程》中规定每人每分钟供给4.0 m3的新鲜空气。3)洞内使用柴油机械时，可按每千瓦分钟4.08 m3风量计算。4)施工过程中，洞内氧气按体积计算不应少于20%。洞内平均温度不应超过280 ℃。5)洞内有害气体和粉尘含量应符合表1的标准。6)按爆破后20 min内将工作面的有害气体排出或冲淡至允许浓度计算，每千克炸药爆破产生的有害气体折合成40 L一氧化碳气体。7)洞内作业地点噪声不宜超过90 dB。8)工作面附近的最小风速不应低于0.25 m/s,最大风速按下列规定执行：a.隧洞、竖井、斜井工作面最大风速不应超过4 m/s。b.运输洞与通风洞最大风速不应超过6 m/s。

表1 空气中有害物质的最高容许含量

2.2 通风设计原则

1)合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果。2)采用挤压理论设计，进行通风系统设计比选优化，满足局部通风效果。3)本着经济适用、维修方便原则，尽量选用国产的先进通风设备，并减少风机的品种、型号。4)通风用电在隧洞施工中占有相当的比重，优先选用节能型风机以降低能耗。5)在净空允许的条件下，尽可能采用大直径风管，减少能耗损失。6)通过适当增加一次性投入，减少通风系统的长期运行成本。7)充分考虑海拔高高寒地区气候气压低对通风系统的影响。

3 通风风量的计算

3.1 通风风量计算标准

通风设计参数表见表2。

1)按洞内最多工作人数计算:

Q=3kN=3×1.5×30=135 m3/min。

其中，N为洞内同时最高工作人数，30人；k为风量备用系数，1.5。

表2 通风设计参数

2)按洞内允许最低风速计算：

Q=64VA=0.25×73.86×60=1 107.90 m3/min。

其中，V为保证洞内稳定风流的最小风速，本工程取0.25 m/s；A为开挖断面积。

3)按工作面排除炮烟需风量计算：

其中，G为一次爆破用药量；L0为炮烟抛掷长度，L0=15+G/5；其他符号意义同前。

4)按稀释内燃废气需风量计算：

Qg=k∑NiK1K2=4.08×700×0.7×0.8=1 599.36 m3/min。

其中，k为单位功率所需风量的系数，4.08 m3/(min·kW)；Ni为每台柴油设备额定功率；K1为设备平均负荷率，本工程取0.7；K2为设备同时利用率，本工程取0.8。

3.2 通风机风量确定

“是的。”田有园肯定地点了点头，她不说出口，他也知道她猜对了。“我第一次在你们单位门口见他时就觉得怪，有一种怎么也说不清楚的感觉，是熟悉还是害怕？我也说不清楚……后来我就打听了一下，发现……”

根据上述计算所需风量可知，开挖面所需风量主要由稀释内燃机废气和工作面排除炮烟需风量两种因素控制。由于这两种污染物对风机的风量要求不同，还不能简单地根据上述计算最大值来确定风机风量，因此应根据这两种因素分别计算风机的风量，然后取大值以最终确定风机风量。

对于压入式管道通风，用冲淡开挖面炮烟所需风量来计算风机风量时，应考虑管道漏损和高程修正因素。

QJ烟=Qy×P/K=424.11×2.23/0.9=1 050.85 m3/min。

其中，Qy为工作面排除炮烟需风量；P为漏风系数，本工程取2.23；K为高程修正系数，本工程取0.9。

管道通风用稀释内燃机废气的风量来计算风机风量时，因漏损在洞内的空气对废气仍有稀释作用，故只考虑高程修正因素。

QJ气=Qg/K=1 599.36/0.9=1 777.07 m3/min。

其中，Qg为稀释内燃废气需风量；K为高程修正系数，本工程取0.9。

经以上计算，取其最大值为隧洞通风量标准，故本工程通风机的供风量为1 777.07 m3/min。

4 通风阻力计算

本工程工期紧，任务重，要求钻爆后通风时间为20 min，以缩短循环时间，加快施工进度，为减少风管摩擦风阻，降低风管的漏风率，提高通风效果。根据流体力学阻力定律，管道通风的压力损失与风管直径的5次方成反比，本工程经过大量的比较最终决定采取2 000 mm的高强拉链式软风管，单节长度40 m。

1)管道摩擦风阻系数:

2)局部阻力系数：

其中，ζ为风管局部阻力系数，本工程取1.0；其他符号意义同前。

3)管道局部阻力：

hx=RjQjQg=0.062 5×29.62×26.66=49.35 Pa。

其中，Qj为通风机设计风量，m3/s；Qg为工作面获得的风量，m3/s；其他符号意义同前。

4)管道沿程摩擦阻力：

hc=RfQjQg=1.37×29.62×26.66=1 081.85 Pa。

5)需要通风机全压：

H=hx+hc=1 081.85+49.35=1 131.20 Pa。

为避免洞内流出的污浊空气重新进入，形成循环风，将风机设置在距洞口30 m的钢管基座上，位于进洞口方向的右侧。风机安装应由专业人员严格按照有关规定进行操作，确保风管安装达平、直、稳、紧、不弯曲、无褶皱、减少通风阻力。

5 结语

施工通风是长大隧洞施工的重要辅助工序之一。合理的通风布置及通风系统、理想的通风效果是实现隧洞施工进度和施工人员身心健康的重要也是唯一保障。目前，国内外在设计通风时只是考虑将新鲜的空气送至开挖工作面，而忽略了新鲜空气送至开挖工作面后，隧洞回风时受到的阻力及损失，因此导致洞内通风难以达到预期的设计效果。本文提供的通风技术及观点可以为以后类似工程通风设计提供参考，为优化地下施工通风设计方案提供实践依据，为加快施工进度及确保施工人员健康安全提供保障。

[1] 沈 军.新疆阿尔塔什水利枢纽工程场地地震安全性评价报告[R].乌鲁木齐：新疆防御自然灾害研究所，2011.

[2] 陈 晓，王旭红．阿尔塔什“三高一深”工程地质问题的勘察研究[J].四川地质学报，2011(5):37.

Ventilating technology of drilling and blasting method construction in extra-long tunnel

GENG Xin-chun

(XinjiangXinhuaHydropowerInvestmentCo.，Ltd，Urumqi830000，China)

Based on the case of one tunnel construction ventilating, ventilating technologies construction in extra-long tunnel are analyzed from ventilation standards, ventilation rate, ventilation resistance and the air pipe installation respectively under the consideration of return air resistance and loss.

tunnel, ventilation rate, return air, ventilation resistance

1009-6825(2014)07-0167-02

2013-12-26

耿新春(1963- )，男，高级工程师

U453.5

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