隧道施工通风管理问题探讨

李永生

(中铁隧道集团技术中心，河南洛阳 471009)

0 引言

随着我国隧道与地下工程修建技术的发展，隧道施工通风技术水平取得了长足进步和提高，不但取得了多项科技创新成果，而且还开发出了很多新型通风技术和工法。例如:科技创新方面，在长距离多开挖面施工通风、节能通风自动控制系统、高原隧道施工通风、瓦斯隧道施工通风、高原隧道风机研制、高温热害隧道施工通风、高寒隧道施工通风和复杂隧道网络通风技术等方面取得了一系列成果;在新型通风技术和工法方面，开发了射流巷道式通风、斜井隔板风道式通风、单斜井双正洞隧道施工通风、隧道施工通风设计计算软件和隧道施工通风监测软件等新型技术与工法，还研制了很多施工通风配套设施，并获得了多项国家专利。杨立新等［1］和赵军喜［2］对巷道式通风技术进行了具体介绍，后者还结合不同通风方式与管控方法进行了能耗对比分析，提出了节能通风措施;赵军喜［3］和苟红松等［4］对高原隧道施工通风技术结合实例进行了介绍，后者还对高原隧道施工通风设计计算进行了详细说明;刘石磊［5］对瓦斯隧道施工通风方案比选和相关注意事项进行了具体介绍;罗占夫［6］和赵东波等［7］对斜井隔板风道式通风从理论计算和现场实施等方面进行了具体介绍;肖元平等［8］对单斜井双正洞隧道施工通风技术结合实例进行了详细说明;杨立新［9］和李永生［10］分别从施工通风管控角度对隧道施工作业环境卫生标准提出了建议，后者主要针对高原隧道进行了分析;赵以蕙［11］和张国枢［12］对通风原理、设计以及实施等进行了详细介绍。

综上，说明现代隧道施工通风技术已经比较成熟，相关文献主要从技术角度进行介绍，对具体实施也提了一些要求，但对施工通风管理介绍不够。目前，在隧道施工通风中暴露出的问题，多数是因为对施工通风管理不到位，导致通风效果不理想，所以有必要对施工通风管理进行深入探讨，以便提高认识。

1 隧道施工通风管理流程

1.1 施工通风管理流程

图1 隧道施工通风管理流程图Fig.1 Tunneling ventilation management flowchart

1.2 对施工通风管理的理解

隧道施工通风管理主要分为技术管理和施工管理，两者是相辅相成的，不能完全分离开单独进行管理。

技术管理包括施工通风技术与组织方案设计、专项方案交底、效果检测与评价及方案优化等。其中，施工通风技术与组织方案设计环节包含了方案评审与审批;专项方案交底是将设计方案通俗化和具体化，是分阶段进行的，主要是依据审批后的方案对现场施工人员进行交底，详细说明资源配置和指导具体操作;效果检测与评价是方案实施过程中进行的自检与自我评价，可据此明确阶段调整与方案优化的方向;方案优化是在原审批方案的基础上进行局部调整，不能违背或者推翻原审批方案。技术管理贯穿于施工通风管理的始终，是整个通风方案成败的关键。

施工管理主要包括施工准备、现场实施和阶段调整。施工准备是依据专项方案交底准备人、料、机等资源;现场实施和阶段调整是依据专项方案交底进行的具体操作，其操作必须满足相关标准、规范和设计方案的要求，其中包含了对人、料、机的管理，而阶段调整环节可能糅合了方案优化。施工管理主要体现在方案实施阶段，其管理水平直接决定通风效果。

2 隧道施工通风管理易发问题分析

2.1 技术管理问题

技术管理中的易发问题主要是随意更改方案。

2.1.1 风机配置与应用问题

根据以上分析，中国在巴基斯坦投资的区域主要集中于三个大省，俾路支省、旁遮普和信德省，以及伊斯兰堡首都为中心的地区。重点城市为瓜德尔市、卡拉奇市、拉合尔、白沙瓦、木尔坦、费萨拉巴德等。

1)改变配置风机。例如，某隧道最大送风距离3 500 m，设计开挖面需风量为2 000 m3/min、采用2× 185 kW风机(叶片角度+3°)匹配φ2.0 m风管送风，风管平均百m漏风率为1.5%、摩阻因数0.02。设计送风3 500 m时工况曲线见图2中的A线与+3°线，风机风量3 572 m3/min、风管出口风量2 070 m3/min (即送到开挖面风量)。

图2 2×185 kW风机匹配不同风管工况图Fig.2 Working condition of 2×185 kW ventilation fan matching different ventilation ducts

现场刚好有1台闲置的2×110 kW风机(叶片角度+3°)，于是直接更改方案改成2×110 kW风机匹配φ2.0 m风管送风(工况见图3)。D线为送风3 500 m时的阻力曲线:风机风量2 714 m3/min、风管出口风量1 599 m3/min。E线为送风2 000 m时的阻力曲线:风机风量2 834 m3/min、风管出口风量2 095 m3/ min。

问题分析:

①采用2×185 kW风机(叶片角度+3°)匹配φ2.0 m风管送风，在最大送风距离3 500 m时仍然满足开挖面需风量2 000 m3/min的要求。目前施工生产中采用的大功率风机多数为多级变速或者变频风机，在隧道施工的前期和中期，送风距离较短时，可以采用低速或者低频运转，在满足施工生产的前提下来实现节能，为后期施工也提供了能力储备。

②采用2×110 kW风机(叶片角度+3°)匹配φ2.0 m风管送风，在送风距离3 500 m时不能满足风量要求，只有送风距离在2 000 m以内时方可满足风量要求，所以在隧道施工的前期和中期能够满足要求，不会暴露出问题。而进入中后期，送风距离超过2 000 m以后通风效果会急剧变差，必须更换为设计方案中的大功率风机方可从根本上解决问题，但此时施工接近尾声，不愿再增加投入购置新设备，只想利用现有资源完成施工，那么通风问题就不能根治。

图3 2×110 kW风机匹配φ2.0 m风管送风工况图Fig.3 Working condition of 2×110 kW ventilation fan matching φ2.0 m ventilation duct

2)随意增设风机。在隧道施工进入中后期，送风距离较长，通风效果下降时，经常出现随意更改方案增设风机的现象。通常的做法如图4所示，经常采取中途接力风机和增设排污射流风机的措施，结果多数是事倍功半。

图4 随意设置风机示意图Fig.4 Ventilation fans installed improperly

问题分析:

①中途接力风机就是风机串联工作，现场多数采用的是风机断开串联［13］。该方法通常情况下不提倡采用，一般是在施组方案发生较大变化，风管独头送风距离增加过长的情况下被迫采用，并且必须通过专业的方案优化设计，合理选择接力风机型号和接力位置。而随意选用现有风机，凭感觉和施工布设方便来选择接力位置，其结果往往是投入设备增多了、能耗增加了、通风效果仍然不理想。

②射流风机在隧道施工通风中的主要用途是诱导和调节风流，其前提是应用在形成通风回路的巷道内，也有部分情况是为了局部降温而采用小功率射流风机的。而图4中的排污射流风机是施工单位经常犯的一个明显错误，因为洞内风量全部是由洞口风机提供的，要想增大排污风速就必须增大洞口风机的送风量，增设射流风机不会改变洞内的总风量和整体排污风速，只是增大了局部风速和在局部区域形成涡流，不能改善整个通风系统，所以射流风机设置在独头巷道内不能发挥应有作用，是一种错误应用。

2.1.2 风管配置与采用问题

1)改变配置风管。仍然以上述某隧道为例，设计采用2×185 kW风机(叶片角度+3°)匹配φ2.0 m风管送风。现场刚好有φ1.8 m旧风管，于是为了节约成本直接采用，并且随后为了与旧风管衔接匹配，新购风管也是φ1.8 m。送风3 500 m时:风机风量3 080 m3/min、风管出口风量1 815 m3/min。送风3 000 m时:风机风量3 160 m3/min、风管出口风量2 008 m3/ min。

问题分析:

①2×185 kW风机(叶片角度+3°)匹配不同风管的工况见图2，其中A线为φ2.0m风管送风3 500 m时阻力曲线、B线为φ1.8 m风管送风3 500 m时阻力曲线、C线为φ1.8 m风管送风3 000 m时阻力曲线，由图中工况点可知B线风阻最大风量最小、A线风阻最小风量最大。

②采用2×185 kW风机匹配φ1.8 m风管送风，在送风距离3 500 m时不能满足风量要求，只有送风距离在3 000 m以内时方可满足风量要求，施工前期和中期不会暴露出问题，后期送风距离超过3 000 m以后通风效果会急剧变差，必须更换为大直径风管或者再增设一套通风系统补充风量方可从根本上解决问题。但隧道只剩几百m就贯通，施工单位不愿再增加投入，多数利用现有通风系统维持到施工结束或者中途随意接力风机等将错就错的措施。

2)降低风管质量要求。目前市场上销售和施工实际采用的风管大多为PVC拉链式软风管，并且近些年隧道施工通风采用φ1.5 m以上大直径风管的情况较多。由于对大直径风管性能没有约束标准和相应的质检机构监督，其质量和加工工艺良莠不齐，价格也参差不齐，为了降低成本经常会购置和采用劣质风管，在现场应用中暴露出的主要问题是:漏风率高、通风阻力大、抗压强度不够、膨胀率和伸长率过大、易老化等。

问题分析:

①风管漏风率高除加工材质漏风外，主要还是加工工艺问题。首先是风管接头拉链裸露(见图5)，无降低漏风率的内外保护围布，一般要求风管拉链内外设5～10 cm防漏风保护围布(见图6)，围布必须是焊接上去的，禁止采用缝合方式;其次是风管纵向焊接带漏风，有些为了给焊接补强还增设了纵向缝合线(见图7)，导致缝合针孔加大漏风，质量合格风管一般要求风管纵向只有宽5 cm以上的平整焊接带(见图8)，小直径风管只允许有1条纵向焊接带，大直径风管不允许超过2条。

图5 接头拉链裸露漏风风管Fig.5 Ventilation duct with air leakage from the joint zipper

图6 接头拉链设有内外保护围布的风管Fig.6 Ventilation duct with seal strip along joint zipper

图7 纵向焊接带漏风的风管Fig.7 Ventilation duct with air leakage from longitudinal welding joint

图8 纵向焊接带合格的风管Fig.8 Ventilation duct with qualified longitudinal welding joint

②风管通风阻力大首先是材质问题，有些风管材质本身的光滑度和平整度较差，焊接加工时易褶皱变形，导致风阻增大;其次是加工工艺问题，有采用螺旋形纵向焊接带的风管，还有采用钢圈补强与缝合加固的风管(见图9)，也有内壁粗糙外壁光滑的风管，均会因风管内壁凹凸不平而增大阻力。

图9 采用钢圈补强的风管Fig.9 Ventilation duct reinforced by steel rings

③抗压强度不够主要是因为风管材质问题，其次是由焊接质量不合格和拉链缝合强度不够等原因引起的;膨胀率和伸长率过大以及易老化也主要是材质问题。这些问题经常在施工中后期暴露出来，尤其是施工后期需要风机大功率高风压送风时，质量不合格风管经常出现爆管、直径膨胀变大、长度伸长量过大、老化变硬脱皮等，不但导致通风管路不顺畅、风阻增大、漏风率增高，而且会影响风机性能发挥，致使整个通风系统不能达到设计要求，通风效果无法保证。

2.2 施工管理问题

施工管理问题主要是风机设置问题和通风管路挂设与维护问题。

2.2.1 风机设置问题

1)洞口风机设置问题。TZ 204—2008《铁路隧道工程施工技术指南》［14］(以下简称《指南》)中要求风机应架设在距洞口大于30 m、一定高度的支架上，在现场实施中有很多不满足距离要求的情况，多数是因为受场地限制或者凭经验随意设置，其后果是容易造成污风循环。

2)洞内风机设置问题。洞内为开挖面送风的风机应设置在新鲜风流中，风机前后5 m范围内不许堆放杂物;射流风机应设置在形成了通风回路的巷道内，靠卷吸升压作用来提高巷道内风速。现场实施时有发生将风机设置在污浊风流中的情况，因污风循环将污浊空气送到了开挖面，将射流风机设置在独头巷道内的情况更多些，其错误原因前文已经说明。另外，洞内风机集中布设时，不宜间距过小，应尽量拉大间距，以避免风机联合工作对风机工况的影响;射流风机与其它风机也应尽量拉大间距，以保证充分发挥射流风机的卷吸升压作用。

3)其他问题。风机安装必须牢固，避免因抖动而影响风机正常工作;保证风机有充足的电力供应，避免后期风机大功率开机时无法正常运转。

2.2.2 风管挂设与维护问题

1)风管挂设问题《指南》中要求风管挂设应平、直，无扭曲和褶皱(见图10);不应左右摇摆和高低起伏，尤其是在短距离内不应急剧起伏(见图11);通风管路应选择合适位置平缓通过衬砌台车和台架(见图12);挂设风管转弯时，要圆滑缓慢通过(见图13)，不应转锐角弯折线通过(见图14)，也可采用刚性铁皮弯头缓慢通过;风管分叉时建议采用刚性铁皮三通(见图15)，也可采用定制的柔性三通风管，不应在主管路上随意开口分风(见图16)。

图10 挂设平顺的风管Fig.10 Ventilation duct installed smoothly and straightly

图11 挂设不平顺的风管Fig.11 Ventilation duct installed improperly

图12 平稳穿越台车的风管Fig.12 Ventilation duct passing through formwork trolley properly

图13 圆滑转弯的风管Fig.13 Ventilation duct that turns direction smoothly

图14 转折线弯的风管Fig.14 Ventilation duct that turns direction sharply

图15 铁皮三通分风Fig.15 Steel three-way connector used to branch ventilation duct

图16 主管路随意开口分风Fig.16 Ventilation duct that braches improperly

2)风管维护问题。风管维护要及时，紧急情况下可以利用轧丝修补风管，随后选择合适时间更换下来利用焊枪修补，不应将轧丝修补过的风管长期挂设在通风管路内(见图17);风管穿越衬砌台车区段比较容易刮破，移动台车时必须停风并设专人保护风管，衬砌完成区段及时更换新风管，换下的旧风管修补后用于开挖面和仰拱施工段;仰拱和开挖面爆破经常会炸烂风管，爆破时必须停风并采取风管保护措施，炸烂的风管可以利用轧丝及时修补，或者利用衬砌段更换下来的旧风管进行更换。

3 防治措施

3.1 技术管理问题防治措施

1)技术管理人员必须掌握设计方案，并依据设计方案作出正确的交底。

图17 轧丝修补过的风管Fig.17 Ventilation duct repaired by steel wires

2)坚决制止和纠正随意改变方案的现象。

3)技术管理人员必须定期检查方案实施情况，并定期进行检测和通风效果评价，发现问题及时纠正，依据施工进度及时进行阶段调整和方案优化。

4)在技术方案上遇到无法决策的问题时，及时咨询专业技术人员，不许凭经验和感觉做出决策。

5)施工通风设备物资专项招标采购时，必须由专业技术人员对质量和性能指标进行把关。

3.2 施工管理问题防治措施

1)施工管理人员必须掌握专项方案交底，并在技术管理人员的指导下按要求布设风机和风管。

2)施工管理人员应经常与技术管理人员沟通，坚决杜绝凭经验和感觉随意变通执行方案。

3)执行方案要有时效性，不许拖沓执行，或者图方便打折扣执行。

4 结论与讨论

目前，隧道施工通风的技术管理问题还是时有出现，主要是因为项目责任成本管控压力大，导致对作为辅助项目的施工通风费用投入不够，不能按设计方案及时购置风机和优质合格的风管。技术管理问题存在一定的潜伏期，一般在施工的中后期才能暴露出来，所以前期容易因管理人员麻痹大意而被忽视，但是问题一旦暴露出来就基本病入膏肓了，必须短时间内投入一定数量的新购设备物资才能使整改措施成行，甚至可能会付出停工集中整改的代价，整改的成本和代价较高，并且整改效果不明显。技术管理问题出现后，要想彻底整改，使通风效果得到明显改观，所花费的通风总成本比开始就执行设计方案要高很多。

随着项目管理标准化和精细化水平的不断提高，隧道施工通风的施工管理问题出现的越来越少了，因为施工管理问题是比较直观的，短期内就能发现或者暴露出来，能够及时采取整改措施，并且整改措施所耗费的成本和代价不高，比较容易实现，整改效果也比较明显。

在隧道施工通风管理中，技术管理是根本，通过施工管理来体现，体现的不好可以优化体现方式，而根本出了问题就需要动大手术进行矫正，所以有必要对隧道施工通风管理引起足够的重视，避免上述问题的出现。同时，建议随着精细化管理工作的推进，将隧道施工通风作为专项工程由专业队伍进行专业分包管理，更有利于避免上述问题的出现。

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