向莆铁路隧道工程地热灾害通风降温措施及成本研究

周 晶

（昌九城际铁路股份有限公司 江西南昌 330000）

引言

随着山区铁路建设的发展，铁路隧道不断增多，施工中遇到的地热引起高地温等问题已较为普遍。地热灾害会造成隧道洞内施工环境温度显著升高，形成高温高湿的“桑拿”湿热施工作业环境。如果长期处在高温高湿环境下，对人身健康存在较大伤害，必须采取有效降温措施，改善施工环境。

1 样本隧道概况

向莆铁路戴云山隧道、青云山隧道和高盖山隧道三座单线隧道概况如表1所示。在工程设计和施工过程中揭示三座隧道均存在地热病害区域。隧道的局部火山岩和侵入岩区及埋深较深的区域为地热异常区，高地温直接导致施工环境温度偏高，属于存在地温危害区域。

表1 向莆铁路3座单线隧道长度及地热段长度

2 施工组织模型的建立

戴云山、青云山、高盖山三座隧道设计为单线双洞隧道，通过斜井或横通道辅助施工；三座隧道进洞时均为独头压入式通风，具备条件后均采用巷道式通风，因此加强通风按照初进洞0～3000m采用独头压入式通风、进洞3000～4800m采用独头压入式结合巷道式通风、进洞超过4800m采用巷道式通风三个阶段建立施工组织模型。

2.1 第一阶段隧道独头压入式通风

压入式通风是指在洞口设置轴流通风机向掌子面压入新鲜空气。

左线正洞与右线正洞（辅助坑道）贯通之前，分别在洞口设置压入式风机，隧道采用压入式通风。在本阶段开挖工作面有2个：左线正洞及右线正洞（辅助坑道）开挖工作面。

在通风系统的供风能力满足工作面对风量的最大需求前提下，考虑隧道独头掘进长度，在隧道开挖洞口正常段时选用2×110kW轴流通风机，随着隧道掘进长度增加，通风距离不断加长，在通风距离超过3000m后，由于洞口轴流风机功率不足、风压损失等原因，隧道洞内掌子面供风量不能满足需要。在确保风管安装质量、降低漏风和风压损失同时，为确保风管的漏风长度得到控制进而做到加大风压和风量，在距离洞口通风机3000m位置加设一台2×110kW轴流风机增加送风能力。考虑压入式通风排风速度较慢，随着掌子面掘进，在隧道内距离洞口通风机位置每隔1000m增加一台45kW射流风机辅助排出隧道内污浊空气。随着隧道掘进进入地热环境，为确保作业环境温度、湿度、空气流通，增加作业人员舒适度，将洞口2×110kW轴流风机更换为2×132kW轴流通风机加强地热环境的通风。为了加快地热环境的风速，随着隧道掘进，每隔600m设置一台45kW射流风机。调整通风机的同时应加强施工过程中的通风管理及降尘管理，确保通风效果，创造更好的施工环境。

2.2 第二阶段独头压入式结合巷道式通风

巷道式通风是指利用平行导坑或者在成洞地段修建风道作为回风道的通风方式。

此阶段采取压入式结合巷道式通风，通过右线正洞（辅助坑道）辅助左线正洞施工。左线正洞此阶段分为“第1工作面”、“第2工作面”两个区域施工。

“第1工作面”采用独头压入式通风，通风方案仍采用左侧线路第一阶段通风方案。

首先右线正洞（辅助坑道）在接近“第1工作面”临近横通道处设置风门，在风门后设置两台2×132kW风机向右线正洞（辅助坑道）内输送新鲜空气，考虑漏风长度及风压损失，在间距2000m左右的位置设置两台2×110kW接力风机向右线正洞（辅助坑道）作业面和“第2工作面”继续输送新鲜空气。

排风过程中，“第2工作面”的污浊空气首先通过横通道排入右线正洞（辅助坑道），之后沿横通道排入左线正洞再排出洞外，由于排风巷道在右线正洞（辅助坑道）和左线正洞“第1工作面”区域汇合，大大增加了此区域污浊空气浓度，因此右线正洞（辅助坑道）和左线正洞“第1工作面”至洞口段增设射流风机用以加快污浊空气排出洞外，地热环境间距由正常情况下1000m缩短至600m，以确保隧道内通风效果。

2.3 第三阶段双洞隧道巷道式通风

当隧道掘进超过4800m时，压入式通风方案已不能满足洞内施工作业区域供风量要求，左线正洞与右线正洞（辅助坑道）间横通道已经贯通，具备了巷道式通风的条件，隧道可利用射流风机，把洞口到射流风机的区段变为真正意义上的巷道式通风，在射流风机和开挖掌子面之间采用压入式通风，在污风道设置射流风机，以加快污浊空气排出。本阶段在两洞之间横通道和右线正洞（辅助坑道）洞口方向做风门，利用右线正洞（辅助坑道）做为进风巷道，利用左线做为排风巷道。

3 通风降温效果

通过三座隧道现场地热环境和正常环境通风措施和效果对比分析，地热隧道采取加强通风措施可增大工作区域空气流动速度，增加隧道洞内工作区域供氧量，有效的降低了作业环境温度，给工作区域作业人员提供了相对舒适的作业环境，提升了工作效率，效果较好。

4 通风降温增加费用分析

4.1 采集数据的整理

根据测定和记录的数据，正常环境温度下各工序的标准循环平均作业时间乘以对应的施工组织模型不同型号通风设备数量，即可计算出该围岩正常环境温度标准循环消耗机械台班数量。地热情况下环境温度各工序的标准循环平均作业时间乘以对应的施工组织模型通风设备数量，即可计算出该地热环境温度下标准循环消耗人机械台班数量。

4.2 通风降温增加费用分析

将正常环境和地热环境标准循环消耗机械台班数量分别折算为机械台班费用，两者费用差即为该围岩一个标准循环进尺地热环境较正常环境通风降温增加费用，再根据标准循环进尺长度，折算为该围岩地热环境通风降温每延米增加费用，如表2所示。

表2 地热隧道通风降温每延米增加费用

5 结语

在山区长大隧道工程施工中，随着埋深的逐渐增加，地热病害也会频繁出现，造成洞室内高温高湿，导致施工环境恶化，机械故障率增加，不但降低了施工效率，而且严重威胁施工人员的健康和安全。通风降温是广泛应用且效果明显的降温措施，本文以向莆铁路建设工程中戴云山、青云山和高盖山隧道为例，通过对地热地段通风降温措施等全过程跟踪和记实情况对比分析，为后续山区长大隧道高温高湿环境施工措施及成本提供参考依据。