高海拔地区特长高瓦斯隧道施工的通风方案

孙立成

（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610200）

0 引 言

公路隧道通风方式一般包括压入式、抽（排）式、混合式和巷道式，长大隧道采用巷道式通风方案较多，关于巷道式通风技术国内外已经有很多研究，并取得了一定成果［1－5］。但是，通风方案一般是基于普通长大隧道建立模型，或者只考虑单一因素对通风的影响，然后通过计算需风量，从而确定风机的选型和现场设备布置；此外，一般编制方案以后，现场执行情况较差，没有考虑隧道复杂的施工环境对通风方案执行的影响，如施工过程中风带的破坏、联络通道封堵、温度和湿度对通风效果的影响［6－9］。

本文研究的隧道不仅是长大隧道，更是高瓦斯和高海拔地区隧道，对于施工的通风风速要求更高，设备的功率损耗更大。为了提高通风方案的指导性，本文阐述方案执行、方案过程控制和方案动态调整3个方面，通过纠偏和调整找到方案执行的最佳状态；同时为了解决高海拔地区特长高瓦斯隧道通风问题，结合在建的宝鼎2号隧道，制定出合理的施工通风技术方案。

1 工程概况

宝鼎2号隧道左洞长8 870m，右洞长8 860m，是攀枝花至大理高速公路的控制性工程，为双洞分离式四车道高速公路隧道，设计速度为80km·h－1。隧道最大埋深为646m，K23＋322～K20＋240（3 082m）为低瓦斯区段，K20＋240～K18＋640（1 600m）为高瓦斯区段。高瓦斯开挖地段主要为Ⅴ级、Ⅳ级和Ⅲ级围岩，开挖均采用钻爆法施工，对施工通风提出了很高的要求。

宝鼎2号隧道K20＋240～K18＋640地段为高瓦斯区段，顺路线长度约为1 600m。为满足瓦斯地段风速不小于1m·s－1的要求，隧道的需风量相较于无瓦斯隧道高出很多。

宝鼎2号隧道K18＋640～K23＋322段平均高程为1 432m，最高高程在1 500m左右，这个高度对于CO的浓度限值没有影响，但是海拔高度增加后大气压相较于平原地区下降较多，为平原地区的0.838倍，由于风机的风压与气压成正比，因此高海拔将对风机的性能产生影响。

2 隧道施工通风计算

2.1 通风方式的选择及工区划分

宝鼎2号隧道长约9km，本次计算的范围为4.8km。目前国内隧道大多开辟辅助坑道实现多个作业面同时施工，并利用既有的施工辅助坑道作为通风道，以缩短独头通风管道长度。由于宝鼎2号隧道为高瓦斯隧道，且是公路隧道，左右线通过车行横通道相连接，为保证通风效果，隧道施工选择独头压入式通风和射流巷道式通风相结合的方式。

射流巷道式通风是利用射流风机的增压作用，在平行双洞和横通道组成的通道中形成主风流，使新鲜空气从一个隧道进入，通过送风管道将新鲜空气送到工作面，再从另一个洞流出［10－12］。该通风方式缩短了送风管道长度，减小了通风阻力，降低了能耗，同时也减少了总供风量。该技术目前在双洞隧道和设平导的单洞隧道施工中被广泛采用。

根据车行横通道的位置，宝鼎2号隧道工区里程划分如表1和图1所示。

表1 宝鼎2号隧道工区划分

图1 宝鼎2号隧道工区划分示意

2.2 宝鼎2号隧道施工需风量

根据隧道各工区划分及地质情况，分别计算了各工区的需风量，结果如表2所示。

表2 宝鼎2号隧道各工区施工需风量

3 隧道施工通风设备的选择

3.1 风机供风量的确定

宝鼎2号隧道第1工区采用独头压入式通风，其他工区均采用巷道式通风，压入式风机的供风量应按表2中最大需风量Qmax确定，隧道里的风速则由最大风速确定。压入式风机的供风量

其中

式中：k1为有效风量率；L为通风管最大长度；η为机械效率。

各工区的风机供风量如表3所示。

表3 宝鼎2号隧道各工区风机供风量

3.2 风管阻力计算

拉链软风管具有接头不脱落、阻力小、漏风少、筒体强度高、抗静电、阻燃、重度轻、体积小、安装简便、省力省时等特点，适用于铁路隧道、公路隧道、水路隧洞、冶金矿井及城市地铁的压入式和以排为主的混合式通风，建议采用该类型风管进行施工［13－15］。

考虑到高瓦斯地段隧道需风量大、风机供风量大以及出渣便易的因素，提出在高瓦斯地段每个隧道采用2个Φ1 600mm风管，在低瓦斯地段正常情况下布置双风管，一般只使用单风管，另一条风管备用，待检测出来瓦斯后再使用双风管。经计算各工区的风管阻力如表4所示。

表4 宝鼎2号隧道各工区风管阻力计算结果

3.3 隧道阻力及射流风机计算

隧道通风阻力的计算与风管通风阻力的计算相同，隧道通风阻力由隧道的摩擦阻力和局部阻力构成。经计算各工区的隧道通风阻力如表5所示。

表5 宝鼎2号隧道通风阻力计算结果

隧道采用SSF型No7.1防爆型射流风机，各工区所需射流风机台数如表6所示。

表6 宝鼎2号隧道射流风机计算结果

3.4 设备选型

压入式风机应选择能满足各个通风区段供风量及风压的轴流风机。由于宝鼎2号隧道海拔高度在1 500m左右，大气压相较于平原地区低很多，仅为平原地区的0.838 6倍，而风机的风压与气压成正比，因此风机在该地区的性能比平原地区偏低。各工区风机的供风量和风机需要满足的风压如表7所示。在满足宝鼎2号隧道施工风量和风压的条件下，计算并选取设备参数，结果见表8。

表7 宝鼎2号隧道各工区风机需满足的风量和风压

表8 隧道通风设备参数计算结果

3.5 风管选型

风管选用拉链软风管，它具有接头不脱落、阻力小、漏风少、筒体强度高、抗静电、阻燃、重度小、体积小、安装简便、省力省时等特点，直径为1 600mm的接头采用拉链连接的方式，百米漏风率要小于1%，摩擦系数λ不大于0.014。

3.6 风机的布置方案

根据风机设备选型和风管选型，宝鼎2号隧道设备选型及布置原则如下。（1）轴流风机采用防爆型风机，功率为2×160kW。（2）风管采用拉链软风管，直径为1 600mm，瓦斯地段风管离掌子面的距离不大于5m。

（3）射流风机采用SSF型No7.1防爆型射流风机，功率为30kW。

（4）采用压入式通风的第1工区，轴流风机置于洞口外30m处；采用巷道式通风的工区，轴流风机置于距掌子面最近的车行横通道前30m处［16］。

（5）为防止掌子面与衬砌台车间瓦斯积聚，各工区施工时在掌子面与衬砌台车间设置1台射流风机，风流吹向洞口。

（6）除距掌子面最近的车行横通道（用于通风）外，其余车行、人行横通道均关闭。

根据以上原则及通风方式的选择和工区划分，施工的具体通风方案及布置如下。

3.6.1 第1工区

第1工区采用压入式通风，设备布置如图2所示。左、右洞各2台压入式轴流风机。射流风机共4台，具体布置为：在右洞掌子面与衬砌台车间布置1台（风流吹向洞外），在右洞洞口100m处布置1台（风流吹向洞外）；左洞布置与右洞一样。

3.6.2 第2工区

第2工区采用巷道式通风，设备布置如图3所示。压入式轴流风机共4台，布置在左洞。射流风机共5台，具体布置为：在左洞掌子面与衬砌台车间布置1台（风流吹向洞外），在距左洞洞口420m处布置1台（风流吹向洞内），在右洞掌子面与衬砌台车间布置1台（风流吹向洞外），在距右洞洞口420 m处布置1台（风流吹向洞外），在距掌子面最近的车行横通道内布置1台（风流吹向右洞）。

图2 第1工区施工通风

3.6.3 第3工区

第3工区采用巷道式通风，设备布置如图4所示。压入式轴流风机共4台，布置在左洞。射流风机共7台，具体布置为：在左洞掌子面与衬砌台车间布置1台（风流吹向洞外），在主隧道紧急停车带（7＃、8＃车行横通道附近）处各布置1台（风流吹向洞内），在右洞掌子面与衬砌台车间布置1台（风流吹向洞外），在主隧道紧急停车带（7＃、8＃车行横通道附近）处各布置1台（风流吹向洞外），在距掌子面最近的车行横通道内布置1台（风流吹向右洞）。

图3 第2工区施工通风

3.6.4 第4工区

第4工区采用巷道式通风，通风方案及设备布置如图5所示。压入式轴流风机共4台，布置在左洞。射流风机共9台，具体布置为：在左洞掌子面与衬砌台车间布置1台（风流吹向洞外），在主隧道紧急停车带（7＃、8＃车行横通道附近及2＃联络道）处各布置1台（风流吹向洞内）；在右洞掌子面与衬砌台车间布置1台（风流吹向洞外），在距左洞洞口100m、3 200m处及主隧道紧急停车带（7＃、8＃车行横通道附近及2＃联络道）处各布置1台（风流吹向洞外），在距掌子面最近的车行横通道内布置1台（风流吹向右洞）。

图4 第3工区施工通风

图5 第4工区施工通风

4 通风方案现场管理

4.1 方案的执行

在实际施工过程中，常会出现方案执行不彻底、对施工通风认识程度不够、经常曲解或者打折扣执行等问题，例如：随意选用风机和风管进行匹配，不设置或者少设置射流风机，横通道应付性封堵而造成污风循环，无轨运输不进行撒水降尘等。对此要求施工单位认真进行交底，正确理解设计文件，严格贯彻执行设计文件。

4.2 方案的过程控制

理论计算采用的风管平均百米漏风率较低，由于施工现场通风管理不到位，实际漏风率会远远大于设计值，造成通风效果达不到要求。所以设计要求必须选用性能参数达标的风管，每100m漏风率达到低于1%的要求。同时，教育施工人员充分认识到施工通风的重要性，爱护通风管路，加强日常维修保养，及时进行修补和更换，以便提高通风管理水平，保证优良的通风效果。需要封闭的横通道必须封堵严密，避免发生污风循环。能够贯通的横通道必须及时贯通，以便及时进行施工通风阶段调整，缩短独头送风距离［17］。

4.3 方案动态调整

通风设计方案不是现场执行后就一成不变，要定期测试风速和风流方向，尤其是检测通风管道突变的地方是否出现紊流。定期对通风效果和洞内空气质量进行检测，并根据检测结果及时进行施工通风优化调整。

5 结 语

通过对高海拔地区特长高瓦斯隧道进行通风方案的设计，合理配置较大功率的风机，并采用双风管的通风方式，既满足了高瓦斯隧道的风量要求，又避免了高海拔对通风效果的影响。从现场反馈的情况来看，通风效果良好，风路运行正常，节约了通风用电。在通风过程中，发现主洞和横通道连接位置由于存在一个夹角，导致风道不顺直，易在此处形成紊流，减弱风的流速，影响通风效果；通过现场测试分析，认为可以采用增加射流风机的方式来调整风流方向，但由于每个通道位置不一样，射流风机布置的位置和设备的选型等方面需要进一步研究。