公路隧道施工通风技术研究

(1.重庆交通大学 重庆 400074；2.长江大学 湖北 荆州 434023)

前言

随着隧道施工的不断进行，隧道施工技术得到全面发展，各项技术都有很大提高,但在隧道施工过程中通风技术仍是一个技术难点，这项技术不仅要解决爆破法开挖时产生的大量炮烟和粉尘，还要解决出碴过程中的机械设备产生的大量尾气，这些气体和粉尘严重危害了施工人员的身体健康，同时不利于施工的继续进行。因此，必须采取有力的通风防尘措施，保证施工进度及施工人员的生命安全，完善施工通风系统，净化隧道内的空气，并将有毒有害气体和粉尘排出洞外，以保障洞内空气质量。

一、国内外研究现状

(一)国外。对于隧道施工通风，国外比国内研究的要早，但大多集中在对隧道运营通风的研究，对于施工通风的研究相对较少。

D.M.Hargreaves等利用稳态计算流体动力学模型，模拟了矿井工作面附近的风场，发现模拟结果与实验结果一致；日本的Nakayama等用CFD模拟气流场的分布，将实验结果与模拟结果对比，发现两者非常接近，验证了CFD的准确性；澳大利亚的Rao等模拟工作面的气流场及固体颗粒的运动轨迹，得出了隧道内气流场及固体颗粒的移动规律。

(二)国内研究现状。我国对隧道施工通风的研究起步较晚，且重要集中在对粉尘的运移，施工通风技术及其优化等方面的研究。

侯永和等在提出合理的施工通风方案后，对漏风做了进一步的分析，给出了减漏的建议；刘荣华等根据钻爆法施工中粉尘的来源，危害，及防治措施等方面入手，提出了一些在实际施工中能够实施的绿色环保的措施，对保护施工人员的健康具有重大意义；朱红青等通过对通风20分钟后隧道内通风死区和CO浓度的稀释效果分析，得出风管的最佳布设高度。

(三)隧道施工通风方式

隧道施工通风根据是否采用机械设备分为自然通风和机械通风。机械通风又进可分为压入式通风，抽出式通风，混合式通风和巷道式通风

1.自然式通风。自然式通风是一种不借助任何机械设备，完全靠自然风的流动，带走隧道内污染物的通风方式，是一种绿色环保是通风方式。但其通风距离过短，因而不适用于长大隧道的通风，此外，气象条件、隧道内外温差等自然因素对其影响较大，故一般较少在施工过程中使用。

2.压入式通风。压入式通风是指风机通过风管将新鲜空气压入工作面，污浊空气则沿隧道排出的一种通风方式。当新鲜空气到到达掌子面后会发生反向，就会带着隧道内原有的污浊空气一起流出洞外。其特点为：风流直接清洗工作面，安全性好，初期投入少。

这种通风方式的有效射程大，稀释和排烟能力强，工作面回风不通过风机，且可以使用软管，便于安装，因此，在施工中较为常见。但随着开挖的不断进行，通风管路会随之而增长，这会加大通风阻力，且在风管接头处有漏风现象。漏风现象严重，不仅会导致工作面附近的通风量不足，还会对已完成的二衬洞身造成污染，并影响后续工作的进行。

3.抽出式通风。抽出式通风与压入式通风方式相反，风机通过风管将污浊空气排出洞外，新鲜空气则从隧道口流入，经过洞身到达工作面，这种通风方式，由于新鲜空气经过洞身，所以有利于二衬等后续工作的进行，且风管口正对污浊空气，所以排污效果较好，所需风量也比压入式较少，同时，由于污浊空气是由风管排出，不经过洞身段，所以隧道内的空气质量以及施工环境较好。但采用这种通风方式需要较长的通风时间才能达到理想的空气质量，施工人员不能太早进入洞室内，对后续工序有较大的影响，随着开挖的进行，掌子面向前推进，风机也需跟着移动，风管也需要不断加长，并且，而由于风管内为负压，只能用钢管等硬管，所以拆卸安装极为不便，且造价也偏高。

4.混合式通风。混合式通风是将压入式通风与抽出式通风结合起来，新鲜空气在风机的作用下由风管进入工作面，同时污浊空气在另一个风机的作用下由风管抽出洞外的一种通风方式。这种通风方式结合了压入式和抽出式的优点，在爆破后，洞内空气可以在较短时间内达到良好的状态，对后续施工影响较小，但其需要两套通风设备，噪音大，成本投入大，对洞身断面的占用率也大，所以，更适合大断面隧道。

5.巷道式通风。巷道式通风主要是在长大隧道中，借助平井，斜井等辅助坑道的一种通风方式。针对不同的施工方案、设备及辅助坑道，可选用不同的通风方式。这种通风方式，通风设备只在局部布设，降低了成本，且通风效果好，但由于需要辅助坑道，就加大工程测量，并且必须设置风门防止漏风。

二、长大公路隧道通风的研究与展望

(一)研究。随着我国西部大开发的进行，西部的交通也得到了飞速的发展，而西部地区高海拔较高，空气稀，气压降低，空气的密度和氧含量也发生相应的改变，风机性能将和低拔地区的工作状况会有所差异，这都给隧道施工带来了巨大的挑战。特长公路隧道施工一般采用深孔全断面爆破开挖，会产生大量有害气体与粉尘。针对这种长大公路隧道的通风，首先要面临两个重要的问题：一是如何克服在高海拔、的气温的这种艰苦工作环境下正常施工，二是如何满足长大隧道的掌子面的风量及风压的要求。因此，我们必须结合实际工程情况，制定切实可行的施工通风方案，才能保证工程项目能够顺利进行。

对于高寒地区的长大隧道通风，一般以巷道式通风为主，以压入式通风和抽出式通风为辅,利用平行导坑及横洞作为通风道，以减小风机的风压。在设计施工通风方案是要充分考虑污浊空气与新鲜空气的交换速度；在风量和风速满足要求的情况下，尽量采用功率较大的风机，以减少风管的数量，提高隧道断面利用率，节约成本，且在断面净空允许的情况下，适当采用管径较大的风管，以减少管道摩擦所引起的能量损耗和风量的损失；同时，风机应布设在隧道洞口外的边壁出，以免影响隧道内出渣等的工作的进行。

(二)展望。随着高寒地区的长大隧道数量越来越多，如何设计出快速合理的通风方案以受到越来越多的人的关注，但目前阶段，人们过于关注如何实现隧道的快速通风，而忽略了高寒地区的隧道通风所带来是温度场的变化，特别是在施工过程中，由于空间有限，进出车辆对风管的破坏加大了漏风现象，造成大量的能源和成本的浪费。所以，我们在设计隧道施工通风方案时，除了要考虑通风效果外，还要考虑在通风过程中，是否给工程带来新的问题，只有综合考虑了所有可能出现的因素，才能设计出较为合理的施工方案。