钻爆法特长隧洞无轨运输施工通风技术研究

韩肖

摘要：采用实例分析的方法，以具体的工程项目为研究对象，阐述了轴流式通风在钻爆法特长隧道无轨运输施工中应用的相关问题，并详细阐述了轴流式通风技术的技术要点。总体而言，在鉆爆法特长隧道无轨运输施工通风中，应用轴流式通风技术具有技术可行性，能够满足复杂情况下的施工通风需求，所以应该做进一步推广。

关键词：钻爆法;特长隧洞无轨运输施工;轴流式通风

近几年在我国道路工程持续开展的情况下，隧道在现代工程中越来越常见，尤其是在隧道规模逐渐扩大的情况下，隧道施工通风也从最初的利用自然风通风发展到借助现代设备完成通风，通风的设备表现出了扩大化的趋势。其中，轴流式通风方法作为一种有效的通风手段，被广泛的应用在隧道工程中，其通风效果也得到了诸多学者的认可，具有技术先进性。

1.工程案例简介

本次工程案例中主要有主洞、支洞两个部分组成，主洞：全长8.00km（桩号25+000～33+000），纵坡1/2583，其中Ⅲ类围岩段隧洞长7344m（Ⅲa4271m，Ⅲb2848m），Ⅳ类围岩段隧洞长 854m，Ⅴ类围岩段隧洞长27m。断面尺寸7.5m×7.4m（宽×高）。P2支洞：位于喀双隧洞桩号29+000处，进口布置在喀双隧洞右侧，长度1814.364m，其中Ⅲ类围岩段隧洞长1284m，Ⅳ类围岩段隧洞长390m，Ⅴ类围岩段隧洞长140m，纵断面设计为200m长12.9%的陡坡+20m长3%的缓坡，综合纵坡约11.71%。P2支洞断面形式为城门洞型，断面净尺寸6.7m×6.8m（宽×高）。

钻爆开挖作为一种高效的施工手段，在地下洞室群施工中较为常见，但是在这个环节中，通风排烟已经成为保证施工质量的重要一环。通过对本次工程项目的施工环境进行分析后，发现该项目的的通风环境较为复杂，所以决定采用通风性能较好的轴流式通风方法，与巷道通风技术相比，该技术具有安装方便、易于反风等优点，决定采用轴流式通风的技术。

2.轴流式通风的出现的技术问题

在本次工程项目中，采用轴流式通风机经常会出现工况点不在最佳工作区间，导致该通风方法下的通风质量不理想，导致在隧道施工中出现了通风不足的现象，本文认为，该工程中导致出现这一问题的主要问题就是通风网络了发生了变化。这是因为在隧道施工过程中，整个施工本身就是一个动态变化的过程，包括施工面的推进、巷道长度等都会导致通风环境发生改变，最终影响了通风网络。除此之外，通风机风压偏差也是导致施工通风技术出现问题的重要原因。虽然通过设备提供了足够的风，但是却出现了“事倍功半”的效果，不仅造成了隧道电能浪费，也会因为通风效果差而影响了正常施工的进程[1]。

3.轴流式通风的技术手段

在本次工程项目中，为了能够通过轴流式通风来获得更理想的通风效果，就是通过对其中的关键参数进行控制，获得更理想的通风效果。

3.1控制通风机叶片的安装角度

在轴流式通风中，技术人员在忽略通风机各种损失条件的基础上，轴流式通风机的流量、流通面积、轴线流速之间的关系为：

在上述关系式中，Q代表计算得到的理论风速流量，其单位为m³/s;Va代表轴向流速，其单位为m/s; 代表流通面积，其单位为㎡。

在该项目中，所选择了两台通风机，其流通面积值是固定的，所以为了确保通风质量，需要从轴向流速的角度入手，来确保可以为隧道施工提供理想的通风效果。

根据图1的相关资料可以发现，轴向流速与圆周速度之间存在着比例关系，两者之间的关系都是由通风机气流角度 来决定的。在该项目中，由于轴流式通风机的圆周角转速是确定的，因此通风机轴向转速主要是由气流角的大小来确定的，而通风机气流角与叶片之间的安装角度十分接近（从图1可知），而气流角会随着轴流式通风机叶片安装角度来确定，因此在该项目中，为了能够获得理想的通风效果，通过调整通风机安装角度的方法来调整轴线流速，最终实现对通风量的控制。

在隧道施工阶段，考虑到一定时间内的通风网络阻力很难发生明显的改变，所以在采用轴向流通风技术时，需要根据隧道的正常所需风量来确定静压值，并根据通风机的技术性能，确定不同的叶片安装角度，来获得理想的通风效果[2]。

3.2调整通风机的叶片数

一般在特长隧道施工阶段，所采用的轴流式通风机的通风主要有两种级别，分别为Ⅰ级与Ⅱ级，虽然两个等级的通风机工作状态下所提供的风量是基本相同的，但是区别就是这两种通风机工作状态下所产生的静压存在差别。而在本次工程中，所采用的轴流式通风技术技术就是要了解通风网络的变化情况，了解不同工况下的隧道通风环境。所以为了实现这个目标，就需要通过保证叶片级数的变化，将通风机的工作效率控制在一个理想的水平下。

3.3调整叶片数量

文献[3]指出，叶片数量是影响影响通风效果的重要因素，其表达关系式为：

在上述关系式中， 代表轴流式通风机风压，单位为Pa;w代表通风机的转动角速度，单位为rad/s;p代表气流密度，单位为kg/m³;Z代表通风机的叶片数量; 代表气流的上升系数。

从关系式可以发现，叶片数量与通风机的风压之间存在着密切关系，因此为了获得更理想的通风效果，可以通过改变通风机叶片数量的方法，让通风机功率与工况点达到理想状态。一般认为，通过减少通风机叶片数量可以降低风压，但是考虑到轴流式通风机的轮毂比与叶片弦长的相关参数都是确定的，所以在在工程项目施工阶段，应该积极寻找叶片数量与通风机工作效率之间的理想取值范围，这样才能获得理想的通风效果。

3.4具体措施与效果评价

在本次工程项目中，为了确保工程通风效果理想，工作人员通过调查判断，通风困难时所需要的风量为25.3m³/s，此时的通风负压达到了753.6Pa，叶片角度为29°。同时本次工程项目中隧道的长度较大，因此其通风面临着很大的阻力。因此在本次工程中，为了确保通风质量与通风的经济性，在施工中对通风机的功率进行了改进：采用了叶片调节方法，通过调整通风机安装角度的方法来提高通风质量，将原本29°的安装角度调整为28°，并在原有的通风叶片的基础上增加了一叶。

在采用上述方法进行改进之后，实践结果证明，通风机的运行功率从最初的30kW下降到了24kW，虽然调整了叶片的安装角度导致通风机的工作效率有小幅度的下降，但是从工作效率来看，通风机所消耗的电能下降了约19.6%，降低了本次项目中的通风成本;并且增加了一叶叶片，也保证了工作效率。最终效果证明，通过这种改进方法，让轴流式通风技术更好的满足了本次工程项目的通风需求，在工程项目实施阶段，尚未出现通风质量问题，并且经济性得到了保证，因此具有推广价值。

结论：

在钻爆法特长隧洞无轨运输施工通风技术研究中，轴流式通风技术较为常见，并且该技术具有理想的通风效果，能够满足多种复杂施工环境下的通风需求，因此具有可行性，对于相关人员而言，必须要充分了解轴流式通风技术的内容，并根据工程项目的开展需求，对轴流式通风技术的技术内容进行改进，这样才能为隧道工程施工提供理想的通风服务。

参考文献：

[1] 张廷彪，张扯道.高海拔公路隧道运营通风卫生标准初探[J].现代隧道技术.2018，51（3）：23-29，34.

[2] 庞小冲，唐学军，李玉平.高海拔特长公路隧道需风量计算的探讨[J].交通科技，2017，25（10）：105-109.

[3] 韩建秋.矿井轴流式通风机调节方法的研究[J].黄金，2018，05：52-54.

（作者单位：中国水利水电第九工程局有限公司）