高海拔地区超长隧洞小断面施工通风技术探究

戚浩雄

摘要：高原及其高海拔地区自然资源匮乏，气候环境恶劣。而相应的基础建设施工更是难度巨大。为了研究高海拔地区超长隧洞小断面施工通风技术，本文基于笔者中交养护西藏有限公司多年一线工作经验，选定某实例做工程论证，全面而快速的进行了设备设施完善性、施工设计全面性和地质构型下的多维复杂性对安全施工的影响分析。最终在相关理论依据和行业标准下依据笔者工作感悟进行了通风技术升级改造方案的提出。梳理督促工程项目设计及施工重点概况。为同行提高建设性研究建议。

关键词：高原;高海拔;隧道;通风;设备

多维导向下的工程建设需要穿越山脉、跨越地质屏障。而在高海拔地区，基于环保导向的绿色工程原则，不能进行大规模土石方清除施工。也不能进行长距离的盘山公路建设，以浪费资源和增加行车安全性。所以进行超长隧洞的穿越施工最为可靠。但是隧道断面因为地质因素和其他危害构型影响，往往会出现多重故障复杂情况。且相关设备设施的选用也因为高海拔地区独有的施工特点而不能完全投用。本文基于笔者中交养护西藏有限公司多年一线工作经验，在系统分析高海拔地区空气稀薄，基础建设器械和原材料有限的特性后。针对超长隧道施工需要保障良好通风性的安全施工特点。在环保角度、冬季严寒施工气候互绕因素以及复杂地质情况下的长隧道连续施工难点进行技术层面和管理层面的综合探讨，梳理督促工程项目设计及施工重点概况。为同行提高建设性研究建议。

一、工程概况

觉巴水电站位于澜沧江右岸一级支流登曲中下游河段，坝址位于西藏自治区昌都地区芒康县曲登乡纳写村上游1km处，采用混合式开发，装机容量30MW，年均电量1.47×108kW·h。引水建筑物主要由电站进水塔、引水隧洞（洞身全长4151.79m）、调压室、明钢管和镇支墩组成。引水隧洞采用有压引水方式，断面为城门洞型（净断面），尺寸为2.2m×2.8m和2.8m×3.1m（宽×高），调压室位于引水线路末端。1号支洞与主洞交于0+053.10m桩号，支洞全长99.70m;2号支洞与主洞交于3+418.10m桩号，支洞全长124.70m。引水隧洞最长工作段1号洞下游至2号洞之间长3365m，引水隧洞1号支洞下游工作面开挖最大独头工作面长2100m。隧洞开挖采用钻爆法，出渣设备选用扒渣机（WZL-100型）配农用自卸车装运组合，沿洞身每间隔150～180m布置一处避让车道。

二、高海拔严寒地区小断面长隧洞施工难度分析

多维导向下的综合技术完善与高海拔严寒地区小断面长隧洞施工需要前期的精细化准备，随着城市经济建设的持续发展，小断面长隧道的发掘也越来越受到关注，建设单位如果忽视前期的孔前检查工作，会给后期的工程建设带来安全隐患。因此，施工单位应做好施工前的大厅人员准备工作，主要可以从以下几个方面开始：第一，施工单位要先做好施工现场的调查工作，解决施工过程中可能出现的质量问题，注重计划設计工作，为后期工程的顺利进行提供参考依据。其次，施工建设机构在进行施工监督前，应熟悉设计技术、安全技术、机械操纵技术等，并对施工机械设备和物资等进行内容购买检查。只有保证这些因素都符合工程建设的基本要求，才能推进工程建设的顺利进行。最后，在施工过程中，为了保证中山体的稳定性，减少对生态环境的影响和破坏，在桩号选择前，必须在桩号上钻孔或连接明洞，重视洞口的阳坡和边坡的阻断排水及坡度保护工作，以确保小断面长隧道洞口的安全。而针对以上工程实例及工况特点，在技术范畴存在以下难度：

1.测量得出的隧洞断面（净断面）构型不完善，大致成城门洞型。而尺寸较大，大致有2.2m×2.8m和2.8m×3.1m（宽×高）。但是由于挖掘速度和先期设计规定。选型的洞内运输设备和辅助设施尺寸较大，工作面较为拥挤。估算设备尺寸有1.6m×2.2m（宽×高），所以在有限空间下，这种小断面长隧道的施工构型模式严格制约了风机和通风筒的选型安装空间。导致风扇叶片尺寸过小而发生的功率过大，能耗降低以及综合通风量不足等问题。

2.综合估算设备设施最大通风功率，在现场风道布局基础上核算，其风力辐射面和通风距离仍然和施工掘进速度不匹配，且受多重额外因素干扰。其施工过程的噪音和主体掘进效率都严重受损。所以不能在技术层面形成较大郁度的控制策略，也没有教好的设计方案进行当前设备设施和工况的匹配性快速替换。

3.高海拔的气候条件导致空气本身含氧量有限，且多维角度下的空气干燥且冷。而因为不同地质构型的裂缝延展和构造抬升导致隧道掘进过程中页岩气、游离气和其他的有毒有害酸性气体被析出。严重危害隧道施工工作环境。施工人员会有中度、窒息等多维不正常危害。所以隧道通风设计的完备性和系统优化的稳定性是保障安全施工的关键。本标段时刻进行可燃气体色谱检测，该工区平均空气氧含量（隧道中）为19.21%～20.09%、而CO为0～5mg/m3。值得庆幸的是该区位不含硫化氢、二氧化硫等其他致命有毒有害气体。

三、高海拔地区超长隧洞小断面施工通风技术方案

遵照行业标准，严格设计隧洞供电和通风布置。对于小断面长隧道，开挖过程受供电系统及通风布置的影响较大，为了最大限度地提高工程的顺利进行，需要在具体的开挖过程中不断完善。首先，在供电过程中，长洞穴需要低压孔，一般随着小断面长隧道开挖深度的加深，电压损失现象也会发生变化，主要是不断增加。因此，在小断面长隧道施工中，供电方面的工作需要容量补偿，不仅可以减少电压损失，还可以有效提高供电的稳定性和可靠性。另外，在通风工作时，如果不能正确认识到决定性作用，积极应对，可能会出现安全风险。对于小断面长隧道施工，在试验口压通风方式的同时，结合混合通风工作，可以更好地保证小断面长隧道的通风。综合通风设备要有效控制风量，具体施工中要对施工设备、施工人员等进行有效分析，完成通风量计算。

遵循工程本质，优选小断面长隧洞开挖方案。1、钻爆施工。爆破工程质量直接影响隧道开挖后围岩的稳定性，可抑制隧道初期开挖，保证围岩稳定，确保工程安全。通过控制超扣，可以有效减少平顶和拱桥的脱落现象。过度开挖会产生矿渣，增加工程配套混凝土量，增加工程成本，清除岩土，减少人工和材料消耗，间接增加工程成本。具体工作顺序如下。首先，在制定公约的过程中，施工现场负责人以勤工俭学、光面爆破的要求为主要标准进行制孔、装药、接孔，现场负责人对各项工程进行勤工俭学检查。其次，测量测设线的开挖线间距不得超过50厘米。第三，技术人员需要对手掌周围水平分层、断裂的癌段进行加密，必要时对横膈膜进行充电。第四，周围的孔洞必须用爆炸电缆进行爆炸。第五，工程技术人员要做好每个钻头的测量定位工作。第六，结合爆破现象，对每一个存量都要进行分析总结。最后，要教育现场工作人员，增强项目责任感，减少收费项目突发事件的发生。2.合理经济的隧道结渣施工。隧道炉渣施工主要有两种方法：装载机装载和炉渣卸载。两种方法各有利弊。装载机装载的主要优点是装载机是通用设备。它也可以装在汽车上。可以在滨灞河站投放材料，但随着隧道开挖的深入，洞内烟雾也不断增多，装载机的残渣也可能受到洞内风力的影响，施工时间紧迫。缺点是为了保证装载机的效率，需要增加避让的尺寸和密度。芯片利用的主要优点是可以利用电能工作。也就是说，装载汽车时，产生的烟雾比较小，输出功率大，设备低，这样就可以用皮带装载汽车，而不影响孔顶杆、防火挡板等。并且运输车辆可以到达手掌表面附近。这样可以有效降低设备安装时孔底的损耗。此外，磨床对车道的性能要求较低，可以有效减少车道数。但也存在使用单一、成本高、不同价格的磨床性能差异大等缺点。3.高标准的隧道开挖工程细节管理。在保护隧道底板的过程中，应平整底板和隧道内的施工道路，以提高碎片效率，降低碎片车辆故障的概率。同时，应在底板两侧设置排水出口，保证隧道内的水及时排出。聚集在水面上的介质使水流进来，可以用彩布将横断面穿透固定在岩石附近，促进水流向两侧排水沟，保证中间道路的干燥。要按工作面建账，按循环颗粒编制详细记录，详细记录施工人员的具体施工工作，便于后期施工责任的追究，鼓励对表现突出的进行教育，对表现不佳的进行批评。在计算工人工资时，要考虑购买设备的成本，让员工购买一些设备自用，并负责后期的维护和使用。这样不仅可以降低工程成本，还可以有效利用设备，提高工人爱护设备的意识。

遵循安全规范，实行责任化工程管理。1、建设单位的管理模式，为了探索西藏工程项目管理模式，电站主体工程采用设计、施工、总承包模式建设，加强质量控制，设置工程建设监督。建设机关以“掌握主要项目，控制重点工程，全面推进工程进展”为进度管理指导方针，实行层层目标责任制。重点督促承包商的保护措施及资源实施，严格检查承包商的“架子队”队员及隧道施工管理人员，清理不合格队伍及人员。制定进度“红黄卡”审查制度，同时制定并严格执行奖惩措施，直接对工作组及经营者进行奖惩，充分调动工作人员的积极性。2、承包人管理模式。承包商实行“一级管理、二级会计、以团队为基础”的管理模式。项目部成立了专门洞，挖了架子队，架子队分设了专门班。架子组长担任项目部隧道建设经验丰富的管理人员，同时项目部各级管理人员进行全过程跟踪监督管理及技术指导。每天跟踪隧道开挖支援进度，实现每周审查，实施奖惩，充分调动各级人员的积极性。3、良好充足的资源配置。高原缺氧条件下，人、机械设备下降效果严重，不能充分发挥效率。而且，机械设备完好率严重，为了确保工程中的工程建设，需要引进或储备足够的劳动力、机械设备、备件等。与在内地完成同一类型的项目工程相比，投入更多的人力、物力、财力，投入成本大幅增加。查看水电建筑工程报价定额（2007），海拔3200米地区人工机械效率理论下调系数分别为1.2、1.45。望江县位于长东，交通不便，对设备运输维修有很大影响。常用备件、备件准備、设备维护场所、高原地区对设备的影响仍然很大，部分偶然设备故障从本土进入专业维护人员或零部件，直接影响项目建设进展。隧道工人、设备及备件、备件数量为内地一般配置的1.5约2倍，注重质量选择。水隧道洞施工设置各工作面风、水、电及排风设备专用线，确保主要线路不受设备问题影响，确保工程进度。冬季梅雨季节，提前储备充足的物资等，确保现场施工连续性。

多维导向下的综合考量和方案确定。按照BS6164标准2011版本最新规定，本工区可以优先选取有压入式、吸出式、交替式及混合式等多种通风办法，而基于风阻和隧道通风间隙实际，该工程首选压入式和辅助组合通风方案，并采购部署相关附件。旋轴流通风机专业化配置上选用SDCY-No6.7号/4×37kW和SDCY-No6.7号/2×37kW，确保润滑到位和风带直径700mm的关键要害部位保护后方可进行试运。其中，洞口30m处配置一套SDCYNo6.7号/4×37kW，1号支洞及2号支洞各配置一套SDCY-No6.7号/2×37kW，悬挂风筒方面由于定高设置，选用φ700mm设备，风机不安装延长管，选择洞口高处新鲜风流位置部署，在不影响设备进出前提下尽量抵近部署。需要注意无论何种工况，施工支洞与主洞交汇处、错车道扩挖段和拐弯段这些空气自然风流道不畅处可以采取辅助设备强化通风的手段进行空气射流主动干预，推荐使用7.5kW的SDS-Ⅱ射流风机，全面确保施工部位安全。

四、结语

综上所述，由于高原地区气候条恶劣，工程导向下的水泥混凝土凝固和其他支护设备的作用力协调性都受到了严寒和雨季冰冻的多重影响。正因为小断面长隧洞工程的施工条件复杂，加之地质危害的不可预知性。需要在环保效益、经济效益和社会效益的多重角度进行权衡。做好工程前期的施工设计，将通风量、痛风性和设备设施尺寸做好模拟性评估。并在备品备件管理上带好备足风筒、叶片、轴承、线缆等耗材。当遇到设计与施工实际存在出入时可以良好和快速的进行工程措施弥补与改进，最终在数学模拟和系统工程的角度全力保障隧道连续开挖的施工连贯性。全面促进安全生产。

参考文献：

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