长大隧道施工通风技术实践探讨

胡晓波

摘要：长大隧道工程建设中，隧道掘进、爆破时均会产生一定量的有害气体、粉尘，危及施工人员健康，不利于隧道工程施工作业的有序开展。因此，本文结合后长大隧道工程案例，以及该类隧道工程中的常用通风方式，对长大隧道施工通风技术的实践展开讨论，从而在通风工艺、通风量计算中，完善长大隧道工程中的通风设计，确保隧道施工作业的安全性、有效性。

关键词：长大隧道;施工;通风技术

引言

长大隧道工程施工中，内部通风是工程施工组织设计中的核心问题。为通过有效的施工通风措施，排出隧道内部的有害气体、粉尘，使隧道工程顺利竣工，相关人员应结合隧道工程施工案例，对长大隧道通风技术的实践方案展开分析，以此总结该类隧道工程施工通风要点。

一、工程概况

某长大隧道工程，属于某地区高速公路建设中的控制性工程。该隧道起止里程中左线全长为11071m（ZK0+012.093～ZK2+837），右线全程12210m（YK0+011～YK2+895），为特长隧道。隧道進口端桩号为YK18+285，长度5719m，标段内设有通风斜井1#，井道长度1021m，与隧道主线路交汇于ZK2+810处。此外，该隧道的最大埋深为596m，隧道最大埋深约596m，隧道净空高度、宽度分别为8.5m、5.6m。在该长大隧道工程施工建设中，为满足工程施工中的供风、防尘需求，经实地考察、隧道设计图纸审查后，采用压入式管道通风，借此高效净化施工期间的机械废气、尘毒，保障隧道工程施工安全。

二、长大隧道施工通风方式分析

长大隧道施工过程中，通风的主要目标在于多途径引进隧道外空气，使其能够传输至隧道施工的掌子面，并且在新鲜空气将隧道施工现场内污染物浓度、有害气体稀释后，为施工人员提供氧气，排出空气中一氧化碳、二氧化碳等物质，继而为施工人员创造良好施工环境，维护人员安全、健康[1]。具体来说，结合长大隧道中所形成的通风动力，可将该类工程通风形式分为机械、自然通风，但对于长大隧道，自然通风效果不佳。因此，长大隧道工程多采用机械通风，即借助风管、助风机等机械设备，通过控制隧道内部、外部空气流动线路为隧道内部供风。上述长大隧道工程中所采用的压入式通风，属于长大隧道施工通风的基本形式，相关人员可在隧道的洞口处布置射流风机，待射流风机产生风压后，洞口外部新鲜空气能够以风管为通道进入隧道施工界面的掌子面处，随后将隧道内污浊空气排出。

应用压入式通风时，施工人员通常会选用柔性风管，同时利用公式IP=（4-5），计算掌子面、风管实际间距，其中IP代表风管口与隧道内掌子面的长度，单位为m，S则为长大隧道的横截面积，单位m2。基于压入式通风，长大隧道工程建设中，其掌子面施工环境得以保证，并且由于流风机位置一定，所以在隧道掘进期间，风管长度可持续延伸，有利于提高隧道工程施工便捷性[2]。另外，针对采用“钻爆法”的隧道工程，此种通风方式，可快速稀释、排出爆破后有害气体或机械粉尘，使隧道施工环境尽快满足施工需求。

三、长大隧道施工通风的影响参数

长大隧道施工通风过程中，设备选型、通风设计需建立在施工通风参数计算中，其中较为核心的参数为风压、风量[3]。为此，在长大隧道工程建设中，为确保隧道施工通风效果，还应明确通风影响参数，准确计算各参数的数值。除此之外，由于风压、风量等参数为变量，需要结合长大隧道开挖方式、掌子面位置、隧道洞室参数、通风动力等影响施工通风的参数，推进长大隧道通风设计、施工作业，以下为长大隧道施工通风的主要影响参数。

其一，通风动力。具体包括通风机风量、风机性能、高效风量、风机位置、电机功率、风机运行时风压范围等，以及局部、辅助性风机的可控范围、反风率、送风量、风机有效射程、自然风压。

其二，隧道洞室。隧道开挖面积、掌子面掘进长度、开挖容积、横断面面积及形状、隧道洞室开挖尺寸等均属于长大隧道工程通风影响参数。

其三，机械设备。隧道工程施工期间，自卸车、挖掘机、隧道内部装载机的大小、型号、数量同样会影响隧道施工通风效果。

其四，通风布置。在通风布置参数中，需风量是隧道内部施工通风风量计算的核心参数，为准确掌握风量参数，相关人员需在隧道工程施工中，提前总结需风量本身的影响参数。首先，隧道内施工人员在作业时的需风量[4]。实际计算公式为QP=νPMKP，其中QP为隧道施工人员总体的需风量，单位m3/min，Vp为隧道内施工人员个人的需风量，取值3m3/min，m为长大隧道工程建设施工人员最多时的人数Kp为备用风量数值，对于长大隧道，备用风量取值一般为1.1～1.5。

其次，隧道内爆破时排烟的需风量，计算公式为Qb=■■，其中Qb，为隧道爆破时的需风量，A为隧道爆破期间的炸药用量，t为通风所需时间。此外，在隧道施工场地内掌子面爆破后，相关人员可将有害气体稀释时间控制在30分钟以内，所以在采用压入式施工时，有害气体稀释区域的整体长度L大于通风机有效射程时，则需将吸风口、风机距离洞门口控制在30m以上。

四、长大隧道施工通风技术实践

（一）长大隧道施工通风技术实践方案

在当前时期，隧道工程施工场地内含有的有害气体、污染物质，多来源于机械尾气、爆破烟尘，以及凿岩、喷混、出渣过程扰动的粉尘[5]。因此，结合长大隧道施工通风技术、施工条件，上述长大隧道工程在压入式通风方式支撑下，拟定以下施工通风实践方案。

1.隧道进口区域通风

在进入隧道后的第一段工区洞室入口处，安装轴流风机，设备型号为2×132kW，通风模式为压入式通风，送风长度参数为1500m;在轴流风机位置确定后，将射流风机布设在另一端台车位置，促使有害气体、被污染的风排出。与此同时，隧道开挖过程中，待2#台车进入第二段工区后，则需将轴流风机移入洞室的右洞，并将其作为外部空气引进通道，另一侧隧道洞室可作为污浊空气排放、输送通道，并在洞口两端安装射流风机，辅助空气排出。此外，由于该长大隧道工程中，左右侧送风长度分为为1700m、2900m，所以需在台车处增设风帘、射流风机，且各设备间距为750m。之后，为提高新鲜空气流动速率，保障长大随地施工通风效果，相关人员还应将射流风机安装在隧道洞口的反向区域[6]。

2.隧道斜井工区排风

首先，在隧道斜井工区进行排风设计时，需在长度分别为1300m、1250m的排风井、送风井出口处，安装轴流风机、排风机，且通风形式同样为压入式通风。在此期间，可结合隧道排风效果，在隧道内部适量增加射流风机，并将隧道分为三个斜井，斜井参数分别为1956、1850、1967，第三个斜井可与隧道进口贯通，建立正洞、斜井的对流通道，以此强化隧道施工现场的排风力度。斜井工区排风时，具体排风原理是在各斜井工区，建立风道、在风道转角区域安装轴流风机、射流风机、排风机，提高污风自隧道内排风井排出的速度。

其次，在隧道斜井工区内风道隔板布设结束后，排风井出口处的排风机转移到隧道主洞中，分别安装到风道隔板区域，使其在隔板作用下形成完整的风室。同时将送风井作为新鲜空气流入通道，并直接排出隧道掌子面污风。最后，隧道持续掘进期间，相关人员可将隧道进口区域、斜井工区的排风管道设置为“对流通道”，将斜井工区作为隧道排风口，但是为促进污风排出，相关人员还应引进一定数量的射流风机，同时风室内通风机位置保持不变，继而该阶段隧道施工通风长度延展至2600m。

3.隧道工程中通风计算

在隧道工程各工区布置轴流风机、射流風机、设计风室的基础上，相关人员在施工通风技术应用中，还应重视隧道工程中的通风计算工作，即隧道施工中相关施工作业期间的最小风量、施工人员需风量[7]。具体来说，结合以往长大隧道工程建设经验，每位施工人员每分钟所需的新鲜空气为3m3，并且在机械设备作业时，每人供风量需调整为4.5m3。同时在隧道开挖、导洞时的风速控制在0.15m、0.25m/s，平均风速应小于5～6m/s。

除此之外，长大隧道工程在计算需风量时，为确保需风量计算的准确性，以及隧道工程通风施工质量，相关人员的需风量计算还应满足以下条件。第一，应满足隧道工程中施工期间的最小风速控制要求，具体计算公式为Q1=60vminS，其Vmin即隧道施工过程中的最小风速数值，取值为0.26m/s，S为隧道截断面积。第二，计算施工人员数量最多时的需风量时，若施工人数为60人，个人需风量为3m3/min，相关人员需在获取备用风量参数时，应综合考虑风力分配不均、漏风现象，所以需将备用风数值选定为1.25。其三，利用公式Q3=■时，b为隧道爆破时每公斤炸药使用后，所产生的污染气体量，实际取值为40m3。

计算长大隧道工程中风机风压时，相关人员应保障隧道外部的新鲜空气能够克服流通阻力，顺利到达隧道内掌子面。在此期间，所涉及的通风计算内容包括摩擦阻力、风量计算[8]。其一，摩擦阻力。计算公式为H摩=■，其中α为风道摩擦系数，上述隧道工程中将其取值为0.0004，L为风道长度，Q供为风机供应量，d为风道内风筒直径，取值为2m。

其二，风量计算。该隧道工程中，隧道主洞口的通风长度为1500m，第二工区通风长度1800m，所以在计算该长大隧道工程各工区送风长度时，取值为1800m，并且隧道开挖时最大掘进面积为108m2，每次爆破炸药用量为201kg。代入相关数据后，Q1、Q2、Q3、Q4分别为1617.75、225、1333.33、2029m3/min，随后按照通风量计算最大风量值。根据公式Qmax=max（Q1，Q2，Q3，Q4），最终得出该隧道工程最大通风量约为2030m3/min，而隧道施工通风中所设置的通风机需要的供应的风量为Q供=Qmax（1+■），其中η为通风设计中管道漏风概率，取值0.02，L为风道程度，即1800m，代入公式后，所得属于约为46m3/s。

（二）长大隧道施工通风技术要点

首先，隧道施工通风时应重点控制的通风条件。一方面，重视隧道内氧气含量的计算，同时结合隧道内部体积，使氧气含量大于20%。除此之外，相关人员还应在隧道施工通风时，将粉尘、有害气体的浓度控制在合理范围内，以此确保长大隧道施工通风效果。

例如某隧道中粉尘中含有的有害物质为二氧化硅、水泥粉尘，所以在施工通风期间，应明确粉尘允许浓度范围，即空气中二氧化硅浓度大于、小于为10%时，允许浓度范围应为2～6mg/m3，若二氧化硅小于等于10%，则隧道内无毒物质中动物、植物性粉尘、矿物粉尘的控制范围应为10mg。在此期间，相关人员还应将隧道内有害气体浓度进行合理控制。例如在施工人员正式开挖过程中，若有害气体浓度为100mg/m3，则需在通风中尽快送入新鲜空气，并在30分钟内将有害气体浓度调整在3030mg/m3。另一方面，准确把控长大隧道施工通风时的内部温度，通常情况下，需将隧道内部温度控制在18～26摄氏度。与此同时，相关人员在计算出每位施工人员需风量后，每人实际供风量应大于3m/min，同时使隧道断面风速、坑道风速分别大于0.15、0.25m/s。

其次，风机选择。结合长大隧道施工通风时的基本要求，在获得风压、风量等准确数值后，相关人员在压入式通风方式实施中，应选用拉链式软管作为隧道工程的通风管道，且软管规格为φ2m。最后，通风期间的注意事项。为发挥施工通风技术实践价值，相关人员在通风期间还应组好以下工作。其一，施工工作面、通风管道的实际间距，其取值方式应计算二者的直线距离。其二，安装通风机时，还应设置保险装置，使其在出现故障后自动开启停机程序[9]。其三，通风体系中，相关人员需实时监测风压、风速、通风量等数据的变化，以及通风装置运行时的设备能耗。其四，通风设备故障后、通风流通不畅时，需及时彻底隧道工程施工现场，指导通风系统恢复，且确认过内部有害气体浓度不会对施工人员造成损害。其五，采用通风机等机械设备支撑施工通风系统时，还应将现场内设备噪声管控在75分贝以内。

五、结语

综上所述，随着长大隧道工程建设价值的突出，隧道开挖范围、深度不断拓展，但在该类工程实际建设中，却因施工环境的特殊性需要利用通风机、风室引进新鲜空气，维护施工人员健康与安全。长大隧道施工通风技术作为隧道工程重要工艺，相关人员在隧道工程建设中，需深入研究施工通风技术要点，持续优化长大隧道通风技术。

参考文献：

[1]蒲耀军.长大隧道施工中射流巷道通风技术应用探讨[J].工程与建设，2019（003）：52-53.

[2]薛建锋，彭杰.公路隧道施工通风技术研究[J].福建质量管理，2019（2）：118-126.

[3]王晓光.长大隧道施工通风方案选择及优化[J].建材发展导向，2018（005）：206-209.

[4]徐辉.浅谈长大隧道竖井施工通风技术[J].建筑工程技术与设计，2018（008）：383-385.

[5]张永宏.隧道与地下工程施工通风特性及关键技术研究[J].四川水泥，2018（005）：172-173.

[6]陈克奎.特长公路隧道施工通风技术方案设计研究[J].黑龙江交通科技，2018（006）：157-159.

[7]廖新.隧道工程中通风防尘技术的应用研究[J].交通世界，2018（07）：100-101.

[8]徐伟.隧道通风竖井反井法施工技术研究[J].中华建设，2019（7）.：66-67.

[9]曹涛.隧道施工中的通风方法与改进措施探究[J].佳木斯教育学院学报，2018（009）：121-122.

（作者单位：中铁二十三局集团第三工程有限公司）