特长高瓦斯斜井隧道施工通风技术

摘" 要：良好的通风系统是保证高瓦斯隧道施工顺利进展的关键。该文以某高瓦斯为例，针对高瓦斯现状及施工难点，从通风设计原则和标准着手，对通风方案进行综合制定，并对不同施工阶段的风量进行计算。基于此，对不同阶段隧道通风系统的主风机进行选型，并对隧道交叉口及主要通风汇流处射流风机进行布设。该文旨在为类似工程施工工艺制定提供参考。

关键词：通风系统；高瓦斯；特长隧道；施工通风；施工技术

中图分类号：U453.5" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）05-0169-04

Abstract： A good ventilation system is the key to ensure the smooth progress of high gas tunnel construction. In this paper， taking a high gas as an example， aiming at the current situation of high gas and construction difficulties， starting from the ventilation design principles and standards， the ventilation scheme is comprehensively formulated， and the air volume in different construction stages is calculated. Based on this， the main fans of the tunnel ventilation system at different stages are selected， and the jet fans at the tunnel intersection and the main ventilation confluence are arranged. This paper aims to provide reference for the formulation of construction technology of similar projects.

Keywords： ventilation system; high-gas; extra-long tunnel; ventilation; construction technique

通风对隧道工程的安全施工至关重要，随着国家基础设施建设的不断完善深入，隧道施工通风技术也取得了尤为突出的成效。随着我国交通线路规模的不断扩大，以及线路覆盖范围内地形地质条件的复杂性，特长隧道施工成为线路施工的重要组成部分，且呈日益增多趋势，与此同时特长隧道施工带来的通风问题也愈发严重，尤其在不良地质条件下，特长高瓦斯隧道施工的通风问题更为突出[1-2]。在特长高瓦斯隧道施工时，良好的通风系统和通风方案制定是稀释和排放瓦斯的主要手段，是防止瓦斯事故发生和保护人员身心健康的重要工序，为此，通风技术的应用要同时兼顾隧道施工区段地质条件、消除和降低瓦斯对施工的影响、施工过程的通风安全保障以及通风方案的经济合理等多方面因素[2-3]。

1" 工程概况

本文以某高铁线路隧道施工为例，该隧道为斜井施工，斜井全场2 025 m，坡度10%，该段隧道与左线隧道交于D2K97+700里程处。该隧道工区绝对瓦斯涌出量大于3.0 m3/min，按照TB 10120—2019《铁路瓦斯隧道技术规范》，将隧道工区确定为高瓦斯工区，并按照高瓦斯工区进行施工管理。受高地应力影响，炭质页、板岩发生了严重大变形，约1 000 m，变形段采用加强支护措施后趋于稳定，但对应正洞段落施工后，又加剧了平导的变形，同时，正洞靠近平导侧变形严重，洞群效应明显。隧道开挖采用光面爆破技术，有效爆破深度取2.0 m，单位体积岩石炸药用量取0.85 kg/m3。最大开挖断面积105 m2，施工采用内燃机械作业，无轨运输出渣。自卸汽车隧道内设计标准车速为10 km/h，斜井及单车道巷道运输时，车速为5 km/h。压入式通风管选用PVC增强塑纤布拉链式Φ1.0～1.8 m高强度、抗静电、阻燃柔性风筒，每节长度20 m，模板台车至通风机处风筒每节20 m，二衬台车至掌子面风筒每节10 m，柔性风筒百米漏风率P100取1.0%～2.0%。斜井工区大里程为17.8‰单面上坡，1号泄水洞交叉口与26#左线大里程超前作业面距离5 000 m，自然压差为89 m。

2" 通风设计

2.1" 通风设计原则

1）遵循铁路隧道现行有关规程、规范，参考煤矿现行有关规程、规范。

2）设计的隧道施工通风系统安全、稳定、可靠和经济，各用风地点风量配备应合理，风量、风速、瓦斯及其他有毒、有害气体浓度应符合要求。

3）尽量采用双级或多级调速轴流式通风机，选取较大直径的通风管道。当需要风量大时，采用双级或多级运转，通风机以高转速运行；当需要风量较小时，采用单级运转，通风机可以较低转速运行。

4）同一工区配置的通风设备型号、规格不宜过多、过杂，射流风机数量亦不宜过多。

5）根据隧道施工图设计，施工通风应根据隧道长度、断面大小、施工方法和施工设备配套等综合考虑。洞内独头掌子面采用独头压入式通风，洞内掌子面退回第二横通道以后段落采用巷道式通风。

6）坚持“以人为本、改善环境、确保安全、节约能源、节约投资”的设计原则。

2.2" 通风设计标准

通风设计标准主要依据职业健康及安全标准，以及TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》和《煤矿安全规程》等对施工人员新鲜风量需求、防止瓦斯积聚的风速要求等，结合隧道瓦斯含量等实际情况，进行通风设计。确定隧道高瓦斯工区每人供应新鲜空气不小于4 m /min，采用内燃机械作业时，供风量不应小于4 m3/（min·kW），施工最低风速应大于等于0.30 m/s，防止瓦斯局部积聚的风速不宜小于1 m/s。

2.3" 通风方案选择

铁路隧道施工通风方式按照风道的类型和通风机安装位置，可分为风管式通风和巷道式通风2种类型。在TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》中规定，施工通风方式可根据独头通风长度、断面大小、施工方法、有害气体浓度和设备条件等采用压入式、吸出式（抽出式）、巷道式或混合式通风，高瓦斯和瓦斯突出工区宜选用巷道式通风。而对于煤矿井巷施工通风来讲，按照主风机的安装位置可分为抽出式、压入式、抽压混合式3种，但在煤矿瓦斯矿井中一般不允许采用压入式通风方法。综合隧道和矿山通风技术要求，以及现阶段通风系统改造工作量及安全风险等因素，确定隧道施工总体采用“全机械式压入通风方法”：①主风机通风系统。在1号泄水洞口主风机，左线小里程交叉口处增设风门，右线小里程和泄水洞作为进风巷道，主风机安装在右线52#横通道前端形成正压压风，提高“平导+右线大里程段”的整体进风量。②局部风机（轴流式）通风方式。在泄水洞主风机通风系统的前提下，根据不同施工阶段组织需求，针对性地调整各局部风机位置和风管布置，使其局部风机在新鲜风通道上“直接取风”，而后经风筒供向各施工作业面，随后污风经各回风通道返回至主通风通道上，后随主回风系统出洞。③备用通风通道。当隧道主通风机维修保养或故障损坏停风时，应确保施工现场所有施工全部停止并撤离施工人员。

2.4" 通风风量计算

通风风量计算主要基于主风机通风系统单个施工作业面进行计算分析。单个施工作业面风量计算考虑因素主要包括：同时段作业人数风量需求、洞内允许最小风量要求、爆破作业排烟风量、瓦斯治理排放风量需求和内燃机机械风量需求等。

1）按洞内同时工作的最多人数计算风量，同时工作人数N选择16人，风量备用系数K1=1.2，每人呼吸所需风量q=4 m3/min，按照式（1）进行计算，得到工作面最多人数风量为77 m3/min。

掌子面需风量计算结果取最大值为1 254.6 m3/min（洞内允许最小风速要求计算风量）；综合考虑跃龙门隧道复杂线型、特长型隧道特点，结合考虑瓦斯隧道备用系数要求，此处计算按照1.25倍取值，故Q=1 254.6×1.25=1 568.25 m3/min。按照掌子面最大需风量1 568.25 m3/min反推计算，隧道风速验算：独头压入式通风时隧洞内风速为v=Q/L/S=1568.25/60/69.7=0.375 m/s，洞内允许最小风速为0.375 m/s＞0.25 m/s，符合规范要求。

以此对隧道施工不同阶段通风需风量进行计算如下：①第二阶段（57#—60#外移平导未贯通前）各施工作业面风机吸风量为15 087 m3/min，新鲜风需风量为16 595.7 m3/min；②第三阶段（57#—60#外移平导贯通后）各施工作业面风机吸风量为15 090 m3/min，新鲜风需风量为16 599 m3/min；③左线24#—25#区段贯通后，原左线24#大里程的1#通风系统转至左线26#小里程作业面，调整3#通风系统（左线26#大里程作业面）改移至外移平导58#处风室，经由61#和27#横通道将新鲜风送入左线26#大里程作业面，各施工作业面风机吸风量为15 027 m3/min，新鲜风需风量为16 529.7 m3/min；④第五阶段（左线26#大里程贯通、外移平导大里程贯通后）隧道施工通风作业面减少，通风难度减少；调整1#通风系统到右线60#小里程作业面，调整3#通风系统由左线到右线64#大里程增开作业面。各施工作业面风机吸风量为13 419 m3/min，新鲜风需风量为14 760.9 m3/min。

3" 隧道施工通风设备选型

3.1" 隧道通风系统主风机选型

根据支护形式、施工断面、断面净周长、隧道长度、风量、阻力系数、通风阻力、风速和计划风量等对隧道施工不同阶段通风阻力（主通风回路）进行计算：①第二阶段（57#—60#外移平导未贯通前）通风阻力为1 998.324 Pa；②第三阶段（57#—60#外移平导贯通后）通风阻力为2 048.808 Pa；③第四阶段通风阻力为1 991.088 Pa。按照隧道1号泄水洞口与3号斜井洞口标高差约205.5m（3号斜井洞口标高1 283.002 m-1号泄水洞口标高1 077.456 m=205.546 m），自然风阻为200 Pa。综上所述，隧道施工最困难时期的风量为 16 529.7 m3/min，摩擦风阻为2 048.808 Pa，自然风阻为200 Pa，总风阻为2 248.808 Pa。通过计算，主风机功率取值在610～690 kW区间，需结合隧道工程实际情况，合理选择主风机功率，主要通风机的工作阻力为0.029 6，为此主风机选型选择FBCDZ-12-No.34-2X315 kW。根据各阶段施工组织中辅扇风机配置设备参数，一律采用矿用防爆轴流风机（1台工作、1台备用）；风筒选用高强度、防爆、抗静电和阻燃柔性风筒（选用PVC增强塑纤布拉链式柔性风筒，具有较大的抗拉强度和较小的伸长率，接头方式新颖，使用方便，重量轻，易安装，破损较少，径向变形小，能有效减少漏风和通风阻力）。

3.2" 隧道交叉口及主要通风汇流处射流风机布设

第二阶段：射流风机主要安装在24#横通道、58#横通道及转外移平导、25#横通道及59#横通道与中间平导、26#横通道及60#横通道与中间平导交叉口汇流处；本阶段射流风机总台数为7台。

第三阶段：射流风机主要安装在外移平导与58#、59#、60#、61#横通道交叉口汇流处；同时24#横通道、58#横通道及转外移平导、25#横通道及59#横通道与中间平导、26#横通道及60#横通道与中间平导交叉口汇流处。本阶段射流风机总台数为13台。

第四阶段：射流风机主要安装在外移平导与58#、59#、60#横通道交叉口汇流处；同时24#横通道、58#横通道及转外移平导、25#横通道及59#横通道与中间平导、26#横通道及60#横通道与中间平导、61#及27#横通道、62#及28#横通道交叉口汇流处。本阶段射流风机总台数为17台。

第五阶段：射流风机主要安装24#横通道、58#横通道、25#横通道、59#横通道、26#横通道、60#横通道、27#横通道、28#横通道、29#横通道、30#横通道、62#横通道、63#横通道、64#横通道与左右线交叉口汇流处。本阶段射流风机总台数为14台。

按照最困难时期通风阶段方案测算，射流风机总台数为17台。

4" 结束语

为了有效避免因通风系统不完善，导致瓦斯灾害影响施工安全，通风系统的设计和通风设备选型、通风方案制定要充分结合瓦斯涌出的实际情况，结合人员、设备应用、各阶段通风难易程度等对通风系统进行完善，并且制定严格的通风系统监测监控制度，以及瓦斯灾害防控体系，强化施工安全防控。

参考文献：

[1] 赵铁山.铁路特长高瓦斯隧道施工通风技术[J].铁道建筑技术，2014（5）：33-37.

[2] 刘江，喻兴洪，黄才明，等.特长高瓦斯公路隧道施工通风技术研究[J].公路交通技术，2021，37（2）：101-107.

[3] 何晓东.白云山隧道高瓦斯斜井通风系统优化论证[J].四川建材，2024，50（11）：165-167.