公路隧道单向掘进4.4km通风技术

李圣国（中国铁建港航局集团路桥工程有限公司，广东 广州 511442）

公路隧道单向掘进4.4km通风技术

李圣国
（中国铁建港航局集团路桥工程有限公司，广东 广州 511442）

本文以黄竹山隧道进口为例，通过科学计算及分析，制定出经济合理的隧道通风方案，取得了较好的通风效果，对以后的长大隧道通风有借鉴意义。

隧道；单向掘进；通风技术

在隧道施工中，会产生各种有害物质，人员和设备需要在良好的空气环境中才能正常工作，因此在隧道施工中必须采用通风向洞内源源不断地供给一定量的新鲜空气。良好的通风是安全生产的前提，也对加快工程进度﹑确保工程质量起着重要作用。我单位承担的单向掘进4.4公里黄竹山隧道通风技术可以借鉴。

1 工程概况

京台高速公路黄竹山隧道位于宁德﹑福州市交界处，为左右线分离式特长隧道，全长8668.4km。通风斜井设在福州境内出口段，宁德境内进口段4.4km的隧道无通风斜井，采用单向掘进，工期紧，施工组织难度较大，全线的控制性工程之一。隧道内通风距离长，难度大，为了改善洞内工作环境，提高劳动生产率，保证洞内人员的身体健康，解决好隧道的通风是关键。

2 通风方案

2.1通风总体方案的确定

通风方案根据独头掘进通风长度﹑断面大小﹑施工方法﹑施工设备的配置进行设计，在满足施工通风需要的前提下，考虑通风系统的投入及营运经济合理，制定了分阶段采用压入式﹑巷道式﹑射流风机辅助的混合式通风方案，该方案随着洞身的延长，阶段性通风系统施做比较简单，分阶段投入通风设备，风管投入少，维修量小，对施工生产影响小，且通风耗能相比其他方案少。

2.2通风设计标准

隧道内施工作业段的空气必须符合国家标准：

粉尘浓度：每 立方米空气含有 10%以上游离二氧化硅的粉尘为 2mg；含10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg，不含有害物质的矿性和动植物性的粉尘为 10mg。

有害气体浓度： 通风后保证洞内气温不得高于28℃﹑一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）浓度分别降到30mg/m3和15mg/m3以下。

2.3 通风计算

黄竹山隧道掘进采用钻爆法，出渣采用无轨运输，洞内施工作业人员最多80人，每个洞内作业机械配备1台挖掘机﹑2台装载机﹑8台洞渣运输车，3台混凝土运输车，洞内施工所需通风量根据洞内同时工作的最多工作人员所需空气量﹑或使同一时间爆破产生的有害气体降低到允许浓度所需的空气量﹑或内燃机施工产生的有害气体降低到允许浓度所需的空气量﹑或满足洞内最小风速要求等条件进行计算确定，以其中最大者选择通风设备。

（1）按洞内最小风速所需风量Q1

按公路隧道施工技术规范要求取最小风速为0.15m/s

Q1=0.15×84.4×60=759.6m3

（2）按洞内最多工作人员所需风量Q2

每人所需新鲜空气为4m3/min

Q2=80×4=320 m3

（3）按稀释爆破炮烟所需风量Q3

Q3=19/t×（G×L×A）1/2=1123.8 m3

式中t为排烟时间，G为爆破炸药用量，L为工作面至炮烟稀释至允许浓度的临界距离，一般为100m，A为开挖断面面积。

（4）按稀释内燃机机械产生有害气体所需风量Q4

每个洞内同时作业的机械为装载机 二台（2×155kW），运 输车4台（4×96kW），总功率为694kW，每分钟所需风量为：

Q4=694×3.0=2082m3

通过计算，稀释内燃机机械产生有害气体所需风量Q4最大，因此稀释内燃机机械产生有害气体所需风量 Q4=2082 m3作为风管的末端风量。

（5）风压计算

h总阻= h摩+ h局式中：h总阻——风流受到的总阻力；

据此，h总阻= h摩+ h局=5153Pa。

2.4 通风设备配置

考虑漏风因素，通风机的供风量要大于Q=1.05×2082=2186m3，黄竹山隧道每个洞口配备1台SDF（C）-NQ12.5型轴流通风机，其电机功率为2×110kW，风量为1555～2930m3/min，全风压为1380～5360Pa，配ø1.5m风管，满足通风需要。根据不同的通风阶段调整风机布置，并增加射流风机通过压入和吸出形成混合式通风。

2.5通风方案的组织实施

本隧道在宁德境未设置通风斜井，施工独头掘进长度达4400m，独头通风距离达4400m，洞内采用无轨运输，本隧道的主要污染源是爆破产生的炮烟和内燃机产生的废气。由于供风距离太长，共分三个阶段进行，开挖深度在1500m范围为通风第一阶段，开挖深度在1500～3000m范围为通风第二阶段，开挖深度在3000～4400m范围为第三阶段。

第一阶段（开挖深度在1500m范围内）：在施工前期，在隧道左右线进口各布置1台SDF（C）-NQ12.5轴流风机，配置Φ1.5m软风管，进行单机单管压入式通风，新鲜空气经风机和风管进入开挖面，污风沿洞身排出洞外，左右洞之间的横洞均采用风门进行封闭，防止左右洞之间串风，保证左右洞形成独立的通风系统。

第二阶段（开挖深度在1500～3000m）：当开挖达到1500m时，将洞口两台轴流式2台风机均移至右洞1400m处，其中一台风机的风管通过yk95+866处车行横洞延伸至左洞掌子面附近，为左洞通风，一台风机的风管延伸至右洞掌子面附近，为右洞通风。左右洞之间的横洞除yk95+866和yk96+123外，均采用风门进行封闭，形成巷道式通风格局，防止左右洞污风循环。右洞距洞口700m除设置一台射流风机，将洞外新鲜空气抽进洞内，通过轴流风机压入到掌子面，因此右洞为新鲜空气进气通道，在yk96+123横洞处设置一台射流风机，将右洞的污风抽至左洞，左洞每500m设置一台射流风机，将污风加快排出洞外，因此左洞为污风排除通道。具体布置如图1所示。

第三阶段（开挖深度在3000～4400m）：当开挖达到3000m时，将右洞的两台轴流式风机均移至右洞2800m处，其中一台风机的风管通过yk97+371处车行横洞延伸至左洞掌子面附近，为左洞通风，一台风机的风管延伸至右洞掌子面附近，为右洞通风。左右洞之间的横洞除yk97+329和yk97+371外，均采用风门进行封闭，形成巷道式通风格局，防止左右洞污风循环。右洞从洞口每700m设置一台射流风机，将洞外新鲜空气抽进洞内，通过轴流风机压入到掌子面，因此右洞为新鲜空气进气通道，在yk97+329横洞处设置一台射流风机，将右洞的污风抽至左洞，左洞每500m设置一台射流风机，将污风加快排出洞外，因此左洞为污风排除通道。具体布置如图2所示。

图1 黄竹山隧道第二阶段通风布置示意图

3 通风管理

（1）为了保证通风系统的正常运转，设立了通风管理小组，进行通风管理值班，确保按要求通风及关闭有关风门，防止漏风﹑窜风。

（2）管理小组人员必须定期检修风机，及时发现和解决故障，保证风机正常运转。加强日常通风检测，保证足够的风量和风压，并且要爱护通风管路，避免对通风管路的破坏，降低漏风率。

（3）风管应采用新型软管，它具有防水﹑阻燃﹑抗静电性能。风管吊挂必须做到平﹑直﹑稳﹑紧，确保在水平面上无弯曲，风管无褶皱，无扭曲。进风洞的路面要洒水降尘，避免路面扬尘污染空气。

（4）提前计划通风机用电，与隧道施工风﹑水﹑电供应统筹规划，以免后期电能不足，通风机不能正常工作。

（5）在第二和第三通风阶段，施工人员由右洞进出作业面，确保身心健康，施工机械车辆配备空气净化器，从左洞进出工作面，右洞的出渣车等通过车行横洞在左洞进出，严禁施工机械车辆从右洞进出，污染新鲜空气。

图2 黄竹山隧道第三阶段通风布置示意图

4 效益分析

4.1 社会效益

黄竹山隧道独头掘进长度达4400m，是京台高速公路全线的控制性工程之一，通过解决通风难题，提高了劳动生产率，隧道掘进速度超过220m/月，为京台高速公路按期通车奠定了基础，良好的通风效果和施工进度获得当地政府和业主的好评，为企业赢得荣誉。

4.2 经济效益

通风费用主要有设备购置费﹑电费和管理费构成，与通风布置方案﹑设备选型和管理模式直接相关。黄竹山隧道的通风分三个阶段实施，设备购置上统筹考虑，选用通风效果好﹑能耗低的设备，节省能源，提高经济效益，节省资金115万元。另外通过提高通风效果，缩短开挖作业时间带来的经济效益更可观。

结语

针对黄竹山隧道独头掘进距离长，通风困难的特点，利用左﹑右洞平行施工，且左右洞有横洞相连的条件，分3个阶段采用压入式﹑巷道式加射流风机的通风方案，解决了长距离通风的难题，改善了洞内作业环境，保证了施工人员的身心健康，加快了施工进度，受到各方的好评，为今后相似隧道通风提供借鉴。

[1]赖涤泉．隧道施工通风与防尘[M]．北京：中国铁道出版社，1994．

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