隧洞施工供风系统布置技术探讨

摘要：目前我国在长大隧洞施工中主要采用钻爆法和掘进机法，这两种施工技术都比较成熟。但是隧洞的施工以其施工技术复杂、难度大、风险高，经常成为控制工程工期的主要环节，尤其是隧洞施工中的通风换气系统，它关系到施工能否顺利进行和施工作业人员的人身安全。本文就围绕着隧洞施工问题，探讨了供风系统的布置技术措施。

关键词：供风系统；隧洞施工；布置

中图分类号： U45 文献标识码： A

引言

在隧洞施工过程中，由于钻眼、爆破、掘进、运输等施工作业，极易在隧洞中产生对人身健康有害的粉尘和有害气体。由于隧洞是一个狭长的封闭空间，在自然状态下，隧洞内的粉尘和有害气体很难稀释到规范规定的环境标准。在隧洞施工过程中，为了给施工工作人员提供一个安全、舒适的工作环境条件，就要设法降低隧洞内的粉尘和有害气体，常用的方法就是通风和防尘，而供风系统是钻爆法施工隧洞工程中的辅助系统之一，对隧洞施工起着基础性的保障作用。

隧洞的钻爆法施工技术

隧洞的钻爆法施工技术包括钻孔、装药、爆破、出渣等工序。目前国内根据不同工程的不同特点，钻爆法施工多采用全液压凿岩机和手持式凿岩机相结合的施工方法。采用钻爆法施工最主要的是解决交通和通风散烟的问题；对于靠近岸坡且平行岸坡布置的隧道来说，施工支洞的布置相对较容易；对于单个掘进面，其所担负的掘进长度一般在2 km左右；对于长隧道施工来说，可以采用打施工支洞的方法进行解决，形成“长洞短打”；对于埋深较大且施工支洞布置较困难或费用较高时，通风散烟与洞内交通问题将会变的特别突出。本文就隧洞施工供风系统布置技术进行分析，从而为隧洞施工中的通风问题提供理论上的支持。

隧洞施工环境问题与标准

在隧洞施工中，爆破时所产生的炮烟、柴油机工作时所产生的废气,装碴、运输、喷锚作业中产生的粉尘和各种火灾事故及灾害产生的毒害物质等都是隧洞施工中面临的最严重的问题之一。尤其是隧洞中的CO、SO2和NO2等有害气体。随着国家对隧洞施工环境问题的重视，也相应的出台了关于隧洞施工环境标准。比如：在《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》(DL/T5099 -1999)中规定,施工过程中洞内氧气按体积计算不应少于20%;洞内有害气体含量应符合表1要求。

隧洞施工供风系统的分类

通风系统是隧洞施工的生命线，长大隧洞的通风尤以高度重视。通风方案必须与隧洞施工组织相协调，并采取“合理布局，优化匹配，防漏降阻,严格管理”的综合管理措施，为隧洞内工作人员创造一个适宜的作业环境，同时也为维持其他机械、电器设备的正常运行提供必要的条件。隧道通风一般有两种:一种是机械通风；另一种是自然通风。

3.1、机械通风。机械通风有压入式通风、排出式通风和压排结合通风。压入式通风的优点是掘进工作面的空气状况改善较快，但隧道内的空气相对较污浊。排出式通风和压入式相反。采用何种通风布置要根据各工程特点进行设计和布置。

3.2、对于长大隧道，在隧道没有贯通前，自然通风一般是通过相互连通的施工支洞形成，另外也可以通过打垂直通风井，即选择隧道所经部位地面合适的地形地貌处打垂直孔，再用反井钻机扩大形成通风竖井通风，通风竖井一般布置在隧道侧边，而不在隧道顶部位置，竖井通风的效果比支洞通风的效果相对较好。

4、施工通风设计流程及原则

4.1、施工通风设计流程（通风设计流程见图1）

4.2施工通风设计原则

从经济、维修方便的角度出发，选用国产先进节能通风设备在满足通风效果的前

提下。尽量减少风机的品种、型号。在净空允许的情况下，尽量采用大直径风管，减少

能耗损失。通过适当增加一次性投入，减少通风系统的长期运行成本。

5、隧洞施工所需风量的计算

根据上文的隧洞施工环境标准进行施工所需风量的计算，是要求地下建筑物开挖时需要的通风量，应根据下列要求分别计算，取其中的最大数值。

式一

备注：Q1为满足供给洞内同时工作最多人数所新鲜空气所需风量(m3/min)；Q2为一次爆破后20 min内将工作面有害气体排出或冲淡至容许浓度所需风量(m3/min)；Q3为排除洞内柴油机械产生的有害气体所需风量(m3/min)；Q4为满足供洞内最小风速所需风量(m3/min)。

5.1、压入式通风风量计算

当新鲜风流从风筒流出时，是以逐渐扩大的自由风流状态射向工作面，沿自由风流流动的轴线方向风速逐渐降低，到一定距离后再反向流至风道出口，如图2所示。由风筒出口起至风流反向处的距离称为有效射程，以表示。

在有效射程之外的炮烟做漩涡扰动,不能迅速被排出。为了有效地排出工作面的炮烟,风筒出口到工作面的距离要小于。有效射程按下式计算:

备注：为有效射程(m)；A为隧洞断面积(m2)。

在上述条件下，压入式通风的风量计算可按下式计算:

备注：Q2为压入式通风工作面所需风量(m3/min)；t为通风时间(s)；G为一次爆破的炸药消耗量(kg)；l为风道长度(m)；A为风道断面面积(m2)。

5.2按同时工作最多人数计算。每人每分钟供应新鲜空气不少于3.0 m3/min， 式4

备注：N为洞内同时工作的最多人数；规范同时规定，当洞井海拔高程在1 000 m以上时，施工人员需风量应乘以高程修正系数1.3~1.5。

5.3、吸出式通风风量计算：爆破刚结束的刹那间,工作面附近的一段风道内充满了炮烟,该炮烟区的长度称为炮烟抛掷带长度。采用吸出式通风方式时,炮烟不断经风筒排出;当炮烟抛掷带内的炮烟浓度降到允许浓度以下时,通风任务即行完毕。因此,在这种情况下,所需风量与风道长度无关,而只与炮烟抛掷带的容积有关。同时风筒(或风机)吸入口外的风速随远离吸入口而迅速降低,故吸入炮烟的有效作用范围称为有效吸程le,远较压入式通风时的有效射程小,如图2所示。在有效吸程以外的炮烟往往停滞不动,排出非常困难。

从吸入口到工作面的距离在有效吸程范围内时,抽出式通风方式所需风量可按下式计算：

式5

备注：Q2为压入式通风工作面所需风量(m3/min)；l0—炮烟抛掷带长度(m)；t,G,A意义同前。l0的大小取决于爆破方式及炸药消耗量,其数值可按下面得方法估算：

式6

式7

必须指出,式6、式7只适用于爆破后立即开始通风的情况。否则，由于炮烟不断往外蔓延，增大了炮烟区的容积，上述方法计算的风量将偏小，势必延长通风时间。

6、刚性风管制作与设备安袭

6.1刚性风管制作。风管采用=2.4m引进的优质通风软管，由于风机口风压较大，风机后200m为镀锌铁皮硬管。以防风机启动时吹破软管，其余采用软管。硬管在现场加工制作。

6.2设备安装。风机尽可能里于干燥处，如有漏水，要高雨棚对风机和配电柜进行保护。

风管转弯应设过渡段，转角应大于110°。用架子车升降、吊装风管，吊具焊接在洞壁的砂浆锚杆上，按照5米间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将小8mm的

盘条吊挂线拉直拉紧焊接于锚杆上，将巾6mm的盘条弯成“V”形，跨于吊挂线上，两端分别挂于软风管两侧的吊环，要求小6mm"V"形盘条长短一致。这样，就可保证风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无摺皱，减小通风阻力。

结束语

在加强我国隧洞施工供风系统布置技术的同时，还应该提升我国的隧洞施工通风管理。因为隧洞施工通风管理水平的高低，也是影响通风质量的关健因素之一。因此，必须以“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。

参考文献：

[1]翁华英.隧洞施工供风系统布置技术探讨[J].水利与建筑工程学报,2011,04:119-123.

[2]许永鑫.水利水电工程施工供风管网分析[J].厦门科技,2008,04:55-57.