隧道施工通风技术要点的应用探讨

隧道施工通风技术要点的应用探讨

汤永成

广东飞达交通工程有限公司

摘要：文章结合工程实例，阐述了隧道通风施工的难点，从而就隧道通风施工技术要点进行了深入探讨，着重从施工通风的计算方法及计算公式进行了论述，提出了施工中的注意问题，旨在为隧道施工提供参考与借鉴。

关键词：隧道施工；通风方式；设备选择；通风计算

1工程概况

某高速公路，采用双洞六车道，左、右线隧道分离布设。左线起屹桩号ZK32+447～ZK36+458，长4011米，最大埋深534米；右线起屹桩号YK32+459～YK36+339，长3880米，最大埋深504米。左线隧道博罗端位于R＝4000m的平曲线上；右线隧道博罗端位于R＝4000m的平曲线上。

2施工重点和难点

由于所处位置的特殊地形、地貌和环保要求，在没有竖井、斜井及平导等辅助设施的条件下，左线隧道独头掘进长度4011米，超过了独头3455米的隧道。因而，隧道施工通风、施工用电等成为施工的重点和难点。

3施工通风技术要点

3.1通风设备配置

通风排烟为三管两路布置，即在隧道两侧拱腰处，各设2台2×220Kw轴流风机直径1.8m压入，2Km处接力，洞内各设1台2×132Kw轴流风机直径1.5m吸出，2Km处接力。根据开挖进尺，第一台轴流风机依次选在1Km和1.5Km处用锚杆临时固定于拱顶，进行排烟，最后固定于2Km处。

隧道左右洞出口端分别设置800KVA变压器2台，采用高压电进洞。

隧道配置了1台Sika-PM500PC型砼喷射机组（用于左右线隧道）和2台AtlasCopco三臂液压凿岩台车（用于左线隧道），大型隧道机械设备使用功率的增加，引起高压用电方案的改变，因而施工通风方案必须进行优化。

图1施工通风风管布置图

3.2施工用电方案

（1）右线隧道出口端设置800KVA变压器2台，利用左线移动变压器的高压电。

（2）左线隧道出口端设置800KVA变压器1台，1000KVA移动式变压器1台进洞。

3.3施工通风技术

3.3.1施工顺序

由于独头掘进长度左线4011米、右线3880米，目前没有相关的施工通风资料参考，现有的施工通风方案在实施的过程中，还有待于进一步验证。

石鼓隧道施工通风方案实施步骤：初步方案→试验验证（第一阶段）→试验验证（第二阶段）→方案修正→总结提升。

第一阶段：洞口布设2×135KwSDZ-12.5穿山甲牌双速高效隧道节能轴流风机，采用直径1.5m螺旋通风管，验证最远通风距离2500～3000m。

第二阶段：洞口布设2×135KwSDZ-12.5穿山甲牌双速高效隧道节能轴流风机，通过验证后，在1000～1500m范围串联2×135Kw轴流风机，在串联风机靠洞口段采用直径1.8m螺旋通风管，串联风机靠掌子面段采用直径1.5m螺旋通风管，掌子面进尺2500～3000m后，开始往洞口段安装射流风机辅助排烟，4台串联轴流风机均由隧道出口端设置的800KVA变压器提供用电。

3.3.2施工通风计算

通风量计算，根据《公路隧道通风照明设计规范》，隧道洞内施工作业所需的通风量包括如下四个方面。

（1）通风量计算

1）施工作业人员需用风量

Q1=Up×m×K（m³/min）

式中Up：洞内作业每人所需新鲜空气量，一般按3m³/min/人计算；

m：洞内同时工作的最多人数；

K：风量备用系数，一般取（1.1~1.25）；

左线：Q1=Up×m×K=3×100×1.25=375m³/min

右线：Q1=Up×m×K=3×100×1.25=375m³/min

2）爆破驱烟除尘需用风量

按洞内同一时间内爆破使用最多炸药量计算，采用纯稀炮烟（静止冲淡）的理论计算：

Q2=5Ab/t（m³/min）

式中：A：同时爆破的炸药量（kg），Ⅱ级围岩按全断面开挖，炸药单耗0.8kg/m3，循环进尺3.5m，开挖面积125m2，即A=0.8×3.5×125=350（kg）；

b：炸药爆破时所构成的折合CO的体积（一般取40L/kg）；

t：通风时间（min）；

左线：Q2=5Ab/t=5×350×40/50=1400（m³/min）

右线：Q2=5Ab/t=5×350×40/50=1400（m³/min）

3）洞内最小风速需用风量

Q3=60VminSmax（m³/min）

式中：Vmin：洞内允许最小风速（大断面掘进≥0.15m/s，小断面和异型断面掘进≥0.25m/s）

Smax：隧道洞内最大断面面积（m²）

左线：Q3=60VminSmax=60×0.15×138=1242m³/min

右线：Q3=60VminSmax=60×0.15×138=1242m³/min

4）按冲淡内然机产生的尾气需用风量

按单位功率所需风量指标计算：

Q4=Uo×N×Ti（m³/min）

式中Q4：使用内燃机时的通风量（m³/min）；

Uo：单位功率需风量指标，一般取2.8~4m3/KW·min；

N：同时在洞内作业的内燃机械的总功率（KW）；

Ti：柴油机利用率系数，Ti=0.55。

掌子面：二台ZL50装载机2×154.5=309KW，一台15T出渣汽车：221KW，则需风量：

Q4=Uo×N×Ti=2.8×（309+221）×0.55=816.2m³/min

全洞：二台ZL50装载机2×154.5=309KW（一台挖掘机132KW），二台15T出渣汽车：442KW，两台砼运输车120×2=240KW。

Q4=Uo×N×Ti=2.8×（309+442+240）×0.55=1597m³/min

取Q＝Max（Q1、Q2、Q3、Q4）=1597m³/min。

（2）工作风量与风压计算

确定隧道洞内各部位通风所需的风量后，据此计算需用通风机的工作风量与工作风压，根据这两个参数进一步确定通风机的型号及匹配的风管。

1）通风机的工作风量

Qm=（1+PL/100）×Q（m³/min）

式中Qm：通风机的工作风量（m³/min）；

P：100m风管漏风量，一般≯2%；

L：风管的长度（m）；

Q：洞内通风需用的总风量。

Qm=（1+1.5%×3350/100）×1597=2399m³/min﹤高效风机风量=2400m³/min

根据隧道SDZ-12.5型高效风机工作风量，计算最远送风距离为3350m。

2）通风机的工作风压

ｈ总＝ｈ摩总＋ｈ局总＋ｈ其它

式中ｈ总：隧道总风压；ｈ摩总：管道摩擦阻力；ｈ局总：局部阻力；

ｈ其它：其它局部阻力。

ｈ摩总=6.5aLQ2/d5（pa）

式中a：风道摩擦阻力系数，取a＝0.00016；

L：风道长度（m）；

Q：风机风量（m3/s）2400&pide;60=40m3/s；

d：风管直径（m）；

ｈ局总=ξQ2/d4

式中ξ：局部阻力系数，ξ＝0.6；

ｈ其它取ｈ局总的20%～30%。

方案一：采用直径1.8m的通风管，最远送风距离4500m以上。

ｈ摩总＝6.5aLQ2/d5g＝6.5×0.00016×4500×402/1.85×9.81

＝3887Pa

ｈ局总＝ξQ2/d4＝0.6×402/1.84＝91Pa

ｈ总＝（3887+91×1.3）＝4005Pa﹤双速高效风机风压=5000Pa。

验证了隧道8号井，独头送风距离4500m以上。

方案二：采用直径1.5m的通风管，最远送风距离2140m。

ｈ摩总＝6.5aLQ2/d5g＝6.5×0.00016×2140×402/1.55×9.81=4600Pa

ｈ局总＝ξQ2/d4＝0.6×402/1.54＝189.6Pa

ｈ总＝（4600+189.6×1.3）＝4979.2Pa﹤双速高效风机风压=5000Pa。

方案三：洞口段1500m采用直径1.8m的通风管，其余地段采用直径1.5m的通风管，最远送风距离在施工中有待于进一步验证。

3.3.3隧道的施工通风

由于隧道左线全长4011米，右线全长3880米，左线隧道位于R＝4000m的平曲线上；右线隧道位于R＝4000m的平曲线上，在施工中更不利于排烟除尘，要达到规范的要求，困难比较大。根据施工组织设计，采用上述公式计算结果显示，采用2×135KwSDZ-12.5型轴流式通风机通风完全能满足施工通风需求，此设备的选配为便于今后施工操作提供了便捷，经过两年的使用，效果良好。

参考文献：

[1]JTGF60-2009，公路隧道施工技术规范［S］

[2]王平孝.特长公路隧道施工通风技术[J].中国新技术新产品，2012（15）