高鐵隧道斜井通風方案與管理方法

任海鵬

摘? 要：在隧道施工過程中，為確保有限空間內施工產生的有害氣體和粉塵等盡快排除，保證隧道施工的新鮮風流，必須強化通風建設和管理工作。該文以某高鐵隧道超長斜井施工為例，基于施工特征和通風設計原則，制定相應的通風方案，并對通風量和風壓等進行計算，并制定相應的通風管理方法和措施，旨在為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：隧道；超長斜井；施工特征；通風設計；管理方法

中圖分類號：U453.5? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）10-0147-04

Abstract： In the process of tunnel construction， in order to ensure that the harmful gas and dust produced by the construction in the limited space are removed as soon as possible， and to ensure the fresh air flow in the tunnel construction， the ventilation construction and management must be strengthened. Taking the construction of a super-long inclined shaft of a high-speed railway tunnel as an example， based on the construction characteristics and ventilation design principles， this paper formulates the corresponding ventilation scheme， calculates the ventilation volume and air pressure， and formulates the corresponding ventilation management methods and measures. The purpose of this study is to provide reference for the construction of similar projects.

Keywords： tunnel; super-long inclined shaft; construction characteristics; ventilation design; management method

目前，國內隧道施工主要采用爆破和無軌運輸施工方式，且施工空間較為狹窄、密封，在有限空間內各類機械設備施工產生的廢氣、爆破產生的粉塵等對隧道內空氣污染大，極易對人員身心健康造成嚴重危害，且在滿足條件情況下，容易發生火災等安全事故。而在超長隧道施工，或者特殊巖層條件施工，隧道內空氣污染更為嚴重。為此，隧道施工必須嚴格遵循相關技術標準和規定，強化通風建設管理，根據施工條件配備完善的通風系統，為施工提供符合施工要求的新鮮風流，確保作業人員的身心健康，加快施工進度，保證施工質量和施工安全[1-3]。

1? 工程概況

某高鐵隧道斜井工區位于城口縣龍田鄉，斜井全長78 m，其中V級圍巖78 m。承擔正洞DK94+360-DK96+825段施工任務，長2 465 m，其中明洞20 m，Ⅲ級圍巖1 680 m，Ⅳ級圍巖445 m，V級圍巖20 m。隧道位于揚子地臺與秦嶺褶皺系縫合交接之強烈擠壓山岳地帶，隧址區內最高點高程為1 480 m，地形上中間高，兩側低，進口端為半河一畔，出口端為任河高階地，次級溝谷與主要河流相垂直。區內山峰具綿綿相連特征，巍峨險峻，坡陡谷深，地形起伏大，河流切割強烈，溝谷多成“V”字型，溝谷兩側地形陡峭，斜坡坡度一般在45°以上，并多呈陡崖狀。受逆沖推覆構造作用影響以及城巴大斷裂的控制，斷裂以北震旦系代安河組、前震旦系耀嶺河群地層單斜并倒轉，城巴大斷裂影響范圍內擠壓構造作用強烈，巖體擠壓破碎。測區地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期0.35 s。

2? 通風方案設計

2.1? 通風設計原則

隧道進口斜井工區無瓦斯氣體，洞口采用長管路壓入式通風，由洞外經長風管將新鮮風送至工作面，污風沿隧道排出。根據承擔的施工任務，城口隧道進口斜井洞口布置2臺2×110 kW軸流風機。作為主要的通風機，必須滿足隧道施工洞內新鮮風流的供應，所以通風機的安設位置必須選擇在洞外或洞內無污風環境中，以免造成污風循環使用，影響安全施工。通風管布置應遵循下列規定。

1）為了給隧道施工洞內提供充足的新鮮風流，減少風流在運輸過程中的損失，以及避免風管接頭漏風等情況，通風管應當在滿足條件情況下節長盡量加大，以便減少接頭數量，且要保證節與節之間的接頭密封嚴密，而隨著隧道的不斷掘進，通風管節數也在不斷增加，必須強化通風管巡查和維護。通風管拐彎處彎曲半徑應當大于通風管直徑的3倍，避免通風管拐彎角度小而造成通風受阻。

2）通風管路安裝完成后應調整至整個風路平、直、無扭曲和褶皺。

3）壓入通風管靠近工作面的距離可根據具體情況確定，且必須滿足下列要求：開挖工作面附近風速及瓦斯濃度必須滿足安全要求；風管出風口距工作面的距離不宜大于15 m。

2.2? 通風方案

隧道斜井口采用壓入式通風，設一臺SDF-NO12.5（2×110 kW）型軸流風機，配以？準1 800 mm軟質風管，風管軟質雙抗（抗燃燒、抗靜電）風管，并預留置一臺SDF-NO12.5（2×110 kW）型軸流風機備用。壓入式通風機裝設在洞外30 m位置，避免污風循環。為了保證隧道內新鮮風流滿足要求，通風機必須保持持續正常運轉，這就要求：①通風機必須具備2路啟動電源，保證通風機用電穩定，并安設必要的風電閉鎖裝置，當一路電源停止供電，另一路電源必須在規定時間內接通，還應當加強通風機電源日常維護和監管。②為了避免通風機自身發生故障，影響隧道正常通風，通風機需要設置“一用一備”，備用通風機應當與使用通風機具同等性能，并時刻保持能夠正常運轉狀態。③瓦斯隧道內避免發生火災等事故，必須選擇抗靜電、阻燃的風管。④隧道內通風風管口距離掌子面小于15 m，每100 m的風管傳輸風流的損耗應當控制在1%以內。

隧道進口斜井第一、第二階段通風示意圖如圖1、圖2所示。

2.3? 通風計算

2.3.1? 作業人員呼吸供風

作業人員呼吸供風量Q1=qmk，其中：q為每人每分鐘呼吸所需空氣量，取4 m3/min；m為同時工作人數，取80人；k為風量備用系數，取值1.2，得出供風量為384 m3/min。

2.3.2? 內燃機設備供風

內燃機設備供風量Q2=qK1K2？撞N，其中：q為內燃機械需空氣量，取4 m3/（min·kW）；K1為內燃機功率使用有效系數，取0.6；K2為內燃機功率工作系數，取0.8；？撞N為內燃機功率之和（kW）（考慮裝載機168 kW一臺，挖機112 kW一臺，出渣車262 kW 3臺、其他100 kW），得出內燃機設備供風為2 238.7 m3/min。

圖1? 隧道進口斜井第一階段通風示意圖

圖2? 隧道進口斜井第二階段通風示意圖

2.3.3? 允許最低平均風速供風

允許最低平均風速供風Q3=60 AV，其中：A為隧道開挖斷面面積（m2）；V為允許最小風速（m/s），隧道開挖時通風風速，全斷面開挖時取0.15m/s，分部開挖時取0.25 m/s。得出允許最低平均風速供風1 800 m3/min。

2.3.4? 爆破散煙供風

混合式通風壓入風量：Q4hy=7.8×■/t，其中：Q4hy為壓入通風量（m3/min）；Ly為壓風管口至工作面距離，不大于15 m；S為隧洞的斷面積（m2）；Q為同時爆破的炸藥量（kg）；t為通風時間（min）。得出爆破散煙供風量為314.6 m3/min。

則需求風量為Qx=max（Q1，Q2，Q3，Q4hy）=2 239 m3/min；

供給風量為Qg=PCQx，漏風系數PC=1/（（1-？茁）∧（L/100）），風管百米漏風率？茁=1%；則在不同工況下，可以利用上述公式計算工點施工供給風量Qg，例如隧道進口斜井，長度為2 543 m，漏風系數為1.29，則供給風量為3 014 m3/min。

2.4? 風壓計算

風壓顧名思義是風流由通風機通過通風管傳輸至隧道施工地點，為隧道施工提供滿足要求的風量的能力，即風流在運輸過程中能夠克服阻力的能量，表現在數值上等于各項阻力（包括摩擦阻力和局部阻力等）的和。所以，風壓在計算的時候應當綜合考慮，為了滿足風流傳輸損耗，在采用機械通風時，通風機的風壓應當大于通風管的阻力。隧道施工點風流應當保持一定的風速，能夠將隧道施工地點的污風外排，保持隧道新鮮風流量，這就要求風機提供的風壓同時滿足風速要求和克服阻力要求。通風機應具備的風壓為：風機壓力P應大于等于總的風阻PZ，風阻主要包括動態風壓PD、摩擦阻力PM和局部阻力PJZ等，即P≥PZ=PD+PM+PJZ。

1）動態風壓PD=234.04 Pa，動態風壓主要受空氣密度？籽、風速等參數影響，其中根據施工現場空氣密度監測結果取值為1.2 kg/m3，風速主要和風管管徑有關系，現場風管選擇為Φ1.8 m。計算公式如下

PD=？籽V2/2。（1）

2）摩擦阻力PM=3 885 Pa? ?。

PM=6.5×？琢×L×（Q/60）×2/d? ? ， （2）

式中：？琢為風阻系數，取0.001 6；L為隧道通風長度（軸流風機吸入新鮮風長度，根據實際情況調整計算通風阻力）。

3）局部阻力PJZ=388.5 Pa：局部壓力損失，局部阻力PJZ按照總風阻的10%考慮，而在風流不轉彎，風管斷面不變化時，可不予考慮，即局部阻力為0。由于在各階段通風時風帶均有部分彎折，因此，在通風時按PJZ=PZ×10%。

則總風阻PZ=PD+PM+PJZ=234.04+3 885+388.5=4 507.54 Pa，通過以上計算，系統風壓應大于4 507.54 Pa。

3? 通風管理

根據隧道通風要求及參數計算結果，各工點通風設備選型及數量，見表1。

為了保證隧道施工有效通風，必須強化通風管理，確保風機正常運行及風量充足。

1）建立瓦斯通風監控、檢測的組織系統，全程監測瓦斯和通風狀況，必須實行24 h不間斷通風，最低風速不應小于0.25 m/s，防止瓦斯積聚的風速不宜小于1 m/s。

2）隧道內聚集瓦斯，每個施工工作面都必須采用獨頭通風，嚴禁采用串聯通風，以免發生通風混亂，造成有限空間內瓦斯積聚，對安全生產造成威脅。

3）瓦斯隧道必須制定主要通風機停止運轉的應急預案。因檢修、停電或其他原因停止主要通風機運轉時，必須立即停止工作、切斷電源，將洞內人員全部撤出，并制定停風和恢復正常通風的措施。

4）使用局部通風機進行施工通風的施工場所，如果出現因設備故障、供電異常、通風檢修等原因風機停止運轉，現場必須執行撤人、電源切斷保護、設置警戒等應急措施。而在恢復供風前，必須安排瓦檢員對隧道施工現場的瓦斯濃度進行檢查，并按照如下標準進行各項檢核，符合所有標準后方能供風：聽風區域內瓦斯濃度符合供風要求，不超過1%，且局部通風機及相符電氣設備開關等20 m范圍內瓦斯濃度不超過0.5%，尤其要對施工死角內瓦斯濃度進行檢定，避免局部瓦斯積聚。如果瓦檢員現場監測結果瓦斯濃度超限，應當及時采取相應的排放瓦斯措施。

5）瓦斯工區施工通風設備設施管理應符合下列規定：①主要通風機和局部通風機必須指定專職人員負責、掛牌管理。當工作通風機需要停運時，必須先啟動備用通風機，嚴禁出現先停后啟動或主、備通用風機均停止運行的情況。②應定期對風管等通風設施進行檢查，并指定專人進行維修和保養。③瓦斯隧道內外均應設置測風牌板。④通風管理人員至少每月檢查1次主要通風機，每15天至少進行一次風電閉鎖和瓦電閉鎖試驗，每天應進行一次正常工作的局部通風機與備用通風機自動切換試驗，發現問題應及時處理。試驗記錄要存檔備查。

6）通風系統的管理應符合要求，通風系統的穩定運轉，以及隧道內施工現場是否具備安全生產的新鮮風流是強化通風系統管理的關鍵，這就要求除了施工現場對風流的日常監測外，施工單位和監理單位必須定期開展通風設備、風速、風流等整個通風系統的集中巡查，組建通風管理組對通風系統進行日常監管維護，確保通風系統正常運轉。除此之外，對正常運轉的通風系統定期進行全面測風，按照風速、風壓、漏風率等參數設置要求等進行嚴格把關。通風系統調整期間加密測量，并做好記錄。

4? 施工通風安全技術措施

4.1? 風機安裝

1）風機是通風系統最為關鍵的機電設備，為了避免因通風機損傷等事故造成通風受阻，安置風機要確保風機的穩定，這就要求風機支架位置選擇合理、支架架設穩固結實，而隧道施工現場大型設備運轉，更容易發生振動等現象，更應注重基礎穩定。

2）為了避免因通風系統調整、風管移動等影響風機穩定，風機出口處嚴禁直接和硬風管連接，應采用加強型柔性管作為過渡管，且要注重柔性管與風機的連接口風現象。

3）施工現場較為復雜，人員、車輛、材料等都會對風機的正常運轉造成影響，所以必須要加強通風機的日常防護工作，設置保險裝置，設置圍護欄和警示牌，通風機通風扣加設鐵箅，并嚴禁在通風機周圍5 m范圍內堆放雜物等，日常管理人員應當加強巡視，發現存在影響通風機正常運轉的現象應當立即處理。

4）當巷道內的風速小于通風要求最小風速時，可布設射流風機來卷吸升壓，提高風速。

5）隧道內工作空間較為狹小，通風機械的移動和轉運較為困難，除此之外，在通風機械移動過程中可能發生通風受阻、風流減小等現象，所以在隧道內進行風機移動，采用小平板車進行，且要做好風機支架的提前預設，風機移動要有序進行，逐個移動，保證隧道施工現場的新鮮風流和空氣循環。

4.2? 風管安裝

1）風管的選擇要注重質量的把關，以及應用場地的適應。風管必須選擇具有合格證的合格風管，并且在安裝風管前要對風管進行外觀基本檢查，查看風管是否存在破損、開裂等現象，風管與風管的連接要確保接口粘結穩固、嚴密，避免接口處漏風。為了提升風管的應用時限，消除風管引起的安全事故，風管選擇應當優先考慮高強度、耐磨損、抗靜電、阻燃的軟質風管。

2）為了將風流在風管內傳輸的損耗量降到最低，風管掛設應當堅持平、直、無扭曲和褶皺等原則，掛設間距、掛設高度、掛設支撐等都要遵循風管掛設的基本原則，必要時要采用測量找平等拉線。為避免鐵絲受沖擊波振動、洞內潮濕空氣腐蝕等原因造成斷裂，每10 m增設1個尼龍繩掛圈。

3）在風管安設過程中，以及日常通風系統巡檢過程中，發現通風管出現破損漏風等現象，應當及時進行破損處修補或風管的更換，當采用軟風管時，靠近風機部分，應采用加強型風管。

4）風管最前端距掌子面不小于15 m，并且前55 m采用可折疊風管，以便放炮時將此55 m迅速縮至炮煙拋擲區以外。

參考文獻：

[1] 王林國，劉小冬.超長斜井隧道施工通風技術研究與應用[C]//《施工技術》雜志社，亞太建設科技信息研究院有限公司.2021年全國工程建設行業施工技術交流會論文集（中冊）.中交第四公路工程局有限公司，２０２１．

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