公路項目瓦斯隧道的施工通風技術分析

李知友

摘要 文章針對公路項目瓦斯隧道的施工通風技術進行了深入分析，介紹了瓦斯性質及危害，并闡述了隧道施工通風的基本原理和特殊要求。結合項目實踐詳細探討了公路項目瓦斯隧道的施工通風技術，進一步驗證了施工通風技術在瓦斯隧道施工中的應用效果，旨在為相關領域的理論研究和實踐工作提供有價值的參考和指導，以推動瓦斯隧道施工通風技術的持續發展和進步。

關鍵詞 公路項目；瓦斯隧道；施工通風技術；通風方案設計

中圖分類號 U455文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0072-03

0 引言

瓦斯隧道施工通風技術是確保施工安全順利進行的關鍵環節。然而，瓦斯隧道的通風設計與施工涉及復雜的工程環境和安全問題。因此，深入研究瓦斯隧道施工通風技術對于公路建設領域的可持續發展具有重要意義。該文旨在探討公路項目瓦斯隧道的施工通風技術，分析其原理、方法和應用，以期為公路項目瓦斯隧道的施工通風技術提供理論支持和實際應用指導。

1 瓦斯隧道施工通風基本概念

1.1 瓦斯性質及危害

瓦斯是一種由甲烷（CH4）為主的多種氣體組成的混合物，主要成分是甲烷，其次為二氧化碳、氮氣和其他烴類氣體。瓦斯在常溫常壓下為無色、無味、無臭的氣體，具有可燃性和爆炸性。

瓦斯的危害主要表現在以下幾個方面[1]：①當瓦斯與空氣以一定比例混合后，其具備燃燒性質。這種混合物遭遇火源時，可能會引發燃燒現象，并有可能產生爆炸效應。②瓦斯在空氣中含量過高時，會致使氧氣含量降低，使人窒息死亡。③瓦斯還具有強烈的毒性和腐蝕性，長期接觸會對人體健康產生負面影響。

1.2 隧道施工通風原理

隧道施工通風原理主要體現在以下幾個方面[2]：

（1）從基本的氣流運動規律出發來理解隧道通風原理。通過在隧道的一端設置高壓區（如使用風機產生正壓）或在另一端設置低壓區（如利用自然風或抽風機產生負壓），可以引導空氣在隧道內形成定向流動，實現通風效果。

（2）隧道通風還需要考慮氣體擴散和混合的原理。合理的通風設計應能促進這些有害氣體與新鮮空氣的充分混合和稀釋，降低其濃度至安全水平。

（3）隧道通風還需考慮熱力學因素。通風系統需要能夠有效地排出熱量和濕氣，維持隧道內的適宜溫度和濕度。

2 隧道通風方案分類

隧道通風方案可根據不同的分類標準進行分類。以下是一些常見的分類方式[1]：

2.1 按照通風機的布置方式

（1）抽出式通風：在隧道洞口設置排風筒，利用風機將洞內空氣排出，同時在洞內設置進風筒，使新鮮空氣進入洞內。

（2）壓入式通風：在隧道洞內設置通風機，將新鮮空氣通過通風管路壓入洞內，同時在洞口設置排風筒，將洞內有害氣體排出。

2.2 按照通風機數量和功率

（1）單風機方案：使用一臺通風機進行通風，適用于短隧道或通風量要求不高的場合。

（2）多風機方案：使用多臺通風機進行通風，可以滿足更大風量和更高要求的隧道施工通風需求。

2.3 按照通風控制方式

（1）手動控制：通過人工操作控制通風機的開啟和關閉，適用于通風量要求不高、人工操作方便的場合。

（2）自動控制：通過傳感器和控制系統自動控制通風機的開啟和關閉，根據洞內空氣質量實時調整通風量，適用于自動化程度較高的隧道施工場合。

3 公路項目瓦斯隧道施工通風技術分析

3.1 項目概況

田咀隧道位于巴中市通江縣內，右線全長2 388 m，起訖樁號K46+747～K49+135；左線全長2359 m，起訖樁號ZK46+750～ZK49+109。進口端設人行橫通道6道，車行橫通道3道。隧道主洞單幅凈空（寬×高）10.75×5 m。主要指標如表1所示：

3.2 通風設計條件和參數

通風設計條件和參數如下所示[3-4]：

（1）排除炮煙通風時間：取30 min。

（2）風筒及漏風率：壓入式通風管選用PVC增強塑纖布拉鏈式Φ1.5 m高強度、抗靜電、阻燃柔性風筒，每節長度10 m，柔性風筒百米漏風率P100取1.0%。

（3）自然風壓：田咀隧道進、出風口標高相同，洞口與洞內最高點標高差約50.13 m，未超過150 m，隧道內的坡度為?2.15%，參考礦井設計規范，自然風壓可忽略不計。

（4）氣象要素：根據設計文件，該標段田咀隧道左洞出口高程為605.85 m，田咀隧道右洞出口高程為605.62 m，年平均氣溫在16 ℃左右，相對濕度75%左右。根據氣象數據，通過計算隧道洞內空氣平均密度為1.22 kg/m3。其中：

=1.22 kg/m3

3.3 通風形式及施工通風方案

3.3.1 通風形式

根據該項目隧道工程特點，該隧道前期車行橫洞尚未貫通。因此，為了有效通風，采用壓入式通風方式。在3號車行橫洞貫通后，則采用巷道式通風方式。壓入式通風是指在距離洞口30 m以外的新鮮風區（上風向）安裝軸流風機，通過通風管將新鮮風壓送到開挖工作面，從而實現稀釋有害氣體，并將污風沿著隧道排出洞外。壓入式通風方式如圖1所示：

3.3.2 施工通風方案

根據通風方式的選擇，前期車行橫洞沒有貫通之前，采用壓入式通風，在車通貫通后采用巷道式通風。選用隧道施工專用通風機以及阻燃型通風軟管，將新鮮空氣壓入工作面，稀釋后的廢氣沿隧道排出洞外，在進風口加寬段處設置風門，封閉人行通道，隧道單洞全長約2.39 km，在3號車行橫通道處改巷道式通風。

（1）田咀隧道進口左右洞均采用2×110 kW軸流風機、隧道施工專用多速通風機及Φ1 500 mm通風軟管。

（2）布置注意事項：軸流風機置于洞口30 m以外，風管前端距掌子面10 m，以避免污風串流。

（3）巷道式通風在2#車通及緊急停車帶處布置兩臺2×110 kW通風機，以右洞為進風洞、左洞為出風洞，一個風機通往右洞掌子面，另一風機通往左洞掌子面。在1#車通、進風洞以及出風洞布置數臺射流風機進行導風。

（4）將2#加寬段擋頭墻（小樁號側）、1#人通至4#人通進行封閉，避免污風從進風洞流出，導致新鮮風不能正常循環。

3.4 隧道通風計算

3.4.1 田咀隧道出口（廣安端）右線的通風量計算

開挖面需風量計算按照以下因素分別計算，取最大值作為配風標準的控制風量，具體按各因素計算結果如下[4-5]：

（1）根據作業面同時最多工作人數計算通風量：

Q人=q·n·k （1）

式中，Q人——總計需風量；q——作業人員每個人的需風量，一般按照3 m3/min·人計??；n——作業面同時工作的最多人數，該項目按照80人計算；k——備用調整系數，一般取1.5。

按照上述計算公式計算，隧道內需風量為：

Q人=q·n·k=80×3×1.5=360 m3/min

（2）根據隧道中最小風量計算需風量：

Q風=Vf ×F （2）

式中，Q風——總需風量；Vf——隧道中最小風速（m/s）；F——開挖最大斷面面積（m2）。根據上述計算公式，該項目中經測定，隧道最小風速為0.15 m/s，最大開挖斷面面積為70 m2，則隧道內需風量為：

Q風=Vf×F=0.15×60×70=630 m3/min

（3）按瓦斯絕對涌出量計算通風量：

（3）

式中，Q瓦——總需風量；k——備用調整系數，一般取1.6；Q絕——隧道內瓦斯涌出量，該項目根據實測為0.5 m3/min；R允——隧道工作面內允許存在的瓦斯濃度，一般取0.5%；R送——送入隧道內新風中所包含的瓦斯濃度，該項目為0%。

按照上述計算公式計算，隧道內需風量為：

=160 m3/min

（4）按爆破后稀釋有害氣體計算通風量：

（4）

式中，K——爆破使用的炸藥總量，該項目中使用量為134 kg；T——每公斤炸藥爆破所產生的CO量，經測定該項目為0.02 m3/kg；X——隧道內允許的有害氣體的濃度，一般取值為0.02；t——通風時間，該項目為20 min。

按照上述計算公式計算，隧道內需風量為：

=670 m3/min

（5）按照無軌運輸洞內需風量計算通風量：

Q內=H·q·k （5）

式中，H——作業面內施工機械最大功率，該項目實際統計最大功率為378 kW；q——內燃機械單位功率供風量，按行業技術規范取值為4.5 m3/（min·kW）稀釋尾氣；k——功率系數，一般取0.63計算。

按照上述計算公式計算，隧道內需風量為：

Q內=H·q·k=378×4.5×0.63=1 072 m3/min

按照各方法計算通風量統計表如表2所示：

上述五種計算結果，取其最大值作為通風布置設計量：1 072 m3/min。

3.4.2 風機供風量的確定

采用壓入式供風方式計算風機的供風量，計算公式為：

（6）

式中，Qmax——最大通風量，根據上節計算為1 072 m3/

min；k——有效風量率。

（7）

式中，L——最大通風長度，該項目為955 m；N100——百米漏風率，取值為1%。

按照上述計算公式計算，壓入式風機供風量為：

=1 185 m3/min

3.4.3 風壓計算

通風機應能克服管道的阻力，計算阻力公式如下：

R阻=R動+R沿+R局 （8）

式中，R動——管道口動壓力，一般按照50 Pa計算；R沿——沿程壓力損失，該項目計算值為1 092.8 Pa；R局

——局部壓力損失，一般按照沿程壓力損失值的5%計算。

按照上述計算公式計算：

R阻=R動+R沿+R局=50+1 092.8+1 092.8×5%=1 197.44 Pa

根據以上計算結果，該項目通風施工選用直徑1.5 m的風管供風，大于1 197.44 Pa的風機能滿足施工要求。

3.5 隧道施工設備選型

（1）壓入式風機的選型。田咀隧道需配置4臺壓入式軸流風機，田咀隧道全部工區共需配置4臺風機。壓入通風前選用2×110 kW軸流風機、風量1 550～2 912 m3/min，全壓1 378～5 355 Pa，壓入式風機應選擇能滿足各個通風區段供風量及風壓的軸流風機。具體如表3所示：

采用巷道式通風時，右線為新鮮風進入通道；左線為污風排出通道。為避免污風串流，壓入式風機距離洞口30 m以外距離設置。

（2）射流風機的選型。選用Φ1 000 mm的防爆型射流風機，功率30 kW，總共9臺。

（3）風管選型。風管選用φ1 500 mm軟風管。百米漏風率要求小于1%。

4 公路項目瓦斯隧道施工通風需注意的問題

公路項目瓦斯隧道施工通風需注意的問題包括以下幾個方面：①由于田咀隧道為微瓦斯隧道，并且可能含有毒有害氣體，故應設專職檢測員，隨時監測隧道開挖面是否有有害氣體逸出以及瓦斯逸出的濃度，如果發現異常應及時報告，同時應及時進行處理。②風管在轉彎時，彎管半徑不小于風管直徑的3倍。③為防止二襯臺車前后及頂部、車行橫通道、人行橫通道、其他死角、塌腔地段等瓦斯易于積聚的空間，采用防爆軸流風機，根據具體瓦斯涌出情況隨時調整防爆軸流風機出口方向，做到“哪高哪吹”，徹底消除瓦斯積聚。④為減小掌子面粉塵，在風管出口處安設噴霧器，以及在出風洞增設噴淋系統（200 m/處）。

5 結語

在公路項目的瓦斯隧道施工中，施工通風技術是確保施工安全和順利進行的關鍵環節。合理的通風設計能夠有效地改善洞內空氣質量，提高施工效率，保障施工人員的生命安全。因此，在選擇和應用隧道施工通風技術時，需要綜合考慮各種因素，如瓦斯性質、隧道長度、地質條件等，以確保選擇合適的通風方案，并實現良好的通風效果。該文的研究成果對于公路項目瓦斯隧道的施工通風技術具有重要的理論和實踐意義。

參考文獻

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