摘要：文章從大風埡口特長隧道的施工組織出發(fā)，論述了其在施工過程中通風、散煙系統(tǒng)的設計及運行期間的動態(tài)管理。

　　前言

　　已云南元磨高速公路特長隧道為例，討論隧道施工中通風、散煙系統(tǒng)布設、效果。該特長隧道采用上下行分離的雙洞單向雙車道設計，上、下行線分別為3373米和3344米；單洞總長6727m.上下行線隧道兩端中線間距分別為52米和44米。隧道凈寬9.75米，有效凈高5m.為滿足該隧道建筑界限和通風照明、交通監(jiān)控、通訊消防等設施需要，隧道設計凈跨為10.9m，凈高為7.2m的半圓拱曲墻斷面。為滿足災害救援要求，上下行線間設置5個緊急停車帶與相應5條行車橫洞。隧道縱向呈中高兩低的人字形布局，上、下行線最大埋深分別為309米和331米。該工程已經(jīng)經(jīng)云南省交通廳驗收，工程質(zhì)量優(yōu)良，2003年12月28日通車。

　　1.施工方法和隧道通風要求

　　為確保隧道的施工進度和安全，兩個施工單位從隧道兩端同時對向掘進，掘進方法基本按上、下分布進行。特殊地質(zhì)地段采用六步流水作業(yè)法或短臺階七步流水作業(yè)法。在下部施工時，為保證上部施工不受影響，采取左右交替施工的手段。掘進采用人工手風鉆鉆孔，適量裝藥爆破。上部出碴采用CAT966F輪式裝載機和東風自卸車；下部出碴采用挖機和東風自卸車進行。初期支護采取濕噴機濕噴鋼纖維混凝土；二襯邊頂拱混凝土采用整體鋼模澆筑。受上述施工方法、施工設備、爆破等綜合因素的影響，隨著施工的進行、洞身加深，隧道內(nèi)的污染氣不能及時排出，這樣如果濃度逐漸積累，不僅對人體造成危害，而且還將影響安全、進度等。

　　按國家衛(wèi)生標準規(guī)定，隧道施工期間，洞內(nèi)空氣質(zhì)量：氧氣單位體不得少于20%；氣溫不得高于30℃，有害氣體濃度：CO一般情況不大于30mg/m³；CO₂、甲烷（CH₄）單位體不得大于0.5%；氮氧化物（NO₂）在5～8 mg/m³，洞內(nèi)人均每分鐘必須供給不得少于3m³、內(nèi)燃機每千瓦不得少于3m³的新鮮空氣，洞內(nèi)不得小于0.15m/s的風速等。

　　2.通風系統(tǒng)的技術方案

　　2.1系統(tǒng)布置方案一：壓入風營供風施工橫洞貫通以前，在自然通風不能滿足施工要求時，此種方案的不利之處在于廢氣必須經(jīng)全洞排出，而排氣效果主要取決于風機的性能和洞內(nèi)外氣象環(huán)境因素的差異，經(jīng)過運營試驗總結：如果在選定風機的條件下，洞內(nèi)氣溫高于洞外時，越有利于廢氣排出，所以在具體施工過程中我們建議應根據(jù)不同地區(qū)不同季節(jié)適時組織施工。

　　方案二：巷道式混合通風隨著洞身的延伸，壓入式供風的效果將越來越弱，如果按以往方案采取串連風機進行接力供風的措施，不僅要求重新投入一倍的風機，而且運營成本也必定成倍增長，供風效果也由于廢氣充滿整條隧道而必然導致串連風機重新把一部份廢氣送進工作面而降低。

　　該方案由于采取在下行線橫洞口架設了抽往上行線的風機措施，根據(jù)空氣動力學原理，那么在上行線橫洞口附近必然形成一個高壓區(qū)，實踐證明其阻礙了上行線洞內(nèi)廢氣的排出效果，于是在具體實踐中采取在上行線行右增加5.5kw的小型抽風機進行調(diào)節(jié)，終運行結果證明，該方案是可行的，效果很好。

　　抽風機安裝位置的選擇是洞內(nèi)排風效果的關鍵，按流體力學原理，如果采取封堵上行線洞口并在此按裝抽風機的方法，那么上、下行線內(nèi)的氣體也就自動形成一個形似連通器的空間流動體，更有利于空氣的流動及污染空氣的排出，但出于施工考慮，在方案上我們采取安裝在緊急停車帶入口的偏中上方的具體措施。此種方案的不利因素仍然在于一部份不能及時抽出的廢氣仍經(jīng)隧洞排出。

　　根據(jù)空氣動力學理論，氣流所受到的阻力有風管或風道的摩擦阻力、改變風向的局部阻力以及可能發(fā)生的正面障礙物的阻力，根據(jù)大風埡口隧道風管式通風系統(tǒng)的布置，壓入氣流僅受到風管內(nèi)摩擦阻力、局部阻力的影響；只在隧道自然排風的過程中受到二襯施工鋼模的影響，但由于洞內(nèi)空氣流動的速度較低，通過正面阻力計算可知，采取在鋼模處按裝排氣扇的方案完全得到解決。

　　H總阻=∑h摩+∑h局h摩=αLUQ2/S3式中：α為摩擦阻力系數(shù)，所用風管的摩擦阻力系數(shù)取0.0013；

　　L為風管長度，根據(jù)隧道可能安裝的最長風管長度計算L取500米；

　　U為風管周長；

　　Q為風管流量；

　　S為風管的通風面積；

　　h局=0.612ζQ2/S2式中： ζ局部風阻系數(shù)，在此取最大可能的風阻系數(shù)0.175；其它符號同前。

　　從上式可知：h摩的大小與風管流量的平方成正比、與風管面積的立方成反比，h局的大小與風管流量的平方成正比、與風管面積的平方成反比，因此我們分別選取直徑1米與1.2米的風管進行分析比較。

　　Q按最大供風量55080m³/h的供風計算，在直徑1米的風管內(nèi)的流量為19.5m/s；在直徑1.2米的風管內(nèi)的流量為13.5m/s；

　　S：直徑1米風管的通風面積為0.785m²；直徑1.2米風管的通風面積為1.131m²；

　　經(jīng)計算：h摩（1米）=0.0013×500×3.14×19.52/0.7853=1260（Pa）

　　h摩（1.2米）=0.0013×500×3.14×1.2×13.52/1.1313=349（Pa）

　　h局（1米）=0.612×0.175×19.52/0.7852=66（Pa）

　　h局（1.2米）=0.612×0.175×13.52/1.1312=15（Pa）

　　所以根據(jù)洞內(nèi)風管布置可能產(chǎn)生的風阻計算得；

　　H總阻（1米）=1260+66×2=1392（Pa）

　　H總阻（1.2米）=349+15×2=379（Pa）

　　2.3通風設備的選擇

　�。�1）風機的選擇根據(jù)上述計算風量Q選取最大值55080m³/h，考慮風管的漏風影響若供風距離500米、風管直徑1米則風管的漏風系數(shù)取1.1，Q供≥1.1×55080=60588m³/h，如果風管直徑取1米則H壓≥1.1×1392=1531（Pa）； 如果風管直徑取1.2米則H壓≥1.1×379=417（Pa）。經(jīng)分析比較，選用TZ-100型隧道子午加速軸流風機，該風機性能為：風量63000m³/h、全壓2400pa、電機功率55kw、機械噪聲85dB（LA），優(yōu)于相似性能的88-1型隧道對旋式軸流風機。

　　（2）風管的選擇從上述計算過程可以看出：供風效果不僅只與風機有關，風管的漏風、風阻系數(shù)及其直徑、材質(zhì)等均是影響供風效果的關鍵因素。按照經(jīng)濟、高效的原則，經(jīng)運行對比試驗，選取直徑1.2米的纖維橡膠風管較直徑1米的風管的較經(jīng)濟合理而且供風效果良好。

　　3.系統(tǒng)運行管理

　　3.1機械選型上述計算及實踐可知：影響洞內(nèi)空氣質(zhì)量及通風效果的關鍵因素是施工機械內(nèi)燃機產(chǎn)生的廢氣，其主要成份是CO、煤煙、鉛、磷化物、硫化物等有害物質(zhì)組成，嚴重危害施工人員的健康。根據(jù)對汽車尾氣的研究，汽油車與柴油車的CO發(fā)生量，大型柴油車僅為汽油車的110 ∽ -1100 ，但它排出的其它有害氣體卻為汽油車的3倍以上，而且伴有濃煙。無論是CO還是煙塵、油煙都是對人體極其有害的物質(zhì)，由于煙塵、油煙可以采取：使用質(zhì)量較高的高標號燃油；汽車安裝空氣濾毒環(huán)保裝置；改善洞內(nèi)路面交通環(huán)境，維護路面平整；加強車輛維護與保養(yǎng)，嚴禁超載；嚴格車輛管理，堅決杜絕廢舊車輛進入工地等有效措施。

　　綜上所述，建議采用性能良好的柴油、液化氣、電力等為能源動力的經(jīng)濟環(huán)保型車輛進行出碴。

　　3.2空氣質(zhì)量檢測空氣質(zhì)量的適時監(jiān)測，繪制空氣質(zhì)量與洞內(nèi)施工情況和風機運行時間關系曲線，為通風設備的選擇、系統(tǒng)的布置、施工組織及系統(tǒng)運行提供指導，減少系統(tǒng)運行的盲目性，降低系統(tǒng)運行成本。

　　3.3風機的安裝、維護與保養(yǎng)。

　　物理學告狀我們：同類物質(zhì)由于受熱脹冷縮的影響，溫度低的物質(zhì)密度大、浮力��；相反溫度高的物質(zhì)密度小、浮力大，對于空氣也是如此熱空氣總是在冷空氣的上部。洞廢氣基本上全是內(nèi)燃機排放的熱空氣和炸藥釋放炮煙，所以在風機的安裝位置上，根據(jù)風機作用：抽風機是以抽出廢氣為主，盡量按裝在隧道的中上部；壓風機以送入低溫的新鮮空氣為主，盡量安裝在隧道的偏下部。但是必須保證風機風口不受阻塞且范圍開闊。指定專業(yè)人員負責風機的維護與保養(yǎng)，從某種意義上講不只是提高風機的運行效果，維持風機性能，延長風機的使用壽命，而且也間接降低了系統(tǒng)的運行成本。

　　3.4風管的安裝、防護與檢查。

　　風管的安裝質(zhì)量和防護措施直接影響洞內(nèi)通風質(zhì)量與通風成本，指定專人負責風管的安裝、維護，在受施工影響較頻繁的區(qū)段，風管的掉掛首先采取安裝主引鋼絲作為風管掉裝的主索，風管采用安裝活動掛鉤掉于主引鋼絲上，這樣不僅方便該段風管的安裝，而且可有效防止因受外力作用被損壞。在施工放炮時，采取首先關閉風機后放炮的防護措施；風管穿過二襯鋼模臺車的方法采取預先在鋼模臺車的合適位置安裝固定金屬風管的措施，從而有效防止了因鋼模臺車走對風管的影響。

　　3.5合理組織生產(chǎn)合理組織生產(chǎn)，盡可能避免上、下行線同時出碴增廢氣排出負擔。

　　4.結束語

　　通過大風埡口特長隧道通風系統(tǒng)的運行結果，通風系統(tǒng)的設計不僅與施工措施有關，施工設備是影響空氣質(zhì)量的關鍵，空氣質(zhì)量的監(jiān)測可減少系統(tǒng)設計、運行管理的盲目性；系統(tǒng)的后期維護也是提高系統(tǒng)的運行效果、降低系統(tǒng)運行成本的有效措施。

　　參考文獻

　　1、黃成光，《公路隧道施工》，人民交通出版社，2001.8

　　2、王毅才，《隧道工程》，人民交通出版社，2000.8

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