長隧道施工的通風(fēng)技術(shù)和粉塵治理方法

關(guān)鍵詞：長隧道   小斷面    獨(dú)頭掘進(jìn)    通風(fēng)

1. 工程概況

第三標(biāo)段共有隧道三條：分別是湯岙隧洞（2611m）；梅底隧洞前二分之一段（2165m）；宮底隧洞后二分之一段（1843m）；開挖斷面面積分別為3.8×4.08m2；5.7×5.9m2；5.6×6.03m2斷面均為城門洞形，坡度很小，除湯岙隧洞有一曲線，其他均為直線。梅底隧洞與湯岙隧洞呈“人”字相接，總長4276m，現(xiàn)場地理條件決定了各隧洞只能采取獨(dú)頭掘進(jìn)的開挖方式，而且工期要求砼襯砌與掘進(jìn)必須同時進(jìn)行，這就加大了施工通風(fēng)的難度。掘進(jìn)方法采用風(fēng)槍濕式打孔，反臺階法光面爆破，湯岙隧洞采用有軌運(yùn)輸，電動裝渣機(jī)裝渣，其他兩洞采用無軌運(yùn)輸，內(nèi)燃挖掘機(jī)出渣。襯砌和掘進(jìn)同時進(jìn)行時，兩工作面最小間距400m。

2. 通風(fēng)方式選擇

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，以壓入式通風(fēng)為主。由于湯岙隧洞180m處山體覆蓋層僅有80m，擬定挖掘至此位置時在頂部開挖豎井通風(fēng)，通風(fēng)后洞內(nèi)空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和粉塵的允許濃度見表1、表2。

注：一般檢測粉塵濃度不得大于2mg/m3，進(jìn)入洞內(nèi)風(fēng)源含塵量不得超過上表容許濃度的30%。

3. 通風(fēng)量計算

3.1  施工人員所需風(fēng)量：VP=UPmk  （m3/min）

式中UP：洞內(nèi)每人所需新鮮空氣量，一般按（3m3/min/人）計算；

m：洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)；

k：通風(fēng)備用系數(shù)�。�1.1～1.5）；

3.2  爆破散煙所需風(fēng)量

（1） 按純稀釋炮煙的理論計算風(fēng)量：VL=5QB/t  （m3/min）

式中Q：同時爆破的炸藥量（kg）；

B：炸藥爆破時所構(gòu)成的折合的CO的體積（L），一般采用40L/kg

T：通風(fēng)時間（min）；

（2） 按通風(fēng)方式計算風(fēng)量：（A壓入式通風(fēng)；B混合式壓入通風(fēng)。略）

3.3   洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量：Vd≥60UminSmax  （m3/min）

式中Umin：洞內(nèi)允許最小風(fēng)速（大斷面掘進(jìn)≮0.15 m/s，小斷面和異型斷面掘進(jìn)≮0.25 m/s）；

Smax： 隧洞最大斷面面積（m2）

3.4   沖淡柴油機(jī)械產(chǎn)生的有害氣體所需的風(fēng)量計算

（1） 按單位功率所需風(fēng)量指標(biāo)計算：Vg=Uo N  （m3/min）

式中Vg：使用柴油機(jī)械時的通風(fēng)量（m3/min）

Uo：單位功率需風(fēng)量指標(biāo)。一般為2.8～8.1 m3/kW.min

N：同時在洞內(nèi)工作的柴油機(jī)械的總功率kW

（4） 按平均功率耗油量計算：Vg=U1U2N/60 （m3/min）

式中Vg：使用柴油機(jī)械時的通風(fēng)量（m3/min）

U1：消耗1kg柴油需給的風(fēng)量，一般為500～2000 m3/kg

U2：柴油機(jī)械耗油率，一般為0.223～0.3 m3/kW.h

N：同時在洞內(nèi)工作的各種柴油機(jī)械的實際使用總功率kW

4. 通風(fēng)設(shè)備的選擇和布置

確定了隧洞通風(fēng)所需的最大風(fēng)量后，再椐此計算應(yīng)設(shè)置的通風(fēng)機(jī)的工作量，并計算通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓，然后根據(jù)這二者來選擇通風(fēng)機(jī)，在進(jìn)一步確定風(fēng)管和風(fēng)機(jī)的匹配及布置。

4.1   通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量Vm=（1+PL/100）V （m3/min）

式中V：通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量m3/min

L：風(fēng)管的長度m

P：100m風(fēng)管漏風(fēng)量，一般≯2%

4.2   通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓hm=hky+hP （m3/min）

式中：沿程風(fēng)壓損失hky =μL（Pa）

L：風(fēng)管的長度m

μ：每米風(fēng)管沿程損失，一般≯2%

hP ：局部風(fēng)壓損失；包括進(jìn)出口、轉(zhuǎn)彎段、漸變段、突變段等局部風(fēng)壓損失，可按沿程風(fēng)壓損失的20%～30%計。

4.3   通風(fēng)機(jī)的選擇

通過上述計算后，確定湯岙隧洞和宮底隧洞采用88—1型軸流式通風(fēng)機(jī)，梅底隧洞采用JBT-62-2型軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，其性能見表3。

4.4   風(fēng)管與風(fēng)機(jī)的布置

風(fēng)管的選用主要從風(fēng)管出口處的風(fēng)速和風(fēng)量、風(fēng)管的造價、風(fēng)管的耐用性、風(fēng)管裝拆的難易程度等方面考慮。在通風(fēng)機(jī)性能確定的前提下，風(fēng)管出口處的風(fēng)速和風(fēng)量主要和風(fēng)壓損失、管道摩阻損失、漏風(fēng)損失等因素有關(guān)，將這些損失降低到最小程度，首先保證工作面的風(fēng)量，再結(jié)合造價等因素，風(fēng)管的選擇就隨之確定了。

（1） 從降低風(fēng)壓損失考慮

根據(jù)已有的經(jīng)驗，管道通風(fēng)的壓力損失與風(fēng)管直徑的五次方成反比，即：實現(xiàn)長距離大風(fēng)量通風(fēng)的最有效的技術(shù)措施是采用大直徑風(fēng)管，這不僅可以減少通風(fēng)機(jī)、延長送風(fēng)距離，還可以成倍地降低通風(fēng)能耗，在實際施工中，已有88-1型單機(jī)配大直徑柔性風(fēng)管實現(xiàn)2000m通風(fēng)的成功經(jīng)驗，據(jù)次，確定88-1型通風(fēng)機(jī)配直徑1.2m的柔性風(fēng)管；JBT-62-2型通風(fēng)機(jī)配直徑0.75m柔性風(fēng)管。

（2） 從降低管道摩阻損失考慮

引起管道摩阻損失的主要因素是管壁的光滑程度、管道接頭、管道的順直情況。為減少管道的摩阻損失并考慮造價因素，此工程選用塑料編制布自行加工風(fēng)管，這種簡易風(fēng)管具有風(fēng)阻小、裝拆方便、耐用、易修補(bǔ)、防水阻燃、耐腐蝕、抗靜電成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。加工時以50m為一節(jié)，減少接頭以降低風(fēng)阻，便于裝拆。隧洞通風(fēng)管通常設(shè)置在洞頂，安裝時要求整條管路穩(wěn)、平、直、無扭曲、無褶皺，盡量減少風(fēng)阻。為增加強(qiáng)度，接出風(fēng)口的前50m長度采用帶箍混紡膠布風(fēng)管。

（3） 從降低管道漏風(fēng)損失考慮

造成風(fēng)管漏風(fēng)損失的主要原因有：管道接頭漏風(fēng)、管道縫紉針眼漏風(fēng)、管道破損漏風(fēng)，為減少管道接頭漏風(fēng)損失，除增大管道節(jié)長以減少接頭外，還可采用新型剛性接頭，增強(qiáng)接頭的密封性。在加工風(fēng)管時，采用對折縫紉法和在縫紉縫上涂刷膠粘劑的方法，減少縫紉針眼的漏風(fēng)。對施工中出現(xiàn)的管道損壞，主要是靠加強(qiáng)現(xiàn)場管理，及時發(fā)現(xiàn)及時修補(bǔ)，避免造成漏風(fēng)損失。

（4） 通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場布置

通過對上述因素的綜合考慮，從而確定：宮底隧洞采用88-1型軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)；湯岙隧洞前期用一臺88-1型軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)后期從開挖的通風(fēng)豎井口用兩臺JBT-62-2型軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)；梅底隧洞間隔700m左右串聯(lián)一臺JBT-62-2軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)，后期考慮采用混合式壓入通風(fēng)。風(fēng)管的布置和通風(fēng)方式見圖

    5. 綜合治理與通風(fēng)管理

要想得到滿意的通風(fēng)效果、縮短循環(huán)作業(yè)時間，僅僅依靠合理的通風(fēng)方式是不夠的，還要采取消煙、防塵等綜合治理措施，并加強(qiáng)通風(fēng)管理：

5.1   綜合防塵措施：它包括濕式鑿巖、水封爆破降塵、爆破后噴霧降塵、出渣前沖洗巖壁、裝渣灑水等措施，都可達(dá)到防塵降塵的目的。

5.2   凈化內(nèi)燃設(shè)備尾氣：加強(qiáng)內(nèi)燃設(shè)備保養(yǎng)，保持內(nèi)燃設(shè)備工況良好，以減少廢氣排放量；內(nèi)燃設(shè)備安裝有效的消煙化油器，并在柴油中加入S30-30柴油添加劑以凈化尾氣減少空氣污染。

5.3   加強(qiáng)通風(fēng)管理：制定嚴(yán)格的通風(fēng)管理制度，安排專人進(jìn)行通風(fēng)管理，根據(jù)需要隨時進(jìn)行空氣衛(wèi)生和通風(fēng)指標(biāo)檢測，不斷進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，保證通風(fēng)系統(tǒng)完好有效運(yùn)行。

5.4   充分通風(fēng)：要保證有足夠的通風(fēng)時將廢氣徹底排完，避免造成廢氣循環(huán)積累，保證洞內(nèi)各工作面空氣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

5.5   保持洞內(nèi)道路平整：若洞內(nèi)道路不平，會加大內(nèi)燃車輛行駛阻力，使車輛頻繁加大油門，耗油多，造成污染氣體排放量增大。

6.   通風(fēng)效果及空氣衛(wèi)生指標(biāo)檢測

6.1   通風(fēng)效果宮底隧洞用一臺88-1型通風(fēng)機(jī)完成了全洞的掘進(jìn)；湯岙隧洞掘進(jìn)1500m時開挖了通風(fēng)豎井，洞中的88-1型通風(fēng)機(jī)停止了運(yùn)轉(zhuǎn)，洞內(nèi)設(shè)置的兩臺JBT-62-2型通風(fēng)機(jī)達(dá)到了預(yù)計的通風(fēng)效果，降低了綜合成本；梅底隧洞第一臺JBT-62-2型通風(fēng)機(jī)供風(fēng)長度達(dá)到700m，串聯(lián)一臺同型號通風(fēng)機(jī)效果良好。因湯岙隧洞貫通時梅底隧洞尚有200m未開挖，但此時洞內(nèi)環(huán)境已大大改善，故梅底隧洞未采用混合通風(fēng)方案，這也是湯岙隧洞的通風(fēng)豎井在其中起到了很大的作用。

在隧洞開挖時，掘進(jìn)工作面從開始通風(fēng)到空氣符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的時間，隨著隧洞長度的增加需要20-50min，工作面能保證有良好空氣。若出渣時保持持續(xù)通風(fēng)，鉆爆破孔時可以停止通風(fēng)，此工況下每天最快可完成3個掘進(jìn)循環(huán)，月進(jìn)尺可達(dá)150m，這是由于科學(xué)合理的通風(fēng)措施保證了掘進(jìn)施工的順利進(jìn)行。

壓入式通風(fēng)是將隧洞作為排出污濁空氣的通道，因此隧洞中部空氣凈化所需的時間較長，凈化程度也比工作面差，這給同時進(jìn)行的混凝土襯砌施工造成一定的影響，為解決這一問題，可采用混合通風(fēng)的方式（見圖2），但如果隧洞掘進(jìn)采用無軌運(yùn)輸，內(nèi)燃機(jī)車的廢氣將隨時產(chǎn)生并逐步增多，洞內(nèi)的空氣仍難以達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

6.2   洞內(nèi)空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢測：本工程對洞內(nèi)有害氣體監(jiān)測，是在掘進(jìn)施工的不同時間和掘進(jìn)的不同深度隨機(jī)進(jìn)行。采用的設(shè)備儀器為：2000系列變攜式有害氣體監(jiān)測儀及GXH-301B CO2 分析儀；風(fēng)量和風(fēng)速用QDF-2A型熱球式電風(fēng)速計測試；粉塵用76型交直流兩用采樣儀采樣，除油衡量。經(jīng)過一系列的測試，洞內(nèi)從掘進(jìn)200m到1800m、通風(fēng)時間為20到50min，工作面的空氣可達(dá)到國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；自制風(fēng)管的百米平均漏風(fēng)率為2.5%，達(dá)到了預(yù)期的效果。但在掘進(jìn)和襯砌同時進(jìn)行時，最佳空氣狀況時的多項指標(biāo)仍有不同程度的超標(biāo)。

7.   結(jié)束語

在趙山渡引水工程隧洞施工中，通過采取“合理布局、優(yōu)化匹配、防漏防阻、消煙防塵、嚴(yán)格管理”等一系列措施，較好地解決了小斷面、獨(dú)頭掘進(jìn)、長隧洞的施工通風(fēng)難題，獲得了滿意的通風(fēng)效果，大大降低了工程成本，保證了施工的順利進(jìn)行，達(dá)到了預(yù)期的目，但還有在無軌運(yùn)輸條件下隧洞進(jìn)行混合作業(yè)時，洞內(nèi)及工作面的空氣改善問題有待在以后的工程實踐中進(jìn)一步研究解決。