摘 要：棋盘石隧道是向莆铁路唯一一座长达Ⅰ级风险隧道，独头掘进长达5.4km，棋盘石隧道施工过程中通风系统的方案设计选定、设备选型及安装、施工维护、安全操作注意事项等进行了详细叙述。在施工中设备运行良好、通风效果满足要求，保证施工人员职业健康、机械设备安全的同时，保证施工进度、降低施工成本，经济效益明显，可为类似长大隧道施工通风借鉴。
关键词：长达隧道；通风应用；施工维护
中图分类号：U453.5 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）12-0159-03
1 工程概况
向莆铁路设计时速200km，预留时速250km，本管段施工的棋盘石隧道起于尤溪县城关镇，止于尤溪县台溪乡清溪村。隧道进出口里程为DK400+988～DK411+796，为双线隧道，全长10808m（我项目部施工7212m，施工里程为DK400+988～DK408+200），单面上坡，坡度为7.6‰，隧道最大埋深770m，独头掘进距离最长为2#横洞工区5350m（其中横洞长度为2150m）。其余辅助孔道基本同样存在独头施工距离长，通风难度大的特点，隧道掘进指标每月最高要到达160m以上满足工期要求，因此，施工通风制约生产的重要因素，解决好施工通风将会大大改善施工作业环境，加快施工进度。本隧道辅助导坑设置如表1所示。
棋盘石隧道岩性主要为沉凝灰岩、凝灰质砂岩夹砂砾岩，熔结凝灰岩、流纹质晶屑熔结凝灰岩夹凝灰质砂岩，大理岩、滑石化白云质大理岩等。隧道可能存在断层、岩溶、突泥涌水、岩爆等不良地质条件。为铁道部认定的全标段唯一的一座I级风险隧道。其现场立体图如图1所示。
2 通风方案确定
2.1 基本原理
本隧道设计各工作面采用压入式独头通风。根据笔者单位类似隧道工程的施工经验和目前现有的通风设备，本隧道具体通风方式分阶段进行。棋盘石隧道1#斜井、2#横洞、3#横洞采用阶段性通风方案，初期采用长管路压入式通风为主，管路过长时双机串联供风。考虑通风效果采用射流风机对气流进行诱导。通风示意图如图2所示。
2.2 通风标准
根据国家及部门有关劳动卫生标准的规定，棋盘石隧道洞内作业段确定以下标准。
2.2.1 粉尘浓度
空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg/m3；含游离二氧化硅在10%以下时，不含有害物质的矿物性和动植物性的粉尘为10mg；含游离二氧化硅在10%以下的水泥粉尘为6mg。
2.2.2 洞内空气成分（体积计）
氧气含量不应低于20%，二氧化碳不得大于0.5%。
2.2.3 有害气体允许浓度
空气中CO浓度不得超过24PPm（30mg/m3），施工人员进入开挖面时，浓度可允许到100mg/m3（80PPm），但必须在30min内降至30mg/m3；氮氧化合物不得超过0.00025%，质量浓度不超过5mg/m3。
2.2.4 洞内温度
隧道掌子面温度不宜超过28℃。
2.2.5 洞内风量
每人供给新鲜空气不少于3m3/min，内燃机械每千瓦供风量不小于3m3/min。
2.2.6 洞内风速
钻爆法施工，不小于0.25m/s。
2.3 数据验算、计算方面
按洞内工作人员进行计算（高峰洞内一次最多工作人员为110人，每人按照3m3/min）
Q=110×3=330m3/min
按允许平均风速（一般正洞取0.25m/s，辅助坑道取0.25m/s）。
双线正洞130m2：Q=0.25×60×130=1950m3/min
单线正洞85m2：Q=0.25×60×85=1275m3/min
横洞40m2：Q=0.25×60×40=600m3/min
斜井55m2：Q=0.25×60×55=825m3/min
按排除炮烟：取一次爆破炸药用量（取正洞最大量计算单耗为1.0kg/m3，一个循环长度为3m）1×130×3=390kg，炮烟抛掷长度L0=15+G/5=15+390/5=93m。
通风时间为20min（通风时间可根据实际情况选取，可以取15min、20min、30min等）；
按稀释内燃设备废气计算（额定功率系数法计算）：
取一个工作面出碴时最大运距为5100m，即170kW，自卸车10台；按3m3/min·kW计算。：
运输车Q=170*10*3=5100m3/min
简算方法：对于170kW发动机的自卸车，相当于每1km洞内运距配两台自卸车，每辆车的供风量为500m3/min，即运距1km需要运距1000m3/min。
通风机的风量：按隧道允许最低平均风速1170m3/min和排除炮烟所需工作面风量1500m3/min，取工作面风量1500m3/min。
取风管平均百米漏风率为1.5%，漏风系数：
Pl=（1-P100×L/100）-1
根据上述计算最长距离需要通风量见表2。
风机风压计算：
管道风阻系数：Rf=6.5αL/D5
α为摩阻系数，一般取0.0019～0.0024，上式中取0.0022；L为风管长度；d为风管的直径（下同）。
管道沿程风压损失：hf=RfQj2/PL
局部风压损失：局部风压损失可按增加10%～15%估算：
风机全压：ht=1.1hf
上式计算风压见表3。
2.4 设备方面
根据所需最大通风量和风压计算选择的风机型号见表4。
2.5 通风方案概述
2.5.1 棋盘石隧道1#斜井通风方案
在开挖1#斜井未进入主洞前（为第一阶段通风）：在洞口设1台SDF（C）-N011型轴流风机，利用“变极多速”的特点调整风机的功率，即满足通风需要同时考虑通风的经济性。通过直径1.5m风管将新鲜的空气送到作业面。详见图3。
当开挖进入主隧道时（为第二阶段通风）：隧道内有两个工作面；在1#斜井与隧道的交接处（三通口）设1个三通管，利用F1分别向两个工作面送新鲜空气。为加快隧道内的空气循环，在三通口前1#斜井内设S1射流风机（风机距三通口20m），把污浊空气吹出洞外。见图4，S1为射流风机。
1#斜井至隧道进口段开挖结束（为第三阶段通风）：1#斜井工区向大里程方向根据工期安排，掌子面大体在里程 DK403+500左右。由于棋盘石隧道进口没有出碴的能力，仍考虑由斜井出碴。此时为了考虑风机效率和通风效果及节约用电将F1，SDF（C）-N011移至洞内，距离斜井与主洞交接里程向小里程约50m。为了达到更好的通风条件在SDF（C）-N011尾部200m处设置S1射流风机，对新鲜空气起诱导作用。对轴流风机周围空气质量状况进行检测，当空气质量达不到要求时在风机前设置1风门，防止污浊空气形成循环。在斜井与正洞的交接处向斜井方向增加S2射流风机诱导污浊空气由斜井排出。调整F1风机的管路长度，满足掌子面掘进需要，直到到施工结束。详见图5。
2.5.2 棋盘石隧道2#横洞通风方案
在开挖2#横洞未进入主洞前（为第一阶段通风）：在洞口设1台SDF（C）-N012.5型轴流风机，通过直径1.5m风管将新鲜的空气送到作业面。利用SDF（C）-N012.5“变极多速”的特点调整风机的功率，到达既满足通风要求，满足节约用电的目的。通风示意图见图6。
当开挖进入主隧道时（为第二阶段通风）：，此时距离2#横洞洞口约2000m，通风机F1的风压减弱；为加快工作面空气循环，在三通口设一台射流风机S1，加快污浊空气的排出。见图7。
第三阶段隧道开挖至DK406+500左右（为第三阶段通风）：此时通风机F1的风压进一步减弱，需增加一台轴流风机F2与F1形成接力，增加工作面的风压；距离工作面约50m的位置增加一台射流风机S1，加快工作面的空气循环。此通风方式保持到开挖结束。见图8。
3 通风管理
3.1 风机安装
风机支架稳固结实，地基承载能力满足要求，如隧底较软弱，应经硬化处理，避免风机运行震动，产生倾覆；风机出口处设置加强型柔性管与风管连接，结合处多道绑扎，减少漏风。
3.2 风管安装
风管选择，在施工条件允许情况下，用于长大隧道通风的风管过风面积取开挖面积的1/25～1/20，已确定其直径。风管使用前进行外观检查，检查出厂合格证件是否齐全、规格型号是否与要求相符，保证无损坏、粘结缝牢固平顺、接头完好严密；风管挂设要平、顺、直，风管悬吊要稳固，悬挂高度一致。为克服长期使用风管疲劳造成的长度延伸、挠度增大，每月进行一次系统检查，保证通风效果。
3.3 通风管理及维护
通风机应有专人值守，按规程要求操作风机。风机应尽量减少停机次数，发挥风机连续运转性能。需停机或开启时，根据洞内调度通知进行。为减少风机启动时的气锤效应对风管的冲击破坏，应采用分级启动，分级间隔时间为3min。为达到良好的通风效果、避免开挖、运输与通风的不协调，设立专门的通风技术人员和管理人员，切实加强通风系统的管理，保证通风正常运转。及时按照要求挂接风管并修补破洞，养活漏风率，充分发挥压入式通风系统的整体功能效应。
3.4 通风监测
定期测试通风量、风速、风压，并作好记录；经常检查和维修通风机具，包括通风设备的供风能力、动力消耗、风管有无损伤；为保证通风效果，须及时接长风管，调整出口至工作面的距离；管理好进洞的污染源和运输道路，洞内不要停放闲置的机具和堆积杂物，以免影响风流；定期测试粉尘和有害气体浓度，并作好记录，发现超标及时反映。
3.5 安全措施
风机安装牢固，风机前后不得堆放杂物，避免影响风机风量，防止异物进入风机损坏叶片。风机安装过载限压等保护装置，发生异常时，能自动停机，起到保护作用；通风机进气口设置铁蓖，防止异物进入风机损坏叶片和风机伤人事故的发生；非操作人员严禁私自开启通风机电源。通风机司机开启电源前，应确认前方是否有人员维修和接长风管，防止送风伤人；风机支架、风管承重索要经常检查，防止因锈蚀或其它原因造成断裂造成损失。
4 结语
经过理论计算、分析，借鉴国内长大隧道通风先进技术，棋盘石隧道采用压入式通风结合射流通风技术。整个施工过程中，通风状况良好，掌子面粉尘、一氧化碳浓度、氮氧化物浓度、氧气含量、二氧化碳含量等均达到要求，各掌子面能见度良好，满足施工作业人员健康、机械设备作业及有轨运输车辆运行安全要求。降低了施工成本，保证了工程质量、进度。
隧道施工有辅助导坑时，根据正洞与辅助导洞进度情况分阶段采用不同通风方案；加强通风管理是实现压入式通风效果的关键。
参考文献
[1] 赖涤泉.隧道施工通风与防尘[M].北京：中国铁道出版社，1994.
[2] 孙研.通风机选型实用手册[M].北京：机械工业出版社，1999.
邮寄地址：甘肃省天水市麦积区三岔乡闫西村中铁十三局宝兰客专一工区项目部林令好收。
联系方式：15769318597
推荐访问： 棋盘 通风 隧道 施工 维护
