猫头岭隧道施工通风技术.doc

猫头岭隧道施工通风技术

李志清
（中铁隧道集团有限公司赣龙铁路工程指挥部）

摘 要 猫头岭隧道全长4755米，单口掘进长度两公里以上的施工情况，对施工通风的设计、安装、管理进行了总结，对以后长隧道的施工通风有一定的借鉴意义。
关键词 隧道施工 通风

1.施工通风设计
1.1通风方式选择
根据施工阶段不同，采用不同的通风方式。施工初期采用压入式通风，中期采用混合式通风，后期采用射流通风。其中以双软管混合式通风为主，充分利用混合式通风和软风管二者各自的优点。
1.2风量风压计算
1.2.1主要参数
①根据《铁路隧道施工规范》（TBJ204－96）规定：断面最小风速νmin= 0.15m/s；进人作业标准Ca=100mg/m3。
②爆破通风时间t=15min；
③一次爆破的最大炸药量A=228Kg；内燃机设备总功率W=262 kw。
④洞内同时作业最多人数按80人考虑。
1.2.2计算方法
根据上述主要参数，并考虑现场施工的具体情况，分别按洞内同时作业最多人数、一次爆破的最大炸药量、进洞内燃设备总功率、洞内要求的最小风速等计算风量，并确定控制风量。
然后，根据控制风量、通风方式、送风长度和风管性能参数等计算所需要的供风量和风压。风量配置时应考虑循环风的影响，使风量配置最经济合理。
1.3通风设备选择及配置
①风机的选择主要根据所需风量和风压来确定，并考虑节能效果，采用科研所研制开发的变极多速风机。
②风管的选择主要根据所需风量和送风长度确定，全部采用科研所研制并获国家专利的新型软风管。
选用通风设备的型号和性能参数见表1。

表1 主要通风设备配置表
设备名称
型号
技术参数
单位
数量
备用
射流风机
SSF-NO90
出口风速：33.2 m/s
功 率：22 kw
台
2
1
变极多速风机
SDF(C)-NO10
风量：770～1500 m3/min
640～1010 m3/min，
420～ 760 m3/min
风压：550～3500 Pa
240～1600 Pa
140～ 880 Pa
功率：37×2 kw
12×2 kw
6×2 kw
台
4
1
软风管
φ1200 mm
β100≤0.02、λ≤0.02
m
2400
—
φ1300 mm
β100≤0.02、λ≤0.02
m
6000
—
1.4通风布置
通风布置见图1。本隧道的施工通风采用综合通风技术措施，原则上分三阶段进行通风。
①第一阶段：施工初始阶段采用压入式通风。
②第二阶段：独头掘进长度L＞600m之后，改用双软管混合式通风。
③第三阶段：进、出口两端贯通之后，通常采用自然通风；若自然风较小，无法满足要求时，可采用射流通风，并视自然风流方向确定射流通风的方向。

图1 猫头岭隧道施工通风设计图
2．施工通风方案的实施
为保证通风方案的实施，切实改善洞内施工作业环境，施工通风工作由中隧集团科研所具体实施。
2002年7月隧道正式进洞施工，通风工作由2002年8月份开始，施工初始阶段隧道开挖距离较短，按通风设计方案的第一阶段压入式通风实施。通风组的值班人员分三班24小时在施工现场。随着隧道开挖深度的增加，施工通风的难度随之增大。为减少管路的漏风，我们将已完全衬砌好地段的旧通风管逐渐换成新，使漏风达到了设计管路百米漏风率小于2%的要求。做好新风管更换工作的同时，积极保证掌子面的通风质量，及时前接通风管，风管出口与掌子面的距离保持小于30米的要求。由于采取措施得当，最大限度的减少风管漏风，确保了掌子面对通风量的要求，放炮后不到10分钟掌子面已经开始进行出碴、找顶等工序的作业。洞内通风效果良好，完全满足了施工的要求。
截止2003年5月末，猫头岭隧道出口工区开挖1700m，进口工区开挖滞后，为实现集团公司对业主的投标承诺，安全、优质、高效地建成赣龙铁路，6月份集团公司指挥部要求创施工高产，确保11月份全隧道贯通。为加快施工进度，除加强各施工工序的管理外，改善洞内作业环境也是保障施工进度的重要措施。经通风方案的比较决定，出口工区实施第二阶段通风方案，由原来的压入式通风变为混合式通风，具体通风布置如图1。新风由隧道进入到达压风机，通过通风管新风送达开挖工作面，污风由隧道内流到抽风机，通过通风管抽出洞外。

图2 出口工区混合式通风系统图
2003年11月15日猫头岭隧道贯通后，施工通风进入第三阶段射流通风，利用置于洞内的两台轴流风机作射流风机用，根据自然风流的方向确定射流通风的方向，分别开启风机。11月25日隧道的检底工作基本结束后，剩余工作产生的污染很小，采用自然通风就可以满足隧道内的施工要求，通风工作基本结束。
3．通风效果
实测开挖面风速始终保持在0.26m/s以上，满足《隧道施工规范》中风速不小于0.15m/s的要求。工作面有效通风量在800m3/min以上，也超过了740m3/min的设计风量要求。爆破后不到10分钟掌子面的炮烟已完全吹净，洞内的能见度高，完全达到通风设计的要求。这也是进出口工区开挖超过1500m没有改变通风系统的原因。
出口工区实施混合式通风系统后，洞口端1500m范围都是新风区，污风区的距离变短，排烟速度大大加快，洞内空气质量良好，在福建省长汀县环保局对猫头岭隧道的洞内空气环境、职业病危害因素监测结果〔见表2〕中表明，监测到的空气指标大大高于标准要求。由于该单位不能对CO指标进行监测，没有取得CO的实测结果，根据自测通风量〔见表3〕对比SO2、NO2的监测结果，CO指标也应符合标准的要求。
表2 空气质量检测表
污染物
名称
标准
（mg/m3）
测量结果（mg/m3）
炮前
炮后30min
CO
30
——
——
SO2
15
0.013
0.013
NO2
5
0.045
0.013
粉尘
2
1.695

表3 洞内通风量检测表
测点里程
通风机工况
风速(m/s)
风量(m3/min)
DK134+500
压入式、风机高速运转
0.4
886
DK134+160
混合式、抽风机高速运转
0.52
1186
DK133+720
混合式、压风机高速运转
0.69
1573
DK133+720
混合式、压风机前高后中运转
0.50
1094

混合式通风方式极大地改善了洞内作业环境，对施工进度的提高起到了极大的促进作用。出口工区6月份就创造了月开挖262m的较高施工记录，以后连续几个月施工进度保持在200m以上，为整个隧道在11月15日顺利贯通提供了保证。由于施工进度的不均衡，隧道贯通时出口工区开挖长度近3000m，大大超过了设计2555m的任务，施工长度的增加对通风来说难度大大增加，出口工区所采用的混合式通风方式，很好地解决了由通风距离增长而带来的困难，独头3000m的通风长度在同类工程中的技术领先的。
4．通风中应注意的问题
4.1一般的注意问题
组织专业通风队伍，确定通风安全责任人，加强通风管理；
通风管安装必须平、直、顺，管路尽可能避开锐角转弯，以减小管路沿程阻力和局部阻力。通风管安装要接头严密，通风管出口距工作面20～30m；通风管要及时检查、拆换、修补，以减少漏风；
4.2混合通风中的注意问题
⑴ 压风机与抽风机的风量匹配
混合式通风中为避免污风循环引起开挖面的二次污染，抽风机的风量要大于压风机风量的25%以上。猫头岭隧道出口所选用的风机虽功率相同，但压风风机选用的是SDF〔C〕-№10型变极多速风机，高速时的有效风量为1225m3/min，中速是时有效风量825m3/min，高速风量比中速风量大40%以上。放炮后压风机高速开启，炮烟迅速排出开挖面，污风排到吸风机处时调整压风机到中速，这样即保证了炮烟的迅速排出、掌子面尽快出碴，又控制了污风循环，避免了炮烟二次污染开挖面，确保了开挖面的通风效果。
⑵通风机位置的设置
通风机应设于洞内无施工影响的地段，除开挖面外，检底、欠挖等污染源应位于压风机的控制范围，以保证进风的空气质量。压风和抽风风机的水平距离要在50m以上，避免因扩散而引起污风被压风机吸入的状况。风机上下平行布置时要把抽风机放置在高处，压风机放置在低处。
⑶通风管路的漏风
新鲜空气通过压风的管路送到开挖面，压风管路的漏风对隧道内的污风有稀释作用，因而可视为有效漏风，对压风管路的漏风率要求比抽风管路的低。抽风管路内流动的是污风，管路的漏风会漏到隧道内，进而污染进洞空气，造成进洞空气质量的下降，因此抽风管路的漏风危害严重，必须严格按设计要求加以控制，确保管路漏风在设计要求的范围内。
⑷管路排水孔的设置
由于洞内外空气的温度、湿度相差很大，管路内会产生大量的水份，尤其是洞外温度低时的抽风管路。有的通风管本身有排水装置，可以充分利用。对于没有排水装置的通风管，在管路安装完成运行一段时间后，管路内会出现水份的聚集，此时选择易于把水排净的位置安装排水装置，排水装置可选择轮胎用的气门桩。
5．结论和体会
由于进出口工区施工进度的不平衡，隧道贯通时出口工区的开挖长度近3000m，对于单线铁路隧道无辅助导坑施工，独头3000m的施工通风已属于很难解决的课题，由于通风方案设计合理，采取措施得当，很好地解决了该难题，猫头岭隧道的施工通风综合技术值得在其他工程中推广应用。
隧道的施工通风工作应当由专门的通风管理人员来管理，以往由管道班来兼顾风管吊挂工作的作法是应当改变的。由专门的通风技术人员管理，可以对风机的工况进行分析计算，及时监控管路漏风情况，根据施工实际及时调整通风系统，确保洞内作业环境的良好。
出口工区采用了混合式通风的方式，促进了施工进度的提高。以往隧道施工中由于通风设计不合理、通风管理不善等原因，造成开挖面供风不足，洞内的施工环境变差，此时多采用间隔串联风机的方法以图改善洞内的通风状况，间隔串联通风时，管路中负压区的出现不可避免，因而会产生一种错觉，串联风机后感觉管路出口端的风量增加了，实际上增加的风量大部分是在负压区内被吸入的污染空气，此时对工作面的通风效果改善是不大的。因此通过盲目串联风机来改善洞内作业环境的做法是通风工作的一个误区。施工中出现开挖面风量不足时，首先应检查管路的漏风情况，不能盲目串联风机。如确实需要通过增加通风设备才能达到所需要求，混合式通风方式也是更为有效的解决方案。混合式通风方式在出口工区的成功运用，改变了以往随着独头长度的增加而盲目串联风机的做法，可以在其他隧道施工中推广应用。