重庆中铁二十三局集团第六工程有限公司 陈浩 400000
摘要：近年来随着矿业、交通、水利等行业的快速发展，尤其是矿业多采用竖井作为运输通道，交通、水利方面长大隧道在增多，在没有斜井施工条件的情况下，采用竖井施工逐渐增多，隧洞施工的烟尘主要是爆破作业产生的，隧洞断面小又为从支洞交叉口向两端掘进，通风最大距离达1300m左右，竖井深度大，在竖井内安装风筒向下压入式通风难度大，且污浊气体从隧洞及竖井排出随着掌子面的延伸而距离加长，排烟时间越来越长，因此拟采用强制压入式通风系统达不到很好的效果，这篇文章从现场出发与理论相结合，从压入式通风与压入式和通风竖井相结合对深竖井、小断面隧洞通风排烟技术进行了探讨和分析。
关键词：深竖井；小断面；通风；排烟
一、工程概况
引沁入汾浮山供水工程施工02标起讫里程为3+875-7+829，长度为3954m，纵坡为1/2500，均为直线段，引沁入汾浮山供水工程施工02标郭店隧洞起讫里程为3+875-7+829，长度为3954m，设计纵坡为1/2500，全长为直线段，为竖井施工。
隧洞设计为门洞型，施工断面Ⅲ类围岩为3.26*3.715m、Ⅳ类围岩为3.3*3.735、Ⅴ类围岩为3.34*3.755。2#竖井深133.47m，3#竖井深97.0m，竖井净空断面R=2000mm。
二、原通风情况
工程于2014年底开始施工，前期因施工班组人员、机械较少，故通风采用的是压入式通风方式，即在洞口设置1台功率为2*75KW的通风机，通风管全线密封，加强风管的管理，防止出现漏风现象。洞内风水管及电力线路布置如图：
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但目前随着开挖的推进，通风距离越来越长，通风管道的风阻系数持续增大，且目前洞内施工产生的气体、风尘、尾气（爆破产生的气体、风尘，装载机（2辆）、运渣车（5辆）产生的尾气）十分巨大，且洞内外气压处于平衡装在，淤积的废气无法排除，目前通风设备已不满足施工需要，严重制约施工进度和安全。其具体表现为：
1、爆破后长时间无法进行出渣工作（至少需要1-2个小时的通风排烟时间）。
2、洞内产生的废气刺鼻、呛人，施工人员在洞内长时间会有头晕、恶心等的症状。
3、机械利用率降低（装载机、自卸渣车耗油增多，且功率低下）。
三、通风计算
因隧道开挖断面最大为12.13m3，故通常情况下的加大通风机功率和加大通风管口径的做法会直接影响施工，且因竖井尺寸及绞车的提升斗的限制无法加大通风管口径，在洞内增加通风机二次引入或者增加通风机采用压出式通风同样因竖井尺寸及绞车的提升斗的限制无法实施，故拟采用在地面上隧洞主洞的中线位置上增设通风孔的措施进行通风，其优点在于通风管线短便于洞内布置，可以利用竖井采用压入式供风，确保洞内空气质量及施工进度。
为改善02标郭店隧道正洞内空气质量，保障施工正常进行，特进行此方案的编制。经现场实地勘察，于5+696.981（深度239m）、6+131.096（深度232m）、6+598.64（深度247m）处增设通风竖井孔。根据地勘资料，0-62m为Ⅴ类围岩，62-121m为Ⅳ类围岩，121-247m为Ⅲ类围岩。
1、洞内通风标准
隧道在整个施工过程中其作业环境需符合以下卫生及安全标准:
隧道内氧气含量按体积计不得小于20%。
洞内风量要求施工时供给每人的新鲜空气量不应低于3m3/min，采用内燃机械作业时供风量不应低于3m3/(min.kw)。
洞内风速要求全断面开挖时不小于0.15m/s，在分部开挖的坑道中不小于0.25m/s，均不应大于6m/s。
2、供风量计算
郭店隧道采用钻爆法施工，根据本隧道的设计特点及总体安排，通风量计算按新鲜空气从洞外压入施工面，废气从竖井排出进行。郭店隧洞工区最大掘进长度（1977m）为例进行通风方案的设计。
2.1按洞内同时作业的最多人数计算
Q1=qmk
式中：
q——洞内每人每分钟所需的新鲜空气，取3m3/min
m——洞内同时工作的人数，取60人
k——风量备的用系数，取1.15
Q1=3×60×1.15=207（m3/min）
2.2按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算风量
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式中：
G—同一时间起爆总药量（kg），根据钻爆设计取最大Ⅲ级围岩G=30kg。
t—通风时间，取30min。
ф—淋水系数，取0.6
b—炸药爆炸后有害气体生成量，取40L／kg
A—掘进断面面积，按Ⅴ级掘进断面12.13m2计算。
L—通风长度或临界长度（L＇），通风长度由施组中设计进度确定，临界长度用公式L＇＝12.5GbK／AP2计算（式中K为紊流系数，取0.65）。
P—通风管的漏风系数，按每百米漏风率（P100）通风管Φ1.8m取1.2%。
则：P=(1－P100L/100)-1=(1-1.2%×1977/100) -1=1.31
临界长度L＇用下式确定计算：
L＇=12.5GbK/(AP2)=12.5×30×40×0.65/(12.13×1.312)=468m
当L＜L＇时，用L来计算风量，当L＞L＇时，使用L＇来计算风量，本项目中L>L＇采用L＇来计算。
所以：Q2=(2.25/30)×(30×12.132×4682×0.6×40/1.312)1/3=83（m3/min）
2.3按允许平均风速计算风量
Q3＝60×A×V
式中：
Q3—计算风量，m3/min；
A—最大断面，12.13m2；
V—洞内允许最小风速，0.25m/s。
则：Q3＝60×12.13×0.25＝182m3/min
2.4按内燃机械设备总功率核算
洞内每个掌子面内的通风量由于机械的制造型号、结构、燃料、负荷等不同因素确定的，郭店隧洞洞内按每KW供风量不小于3m3/min进行计算。
Q4=ni·S
式中：
ni——洞内同时使用机械作业的总KW数；
S—洞内同时使用内燃机每KW所需风量，取3m3/min计算；
洞内每个掌子面使用的机械按6台自卸车(28KW)和2台装载机（180 KW）计算，总功率为6×28＋2×92=352KW。
Q4=ni·S=352×3=1056m3/min
2.5最大风量确定
由计算结果知：Qmax=Q4=1056（m3/min）。
则Q供=KPQmax，其中K为修正系数，不受影响，取K=1；
P——通风管漏风系数，根据前面计算结果P=1.31
Q供=KPQmax=1×1.31×1056=1383（m3/min）
2.6现有设备通风量
目前通风设备为1台功率为2*37KW的通风机，最大风量为Q供=620m3/min，Qmax=620/1.31=473m3/min
2.7欠缺风量确定
Q供=1383－620=763m3/min
Qmax=1056－473=583m3/min
2.8增设管道通风阻力
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管道摩擦阻力（h摩）
式中：
L——管道的长度（m）；
Q面 ——掌子面的风量（m3/s）；
Q供— —风机的供风量（m3/s）；
d—风管的直径（m）；
α—风管的摩擦阻力系数，根据经验取0.0008。
h摩=6.5×0.0008×1977×583×763／(0.85×3600)=3877(Pa)
h全=1.15h摩=1.15×3877=4459（Pa)
四、通风井施工方案
1、增设排烟措施
根据通风计算，现通风设备仅勉强能满足施工用风，无但法排除施工所产生的废气，造成隧道内废气淤塞，使得生产率低下，存在极大地安全隐患。
为加快施工进度，减少安全隐患，必须确保通风效果，经过业主、设计、监理及项目部现场实地考察，选择在2#竖井下游（大里程端）5+696.981、3#竖井上游（小里程端）6+131.096、 6+598.64增设直径为80cm的排烟井。位置如下：
1#通风井: 5+696.981
H=1091,深度239m X=3998808.002 Y=588773.400
2#通风井: 6+131.096
H=1083，深度232m X=3998447.358 Y=588531.756
3#通风井：6+598.64
H=1098， 深度247m X=3998058.934 Y=588271.504
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2、通风井设置情况
通风井径：土层段直径为φ800，岩层段直径为φ600mm；
井深：1#井：239m、2#井：232m、3#井247m
护壁：施工时采用泥浆护壁，钻孔完成后采用钢护筒护壁，土层段落为φ800mm×10mm、岩石段为φ600mm×10mm。
3、施工工艺流程
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4、测量放线
4.1测量仪器使用前要通过检定。
4.2接受交桩后应完成导线点、水准点复测和加密工作，并将测量成果上报监理单位核对。
4.3施工放样前，应对控制桩号、地面坐标、设计高程等进行复核，确认无误后再进行施测。对施工中所进行的一切测量工作，认真做好记录，并严格执行复核制度。
4.4施工人员根据测量人员放点埋设好护桩，护桩设在施工干扰小，基础牢固的土层上，用混凝土包裹，防止因振动等产生位移。
5、钻探设备的选择及场地布置
本工程施工使用的是SPJ-500型钻机，BW850/2A型泥浆泵,每个井口配12立方水车一台，6吨随车吊一台。
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根基地质断面图，该地层为泥岩, 根据施工中出渣量设置3个浆池, 尺寸分别池为2.5m*3.0m*1.5m；2.0m*2.5m*1.2m；3.0m*3.0m*0.8m。泥浆池采用塑料布铺底进行防渗漏处理。
6、钻进施工
根据地质断面图0-60m为土层，60-247m为岩层，土层采用80cm钻头，石层采用60cm钻头，循环泥浆，一径到底。
钻孔完成后用泥浆泵抽取泥浆，下入钢管，钢管高出井口2.0m，管口布置钢丝网，再加一个管帽，防止落物掉入洞内。
7、通风竖井排烟原理
增加通风竖井的排烟是采用连通原理，压入式通风因受隧洞断面的影响，不能采用大功率及大直径风带进行通风，空气输送及气压满足不了施工需要，造成洞内空气不流通，废气淤积。增加通风竖井后，作用为通风机压入，通风井抽出废气，使洞内气压减小，让竖井形成自然的供风管道，增加洞内空气的输送量，使空气流动不淤积。
五、结论
隧道通风是施工技术难题，对于深竖井、小断面的特长隧道更是影响隧洞施工的关键技术，通过对通风过程中存在问题的分析，积极采取相应的措施，才能克服这一难关。需通过现场与理论相结合，使通风效果达到理想状态，使施工效率满足设计需要，既要解决施工中存在的通风安全隐患又要节约成本。