中铁十局集团第五工程有限公司 江苏省苏州市 215011
摘要：在隧洞施工的过程中，长距离小洞径隧洞施工是难度最大的一类。通风作为长距离小洞径隧道施工中控制掘进的关键因素，对其通风方式及其应用效果展开探究非常必要。因此，本研究结合实例对其通风方式展开了探究。
关键词：隧洞施工；长距离小洞径；通风方式
Abstract：In the process of tunnel construction，the construction of long - distance tunnel with small tunnel diameter is the most difficult.Ventilation is a key factor to control tunneling in long distance tunnel construction，so it is necessary to explore the ventilation mode and its application effect.Therefore，this study combined with an example to explore its ventilation mode.
Key words：tunnel construction；Long small hole diameter；Ventilation way
前言：长距离小洞径隧洞施工在各类隧洞施工中的施工难度最大[1]。为控制其掘进，施工通风措施作为重要的因素，应给予关注和重视。通风方式作为施工通风措施的重要基础性工作，在此次研究的过程中，选取某引水隧洞工程作为实例，对其隧洞施工中的通风方式展开了探究，并对其通风效果进行了总结。通过对该工程中通风方式及其通风效果的介绍，旨在为同类引水隧洞工程施工中通风方式的应用提供参考与借鉴。
1 工程概况
某工程项目属于引水隧洞工程，其隧洞全长为14.90km，洞身是碳酸盐岩（灰岩、白云质灰岩、白云岩），其他具体工程情况，如表1所示。通过表1中的相关数据可知，该引水隧洞工程，其难以进行通风井的布置，因而在施工的过程中通风问题是亟待解决的一个重要关键问题。因此，在此次研究中，选取该工程项目作为案例，对通风方式及其应用效果展开探究。
表1 某引水隧洞工程基本情况
2 通风试验设计
在对隧洞进行施工的过程中，吹入式集中供风是一种较为常用的通风方式[2]。然而，鉴于此次研究中的工程项目，其属于长距离小洞径隧洞工程，因而采用这一通风方式，其不仅不能起到较好的通风效果，而且还会对施工的安全性带来一定的威胁。在这一项目工程下，随着进尺的不断延伸，隧洞断面会对通风排烟、出渣等产生较大的限制。在这一通风方式下，其仅仅是将烟尘吹离工作面，但全隧洞依然处于烟雾弥漫的状态。与此同时，在供风沿程方面，其损失较大，同时仅仅考虑风机功率增大，其会导致通风管道占据的空间过大。由此可见，对于长距离小洞径隧道施工来说，这一通风方式不仅会对施工的工效产生较大的影响，而且还会对施工人员的身体健康产生危害。鉴于吹入式集中供风这一通风方式并不适用于长距离小洞径隧洞施工，结合本项目的实际情况，并在相关专家的综合考量下，最终本工程项目选取的通风方式是混合式分散供风方式。其中，混合式主要指的是吹风与吸风结合的方式，而分散则主要指的是通过串联多台通风机并在联合使用下起到良好的通风效果。
结合类似工程项目的实践，主要从以下几个方面对施工中产生的烟尘展开综合试验。第一，挂帘。在爆破之前，距离掌子面的30至50m的位置处将软帘悬挂在经过焊制的铁架顶部，然后将其固定在隧洞的洞壁和隧洞顶部之上。第二，装置水雾喷射。在安装水雾喷射装置时，其安装的位置是在掌子面附近的封闭区域内，其安装这一装置的作用是起到强迫降尘的效果。同时，在设置这一装置的过程中，还设有独立的喷水管，采用的是塑料管，但在距离施工工程面的20m以外的位置的水管则采用的是钢管，在布置钢管时，将其布置在隧洞风水管一侧，以免受到飞石的影响而受到损伤。为节约成本，充分利用资源，风管或水管可以当做此钢管使用。第三，先吸后吹式通风。在放炮后，启动高压水泵，刚产生的高浓度烟尘，由于受到水雾吸收，其会沉降下落，进而减少烟雾量。通过这一装置的安装，其可将烟雾量减少高达40%至50%左右。最后，风机串联。通过将通风机串联，其起到分散式供风的作用。
3 通风试验的效果分析
在对隧洞施工中的烟尘通风试验效果展开分析时，其通风效果如下：第一，挂帘。在爆破之前，于距掌子面50m、60m、70m、80m的位置处悬挂软帘。鉴于毫秒雷管的应用，其在爆破后会促使爆轰波叠加，从而对悬挂的软帘产生冲击，导致其数次被击碎。随后将软帘悬挂在80m至100m位置处，经试验显示其可挡住70%以上的炮烟。第二，装置水雾喷射。依据前面的设计方案，对这一装置进行了简单的制作。经过试验，显示这一装置在降尘方面，其效果并不是很好。而降尘效果不佳的主要原因在于隧洞内过于潮湿，进而导致空气中的水分子可以自动将隧洞内中的部分有害气体以及粉尘吸收，加之通风期间隧洞内的粉尘是完全落在地面上的。因此，这一装置在降尘方面，其效果不大。第三，先吸后压入式通风。在初期为控制成本，因而供吸采用的是一条风带。在对其进行试验后，试验结果显示，在供风线路过长的影响下，风桶内会残留诸多有害气体。在吸风30min后，压风开始，进而会将其内的有害气体顺着供风桶重新压回隧洞内，进而引发施工安全问题。然而，单独布置吸风桶，其成本又会增加。基于上述考量，以及对有害气体的检验，显示距离工作面200m内是其浓度较大的区域。因此，可在这一区域内布设一个吸风桶，以满足需求。因此，将通风系统进行调整。在爆破后，首先会将距工作面100m位置处的吸风机启动，以促使烟尘可以经过硬质风管进入到吸风机，后通过200m的柔性风桶，将其排至距离工作面300m以外的隧洞内。最后，在20min后，将洞口风机开启，以向隧道内供风，而供风桶的末端则应距离在工作面的30m位置处。在洞身进尺日益加大的情况下，供风时可能会出现供风量不足的现象，在确保通风时间固定下，可通过串联风机的方式确保供风量满足需求。隧洞开挖掘进独头通风长度超过2000m在洞内设置接力风机进行增压，仍然采用压入式通风，隧洞上下游利用75kw×2风机匹配1路Φ0.8m风管送风。在风管末端增加一个风机，对末端新鲜空气继续通过机械风压压入掌子面处，使洞内空气充足。在洞内风机的尾部设置一个小型风包，第一作业起到支撑风管，不受风压减小而缩进风机内，第二作业使风包内空气充足，减少从洞内污浊空气吸入，再次通入掌子面。
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图1 风机接力设备布置图
4通风计算
通风计算基础参数如2表所示。
表2 通风计算基础参数表
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1）隧洞掘进2.0km以内
在进洞长度2000m范围内设置1台风机进行通风计算：
根据隧道风量需要主要取以下三种：
①人数呼吸空气量Q人
②炸药爆破需风量Q炸药
③机械运转需风量Q机械
故总需风量Q总=Q人+Q炸药+Q机械
具体计算如下：
根据（计算手册）查得
①Q人=k•m•q
K----风量备用系数1.1~1.2
m----洞内同时施工最多人数40
q----洞内每人每分需要空气量3m³
Q人=k•m•q=1.1×40×3=132m³
②Q炸药= =7.8×308.7=1691m³
A----同时爆破所需炸药总量50kg
S----坑道断面面积20.19m²
L----坑道长度2000m
t----风机作用时间20min
③Q机械=nt•N=277×0.8=221.6³
Nt----洞内机械作业总功率（渣车2台75kw挖机127kw合计277kw）
N----洞内机械每Kw所需风量0.8m³
Q总=Q人+Q炸药+Q机械=20×132+1691+20×221.6=8763m³
根据轴流风机性能2×75kw每分钟供风量为1100m³/min
即：20min内风机可提供风量Q供=1100×20=22000m³
风管都按新风管计算，100m漏风率取2%即：Q实供=22000×（1-20×2%）=13200m³
经过上述计算Q实供13200m³大于Q总8763m³
所以在进洞2000米前洞口设1台SDDF 2×75kw风机能够满足现场需求。
2）隧洞单口掘进超出2.0km
在洞口风机安装完成后，按1）计算结果得出，1台SDDF 2×75kw风机能够满足现场需求，在超出2.0km后，每间隔1000m左右放置一台接力风机
5最终通风方式的选择
本工程项目最终选择的通风方式，其如表3所示。
表3 某引水隧洞工程最终选择的通风方式
在本项目中，支洞施工进入主洞后，上下游同时施工采用2台轴流式通风机压入式通风，在交叉处采用两路风管进入主洞，分别为上、下游两工作面供风，上游或下游通风距离（支洞长+主洞长）大于2000m时安设1台接力风机，保证风压。支洞与主洞交叉口以及长距离通风会形成涡流现象，为消除或减少此现象影响通风效果，在交叉口区安设1台射流机加强排风。支洞进主洞上下游同时施工通风示意图。
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图2 隧道排风示意图
在本工程项目中，还对长距离混合式分散供风这一通风方式进行了总结，首先将一台吸风机布置在距离工作面50m的位置处，并伴随挖进的延长逐渐向工作面移动。在爆破后，将该吸风机启动，先往外吸。在施工的过程中，在硬质风管下将烟尘吸出200m以外，在吸风20min后，将该吸风机关闭。再然后，将供风的作用风机启动，以将新鲜的空气吹入到隧洞中，并确保工作面的空气始终保持新鲜。通常情况下，可在1h左右将排烟工作完成。为满足隧洞施工人员的施工安全，应保持工作面200m范围内的空气质量。与此同时，为确保施工安全，在每次爆破后，隧洞内各个风机的开启和关闭按钮均应设置在洞口，通过洞口按钮控制的实现确保施工安全。在每次通风结束后，为施工安全的保证，每次均应有专职安全员对空气质量进行检测，尤其是对隧洞中有害气体的进行检测，并以此为依据，对是否继续通风进行合理安排。只有在空气质量合格，并满足隧洞施工中空气质量的要求，方可停止通风。
结论：综上所述，在隧洞施工中，尤其是在长距离小洞径隧洞施工中，应结合工程的实际情况，对通风方式进行改进，以保证施工安全。同时，还应通过不断总结实践经验，以对施工中的通风方式进行不断完善，进而为同类工程提供借鉴经验。
参考文献：
[1]朱忠荣，李新哲，陈述.引水工程深埋长隧洞施工中通风特性数值模拟[J].哈尔滨工程大学学报，2019，40（7）：1304-1310.
[2]王晓亮，舒东利，王明年，等.自然风对多斜井隧洞施工通风的影响研究[J].现代隧道技术，2019，56（2）：494-499.