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摘要：在開挖隧道工程時(shí)，實(shí)施有效的通風(fēng)方案，以此確保隧道開挖過程中洞內(nèi)的通風(fēng)良好是保障開挖人員生命安全的前提。基于此，本文主要結(jié)合實(shí)際隧道開挖工程選取合適的通風(fēng)技術(shù)，詳細(xì)介紹通風(fēng)方案的具體措施，并對(duì)其通風(fēng)效果進(jìn)行驗(yàn)證，為其它將建工程提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道；瓦斯；通風(fēng)；施工技術(shù)

1引言

瓦斯的主要組成成分是甲烷（CH4），在進(jìn)行隧道開挖的過程中，如果隧道穿越煤層以及瀝青層，那么當(dāng)該區(qū)域內(nèi)的圍巖破碎或存在的節(jié)理裂隙發(fā)育就會(huì)造成開挖過程出現(xiàn)瓦斯氣體泄露。瓦斯氣體極易發(fā)生爆炸，當(dāng)瓦斯氣體在隧道內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，周圍溫度能達(dá)到2000℃以上，且瓦斯爆炸后會(huì)快速消耗隧道內(nèi)氧氣，并產(chǎn)生有害氣體，造成開挖人員身體不適，甚至直接造成人員傷亡。本次選取的實(shí)際工程為天坪寨隧道，該工程所處區(qū)域?yàn)榉蛛x式路基段，該工程的左右線隧道距離中線的距離大于20m，本次隧道開挖工程中的右線隧道全長約為3.68km，左線隧道約為3.702km，并穿越多條斷層及煤層。據(jù)《達(dá)州至萬州高速公路工程可行性研究隧道工程地質(zhì)勘察A線、C線和D線天坪寨隧道、B線峨層山隧道采空區(qū)及煤層瓦斯專項(xiàng)評(píng)價(jià)》可知，因?yàn)樵撍淼镭炌▍^(qū)域內(nèi)的瓦斯壓力以及地應(yīng)力較小，故在施工過程中存在瓦斯外泄的可能，并且該隧道工程所處區(qū)域位于斷層交匯處。且地應(yīng)力較為集中，故存在瓦斯氣體集聚的概率，因此在進(jìn)行隧道開挖時(shí)，確定合適的通風(fēng)方案，確保隧道開挖過程中的員工安全就顯得尤為重要。

2通風(fēng)方案的確定

2.1通風(fēng)方式分類

在隧道工程施工過程中需要根據(jù)該隧道長度、開挖方式以及開挖設(shè)備來確定通風(fēng)方式。通風(fēng)形式可根據(jù)是否使用機(jī)械而細(xì)分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)，其中，自然通風(fēng)是借助隧道內(nèi)外壓差的通風(fēng)，機(jī)械通風(fēng)是指在需通風(fēng)工作面布設(shè)合適的機(jī)械通風(fēng)設(shè)備，達(dá)到工程通風(fēng)的目的，主要包括：壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)、混合式通風(fēng)、巷道式通風(fēng)。

2.2通風(fēng)方案的確定

在隧道開挖過程中，洞內(nèi)的通風(fēng)措施好壞直接決定了瓦斯隧道開挖工程的安全與否。根據(jù)本工程實(shí)際特點(diǎn)以及洞內(nèi)施工設(shè)備影響，確定本工程通風(fēng)方式為壓入式通風(fēng)。確定使用西安交大工程中心生產(chǎn)的SDDYⅡ12.5A通風(fēng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速980/1480r/min；功率2×110kW；風(fēng)量1167~1500/1750~2250m3/min；全壓1950~2650/4300~6000Pa；全壓效率≥84%。前期每個(gè)洞設(shè)置一臺(tái)風(fēng)機(jī)，后期施工通風(fēng)不能滿足要求時(shí)，每洞增設(shè)一套通風(fēng)設(shè)備。其中，對(duì)于強(qiáng)力風(fēng)筒的選擇結(jié)合了施工條件，確定使用煤炭科學(xué)研究總院重慶分院生產(chǎn)的煤礦用正壓強(qiáng)力風(fēng)筒。其技術(shù)指標(biāo)為：耐內(nèi)壓≥6100；膨脹率≤3%；百米風(fēng)阻≤6.2N•s2•m8；百米漏風(fēng)率≤1%。該強(qiáng)力風(fēng)筒具有抗靜電以及電阻燃等特征，可滿足本瓦斯隧道通風(fēng)要求。在行人橫洞及行車橫洞施工中，臨時(shí)通風(fēng)聯(lián)絡(luò)隧道中左、右洞的行人橫洞（開挖斷面30m2）及行車橫洞(開挖斷面40m2）長度為50m，施工通風(fēng)最小風(fēng)速按0.3m/s，則按照規(guī)范開挖行人橫洞及行車橫洞所需要的風(fēng)量大小分別是540m3/min、720m3/min。確定使用西安交大工程中心生產(chǎn)的SDDY11.0型風(fēng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速1480r/min；功率2×55kW；風(fēng)量867~1200m3/min；全壓3700~5400Pa；全壓效率≥82%。

3風(fēng)量計(jì)算

（1）按照洞內(nèi)最小允許風(fēng)速計(jì)算Q風(fēng)=60SV=60×143.43m2×0.3m/s=2582m3/min。式中：S為隧道最大斷面（m2）；V是最小允許風(fēng)速取值0.3（m/s）；（2）按洞內(nèi)同一時(shí)間最多人數(shù)計(jì)算：Q人=4KN=4×1.25×50=250m3/min。式中：K備用系數(shù)；N為洞內(nèi)同一時(shí)間最多人數(shù)（按照規(guī)范取值4）；（3）按瓦斯涌出量計(jì)算：Q瓦=100*qCH4/(Bg-Bg0)=100×10/(0.5-0)=2000m3/min。式中：Q瓦是瓦斯涌出量計(jì)算所需風(fēng)量，m3/min；qCH4-實(shí)際瓦斯涌出量，根據(jù)本隧道地勘及設(shè)計(jì)資料，考慮取10m3/min；Bg允工作面允許瓦斯?jié)舛?取0.5%；Bg送送入風(fēng)中瓦斯?jié)舛?取0。（4）按稀釋和排炮煙所需風(fēng)量計(jì)算:Q炮=7.8[A（SL）2]1/3/t=7.8×[120×(80×1840)2)]1/3/40=2681m3/min。式中:Q炮按稀釋和排炮煙計(jì)算所需風(fēng)量，m3/min；A是該洞體一次爆破所用最大裝藥量（取120kg）S隧道斷面最大按143.34m2，L為隧道洞體內(nèi)的最大所需通風(fēng)距離（取值為1840m），t放炮后通風(fēng)時(shí)間取40min。（5）按同時(shí)起爆炸藥量計(jì)算Q=5Ab/t=5×120×40÷30=800m3/min。式中：Q為爆炸藥量計(jì)算所需風(fēng)量，m3/min；b代表每稀釋1kg炸藥起爆時(shí)產(chǎn)生的有害氣體CO所用的通風(fēng)量，（m3/min）。依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范經(jīng)過計(jì)算后，通風(fēng)量應(yīng)為以上計(jì)算值中的最大值，即2681m3/min。

4對(duì)通風(fēng)方案的具體實(shí)施

本次通風(fēng)風(fēng)機(jī)安設(shè)在隧道開挖的主洞內(nèi)，距離橫洞開口位置至少20m的新鮮風(fēng)流處（橫洞開口前方），風(fēng)筒距橫洞掌子面距離不超過5m。在隧道洞體內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)區(qū)域布設(shè)相應(yīng)的瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱惋L(fēng)機(jī)開停傳感器，并實(shí)現(xiàn)“瓦電閉鎖、風(fēng)電閉鎖”，即當(dāng)橫洞風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%時(shí)，能自動(dòng)切斷橫洞施工風(fēng)機(jī)以及橫洞內(nèi)所有非本質(zhì)安全型機(jī)電設(shè)備的電源。當(dāng)隧道主洞風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能自動(dòng)關(guān)閉橫洞施工風(fēng)機(jī)以及橫洞內(nèi)任意機(jī)械設(shè)備電源。因?yàn)橥咚沟拿芏缺瓤諝獾拿芏刃。虼送咚箷?huì)在部分區(qū)域形成聚集。隧道開挖過程中出現(xiàn)塌方以及掉頂，容易導(dǎo)致瓦斯氣體的聚集，因此當(dāng)發(fā)生塌方以及掉頂時(shí)，應(yīng)提升事發(fā)點(diǎn)的通風(fēng)能力，避免瓦斯聚集產(chǎn)生危險(xiǎn)。針對(duì)這一問題，本次施工過程中在瓦斯容易聚集的位置設(shè)置局扇風(fēng)機(jī)通風(fēng)根據(jù)實(shí)際情況選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)及數(shù)量，擬在隧道配備SDDY-16.0型5臺(tái)，SDDY-17.1型3臺(tái),普通局扇采用SDDY-16.0型通風(fēng)設(shè)備臺(tái)，特殊的探腔等根據(jù)實(shí)際情況制定專項(xiàng)排放方案。

5施工通風(fēng)效果檢驗(yàn)

在隧道開挖施工過程中需設(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)洞內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)量進(jìn)行測試。其中，主要借助1.3m畢托管、U型壓力機(jī)來對(duì)洞內(nèi)的靜壓值進(jìn)行檢測，利用DGM-9補(bǔ)償微壓計(jì)檢測洞內(nèi)的風(fēng)動(dòng)壓值大小，利用電子風(fēng)速儀測量通風(fēng)量，此外，數(shù)字式溫度計(jì)用來測量洞內(nèi)的氣溫，干濕球檢測巷道的濕度，P-5粉塵儀檢測洞內(nèi)單位時(shí)間的粉塵動(dòng)態(tài)變化，遠(yuǎn)紅外線CO測試儀檢測洞內(nèi)測點(diǎn)CO濃度變化情況。當(dāng)隧道內(nèi)的第一個(gè)橫通道通暢后，就可以開始轉(zhuǎn)換相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)施，即采用全負(fù)壓巷道通風(fēng)手段進(jìn)行持續(xù)通風(fēng)，之后將正洞掌子面壓入式通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)至洞內(nèi)，把平行導(dǎo)坑掌子面壓入式通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)至正洞。其中，在平道洞口處設(shè)立風(fēng)門，并布設(shè)抽出式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。正洞與平導(dǎo)壓入式通風(fēng)機(jī)和掌子面相距較近，經(jīng)檢測通風(fēng)效果較好，風(fēng)速可達(dá)0.15mps，其中平行導(dǎo)坑掌子面的風(fēng)速經(jīng)監(jiān)測大約為1mps，平行導(dǎo)坑回流處的通風(fēng)速度能夠達(dá)到4mps。此外，在施工過程中經(jīng)測量平行導(dǎo)坑抽出式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量值遠(yuǎn)大于正洞與平導(dǎo)壓入式通風(fēng)機(jī)兩者風(fēng)量的和，故本次通風(fēng)方案設(shè)計(jì)滿足實(shí)際要求。

6結(jié)束語

本隧道工程已完工，經(jīng)實(shí)踐證明，本次瓦斯隧道所應(yīng)用的通風(fēng)方案效果較好。本文通過對(duì)通風(fēng)量的計(jì)算并結(jié)合工程特點(diǎn)進(jìn)行分階段通風(fēng)，把洞外壓入式、洞內(nèi)抽出式以及全負(fù)壓巷道通風(fēng)形式相結(jié)合，經(jīng)后期檢測該通風(fēng)方案通風(fēng)量大，瓦斯稀釋較快，所需的排煙時(shí)間較短，，滿足工程要求，保證了工程開挖過程中良好的人員工作環(huán)境。

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作者:譚蓬勇 單位:中鐵二局四公司