摘要：文章從大風(fēng)埡口特長隧道的施工組織出發(fā)，論述了其在施工過程中通風(fēng)、散煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行期間的動態(tài)管理。

　　前言

　　已云南元磨高速公路特長隧道為例，討論隧道施工中通風(fēng)、散煙系統(tǒng)布設(shè)、效果。該特長隧道采用上下行分離的雙洞單向雙車道設(shè)計(jì)，上、下行線分別為3373米和3344米；單洞總長6727m.上下行線隧道兩端中線間距分別為52米和44米。隧道凈寬9.75米，有效凈高5m.為滿足該隧道建筑界限和通風(fēng)照明、交通監(jiān)控、通訊消防等設(shè)施需要，隧道設(shè)計(jì)凈跨為10.9m，凈高為7.2m的半圓拱曲墻斷面。為滿足災(zāi)害救援要求，上下行線間設(shè)置5個緊急停車帶與相應(yīng)5條行車橫洞。隧道縱向呈中高兩低的人字形布局，上、下行線最大埋深分別為309米和331米。該工程已經(jīng)經(jīng)云南省交通廳驗(yàn)收，工程質(zhì)量優(yōu)良，2003年12月28日通車。

　　1.施工方法和隧道通風(fēng)要求

　　為確保隧道的施工進(jìn)度和安全，兩個施工單位從隧道兩端同時對向掘進(jìn)，掘進(jìn)方法基本按上、下分布進(jìn)行。特殊地質(zhì)地段采用六步流水作業(yè)法或短臺階七步流水作業(yè)法。在下部施工時，為保證上部施工不受影響，采取左右交替施工的手段。掘進(jìn)采用人工手風(fēng)鉆鉆孔，適量裝藥爆破。上部出碴采用CAT966F輪式裝載機(jī)和東風(fēng)自卸車；下部出碴采用挖機(jī)和東風(fēng)自卸車進(jìn)行。初期支護(hù)采取濕噴機(jī)濕噴鋼纖維混凝土；二襯邊頂拱混凝土采用整體鋼模澆筑。受上述施工方法、施工設(shè)備、爆破等綜合因素的影響，隨著施工的進(jìn)行、洞身加深，隧道內(nèi)的污染氣不能及時排出，這樣如果濃度逐漸積累，不僅對人體造成危害，而且還將影響安全、進(jìn)度等。

　　按國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，隧道施工期間，洞內(nèi)空氣質(zhì)量：氧氣單位體不得少于20%；氣溫不得高于30℃，有害氣體濃度：CO一般情況不大于30mg/m³；CO₂、甲烷（CH₄）單位體不得大于0.5%；氮氧化物（NO₂）在5～8 mg/m³，洞內(nèi)人均每分鐘必須供給不得少于3m³、內(nèi)燃機(jī)每千瓦不得少于3m³的新鮮空氣，洞內(nèi)不得小于0.15m/s的風(fēng)速等。

　　2.通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)方案

　　2.1系統(tǒng)布置方案一：壓入風(fēng)營供風(fēng)施工橫洞貫通以前，在自然通風(fēng)不能滿足施工要求時，此種方案的不利之處在于廢氣必須經(jīng)全洞排出，而排氣效果主要取決于風(fēng)機(jī)的性能和洞內(nèi)外氣象環(huán)境因素的差異，經(jīng)過運(yùn)營試驗(yàn)總結(jié)：如果在選定風(fēng)機(jī)的條件下，洞內(nèi)氣溫高于洞外時，越有利于廢氣排出，所以在具體施工過程中我們建議應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)不同季節(jié)適時組織施工。

　　方案二：巷道式混合通風(fēng)隨著洞身的延伸，壓入式供風(fēng)的效果將越來越弱，如果按以往方案采取串連風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力供風(fēng)的措施，不僅要求重新投入一倍的風(fēng)機(jī)，而且運(yùn)營成本也必定成倍增長，供風(fēng)效果也由于廢氣充滿整條隧道而必然導(dǎo)致串連風(fēng)機(jī)重新把一部份廢氣送進(jìn)工作面而降低。

　　該方案由于采取在下行線橫洞口架設(shè)了抽往上行線的風(fēng)機(jī)措施，根據(jù)空氣動力學(xué)原理，那么在上行線橫洞口附近必然形成一個高壓區(qū)，實(shí)踐證明其阻礙了上行線洞內(nèi)廢氣的排出效果，于是在具體實(shí)踐中采取在上行線行右增加5.5kw的小型抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，終運(yùn)行結(jié)果證明，該方案是可行的，效果很好。

　　抽風(fēng)機(jī)安裝位置的選擇是洞內(nèi)排風(fēng)效果的關(guān)鍵，按流體力學(xué)原理，如果采取封堵上行線洞口并在此按裝抽風(fēng)機(jī)的方法，那么上、下行線內(nèi)的氣體也就自動形成一個形似連通器的空間流動體，更有利于空氣的流動及污染空氣的排出，但出于施工考慮，在方案上我們采取安裝在緊急停車帶入口的偏中上方的具體措施。此種方案的不利因素仍然在于一部份不能及時抽出的廢氣仍經(jīng)隧洞排出。

　　根據(jù)空氣動力學(xué)理論，氣流所受到的阻力有風(fēng)管或風(fēng)道的摩擦阻力、改變風(fēng)向的局部阻力以及可能發(fā)生的正面障礙物的阻力，根據(jù)大風(fēng)埡口隧道風(fēng)管式通風(fēng)系統(tǒng)的布置，壓入氣流僅受到風(fēng)管內(nèi)摩擦阻力、局部阻力的影響；只在隧道自然排風(fēng)的過程中受到二襯施工鋼模的影響，但由于洞內(nèi)空氣流動的速度較低，通過正面阻力計(jì)算可知，采取在鋼模處按裝排氣扇的方案完全得到解決。

　　H總阻=∑h摩+∑h局h摩=αLUQ2/S3式中：α為摩擦阻力系數(shù)，所用風(fēng)管的摩擦阻力系數(shù)取0.0013；

　　L為風(fēng)管長度，根據(jù)隧道可能安裝的最長風(fēng)管長度計(jì)算L取500米；

　　U為風(fēng)管周長；

　　Q為風(fēng)管流量；

　　S為風(fēng)管的通風(fēng)面積；

　　h局=0.612ζQ2/S2式中： ζ局部風(fēng)阻系數(shù)，在此取最大可能的風(fēng)阻系數(shù)0.175；其它符號同前。

　　從上式可知：h摩的大小與風(fēng)管流量的平方成正比、與風(fēng)管面積的立方成反比，h局的大小與風(fēng)管流量的平方成正比、與風(fēng)管面積的平方成反比，因此我們分別選取直徑1米與1.2米的風(fēng)管進(jìn)行分析比較。

　　Q按最大供風(fēng)量55080m³/h的供風(fēng)計(jì)算，在直徑1米的風(fēng)管內(nèi)的流量為19.5m/s；在直徑1.2米的風(fēng)管內(nèi)的流量為13.5m/s；

　　S：直徑1米風(fēng)管的通風(fēng)面積為0.785m²；直徑1.2米風(fēng)管的通風(fēng)面積為1.131m²；

　　經(jīng)計(jì)算：h摩（1米）=0.0013×500×3.14×19.52/0.7853=1260（Pa）

　　h摩（1.2米）=0.0013×500×3.14×1.2×13.52/1.1313=349（Pa）

　　h局（1米）=0.612×0.175×19.52/0.7852=66（Pa）

　　h局（1.2米）=0.612×0.175×13.52/1.1312=15（Pa）

　　所以根據(jù)洞內(nèi)風(fēng)管布置可能產(chǎn)生的風(fēng)阻計(jì)算得；

　　H總阻（1米）=1260+66×2=1392（Pa）

　　H總阻（1.2米）=349+15×2=379（Pa）

　　2.3通風(fēng)設(shè)備的選擇

　�。�1）風(fēng)機(jī)的選擇根據(jù)上述計(jì)算風(fēng)量Q選取最大值55080m³/h，考慮風(fēng)管的漏風(fēng)影響若供風(fēng)距離500米、風(fēng)管直徑1米則風(fēng)管的漏風(fēng)系數(shù)取1.1，Q供≥1.1×55080=60588m³/h，如果風(fēng)管直徑取1米則H壓≥1.1×1392=1531（Pa）； 如果風(fēng)管直徑取1.2米則H壓≥1.1×379=417（Pa）。經(jīng)分析比較，選用TZ-100型隧道子午加速軸流風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)性能為：風(fēng)量63000m³/h、全壓2400pa、電機(jī)功率55kw、機(jī)械噪聲85dB（LA），優(yōu)于相似性能的88-1型隧道對旋式軸流風(fēng)機(jī)。

　　（2）風(fēng)管的選擇從上述計(jì)算過程可以看出：供風(fēng)效果不僅只與風(fēng)機(jī)有關(guān)，風(fēng)管的漏風(fēng)、風(fēng)阻系數(shù)及其直徑、材質(zhì)等均是影響供風(fēng)效果的關(guān)鍵因素。按照經(jīng)濟(jì)、高效的原則，經(jīng)運(yùn)行對比試驗(yàn)，選取直徑1.2米的纖維橡膠風(fēng)管較直徑1米的風(fēng)管的較經(jīng)濟(jì)合理而且供風(fēng)效果良好。

　　3.系統(tǒng)運(yùn)行管理

　　3.1機(jī)械選型上述計(jì)算及實(shí)踐可知：影響洞內(nèi)空氣質(zhì)量及通風(fēng)效果的關(guān)鍵因素是施工機(jī)械內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的廢氣，其主要成份是CO、煤煙、鉛、磷化物、硫化物等有害物質(zhì)組成，嚴(yán)重危害施工人員的健康。根據(jù)對汽車尾氣的研究，汽油車與柴油車的CO發(fā)生量，大型柴油車僅為汽油車的110 ∽ -1100 ，但它排出的其它有害氣體卻為汽油車的3倍以上，而且伴有濃煙。無論是CO還是煙塵、油煙都是對人體極其有害的物質(zhì)，由于煙塵、油煙可以采取：使用質(zhì)量較高的高標(biāo)號燃油；汽車安裝空氣濾毒環(huán)保裝置；改善洞內(nèi)路面交通環(huán)境，維護(hù)路面平整；加強(qiáng)車輛維護(hù)與保養(yǎng)，嚴(yán)禁超載；嚴(yán)格車輛管理，堅(jiān)決杜絕廢舊車輛進(jìn)入工地等有效措施。

　　綜上所述，建議采用性能良好的柴油、液化氣、電力等為能源動力的經(jīng)濟(jì)環(huán)保型車輛進(jìn)行出碴。

　　3.2空氣質(zhì)量檢測空氣質(zhì)量的適時監(jiān)測，繪制空氣質(zhì)量與洞內(nèi)施工情況和風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間關(guān)系曲線，為通風(fēng)設(shè)備的選擇、系統(tǒng)的布置、施工組織及系統(tǒng)運(yùn)行提供指導(dǎo)，減少系統(tǒng)運(yùn)行的盲目性，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

　　3.3風(fēng)機(jī)的安裝、維護(hù)與保養(yǎng)。

　　物理學(xué)告狀我們：同類物質(zhì)由于受熱脹冷縮的影響，溫度低的物質(zhì)密度大、浮力小；相反溫度高的物質(zhì)密度小、浮力大，對于空氣也是如此熱空氣總是在冷空氣的上部。洞廢氣基本上全是內(nèi)燃機(jī)排放的熱空氣和炸藥釋放炮煙，所以在風(fēng)機(jī)的安裝位置上，根據(jù)風(fēng)機(jī)作用：抽風(fēng)機(jī)是以抽出廢氣為主，盡量按裝在隧道的中上部；壓風(fēng)機(jī)以送入低溫的新鮮空氣為主，盡量安裝在隧道的偏下部。但是必須保證風(fēng)機(jī)風(fēng)口不受阻塞且范圍開闊。指定專業(yè)人員負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)，從某種意義上講不只是提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效果，維持風(fēng)機(jī)性能，延長風(fēng)機(jī)的使用壽命，而且也間接降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

　　3.4風(fēng)管的安裝、防護(hù)與檢查。

　　風(fēng)管的安裝質(zhì)量和防護(hù)措施直接影響洞內(nèi)通風(fēng)質(zhì)量與通風(fēng)成本，指定專人負(fù)責(zé)風(fēng)管的安裝、維護(hù)，在受施工影響較頻繁的區(qū)段，風(fēng)管的掉掛首先采取安裝主引鋼絲作為風(fēng)管掉裝的主索，風(fēng)管采用安裝活動掛鉤掉于主引鋼絲上，這樣不僅方便該段風(fēng)管的安裝，而且可有效防止因受外力作用被損壞。在施工放炮時，采取首先關(guān)閉風(fēng)機(jī)后放炮的防護(hù)措施；風(fēng)管穿過二襯鋼模臺車的方法采取預(yù)先在鋼模臺車的合適位置安裝固定金屬風(fēng)管的措施，從而有效防止了因鋼模臺車走對風(fēng)管的影響。

　　3.5合理組織生產(chǎn)合理組織生產(chǎn)，盡可能避免上、下行線同時出碴增廢氣排出負(fù)擔(dān)。

　　4.結(jié)束語

　　通過大風(fēng)埡口特長隧道通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅與施工措施有關(guān)，施工設(shè)備是影響空氣質(zhì)量的關(guān)鍵，空氣質(zhì)量的監(jiān)測可減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理的盲目性；系統(tǒng)的后期維護(hù)也是提高系統(tǒng)的運(yùn)行效果、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的有效措施。

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