摘要：文章從大風(fēng)埡口特長(cháng)隧道的施工組織出發(fā)，論述了其在施工過(guò)程中通風(fēng)、散煙系統的設計及運行期間的動(dòng)態(tài)管理。

　　前言

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

　　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(gè)施工單位從隧道兩端同時(shí)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(shí)，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輪式裝載機和東風(fēng)自卸車(chē)；下部出碴采用挖機和東風(fēng)自卸車(chē)進(jìn)行。初期支護采取濕噴機濕噴鋼纖維混凝土；二襯邊頂拱混凝土采用整體鋼模澆筑。受上述施工方法、施工設備、爆破等綜合因素的影響，隨著(zhù)施工的進(jìn)行、洞身加深，隧道內的污染氣不能及時(shí)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。

　　按國家衛生標準規定，隧道施工期間，洞內空氣質(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/m³，洞內人均每分鐘必須供給不得少于3m³、內燃機每千瓦不得少于3m³的新鮮空氣，洞內不得小于0.15m/s的風(fēng)速等。

　　2.通風(fēng)系統的技術(shù)方案

　　2.1系統布置方案一：壓入風(fēng)營(yíng)供風(fēng)施工橫洞貫通以前，在自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足施工要求時(shí)，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)機的性能和洞內外氣象環(huán)境因素的差異，經(jīng)過(guò)運營(yíng)試驗總結：如果在選定風(fēng)機的條件下，洞內氣溫高于洞外時(shí)，越有利于廢氣排出，所以在具體施工過(guò)程中我們建議應根據不同地區不同季節適時(shí)組織施工。

　　方案二：巷道式混合通風(fēng)隨著(zhù)洞身的延伸，壓入式供風(fēng)的效果將越來(lái)越弱，如果按以往方案采取串連風(fēng)機進(jìn)行接力供風(fēng)的措施，不僅要求重新投入一倍的風(fēng)機，而且運營(yíng)成本也必定成倍增長(cháng)，供風(fēng)效果也由于廢氣充滿(mǎn)整條隧道而必然導致串連風(fēng)機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(xiàn)橫洞口架設了抽往上行線(xiàn)的風(fēng)機措施，根據空氣動(dòng)力學(xué)原理，那么在上行線(xiàn)橫洞口附近必然形成一個(gè)高壓區，實(shí)踐證明其阻礙了上行線(xiàn)洞內廢氣的排出效果，于是在具體實(shí)踐中采取在上行線(xiàn)行右增加5.5kw的小型抽風(fēng)機進(jìn)行調節，終運行結果證明，該方案是可行的，效果很好。

　　抽風(fēng)機安裝位置的選擇是洞內排風(fēng)效果的關(guān)鍵，按流體力學(xué)原理，如果采取封堵上行線(xiàn)洞口并在此按裝抽風(fēng)機的方法，那么上、下行線(xiàn)內的氣體也就自動(dòng)形成一個(gè)形似連通器的空間流動(dòng)體，更有利于空氣的流動(dòng)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(chē)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(shí)抽出的廢氣仍經(jīng)隧洞排出。

　　根據空氣動(dòng)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，根據大風(fēng)埡口隧道風(fēng)管式通風(fēng)系統的布置，壓入氣流僅受到風(fēng)管內摩擦阻力、局部阻力的影響；只在隧道自然排風(fēng)的過(guò)程中受到二襯施工鋼模的影響，但由于洞內空氣流動(dòng)的速度較低，通過(guò)正面阻力計算可知，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，所用風(fēng)管的摩擦阻力系數取0.0013；

　　L為風(fēng)管長(cháng)度，根據隧道可能安裝的最長(cháng)風(fēng)管長(cháng)度計算L取500米；

　　U為風(fēng)管周長(cháng)；

　　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，在此取最大可能的風(fēng)阻系數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)計算，在直徑1米的風(fēng)管內的流量為19.5m/s；在直徑1.2米的風(fēng)管內的流量為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）

　　所以根據洞內風(fēng)管布置可能產(chǎn)生的風(fēng)阻計算得；

　　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)設備的選擇

　�。�1）風(fēng)機的選擇根據上述計算風(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，該風(fēng)機性能為：風(fēng)量63000m³/h、全壓2400pa、電機功率55kw、機械噪聲85dB（LA），優(yōu)于相似性能的88-1型隧道對旋式軸流風(fēng)機。

　�。�2）風(fēng)管的選擇從上述計算過(guò)程可以看出：供風(fēng)效果不僅只與風(fēng)機有關(guān)，風(fēng)管的漏風(fēng)、風(fēng)阻系數及其直徑、材質(zhì)等均是影響供風(fēng)效果的關(guān)鍵因素。按照經(jīng)濟、高效的原則，經(jīng)運行對比試驗，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)濟合理而且供風(fēng)效果良好。

　　3.系統運行管理

　　3.1機械選型上述計算及實(shí)踐可知：影響洞內空氣質(zhì)量及通風(fēng)效果的關(guān)鍵因素是施工機械內燃機產(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，嚴重危害施工人員的健康。根據對汽車(chē)尾氣的研究，汽油車(chē)與柴油車(chē)的CO發(fā)生量，大型柴油車(chē)僅為汽油車(chē)的110 ∽ -1100 ，但它排出的其它有害氣體卻為汽油車(chē)的3倍以上，而且伴有濃煙。無(wú)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�。菏褂觅|(zhì)量較高的高標號燃油；汽車(chē)安裝空氣濾毒環(huán)保裝置；改善洞內路面交通環(huán)境，維護路面平整；加強車(chē)輛維護與保養，嚴禁超載；嚴格車(chē)輛管理，堅決杜絕廢舊車(chē)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(dòng)力的經(jīng)濟環(huán)保型車(chē)輛進(jìn)行出碴。

　　3.2空氣質(zhì)量檢測空氣質(zhì)量的適時(shí)監測，繪制空氣質(zhì)量與洞內施工情況和風(fēng)機運行時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)，為通風(fēng)設備的選擇、系統的布置、施工組織及系統運行提供指導，減少系統運行的盲目性，降低系統運行成本。

　　3.3風(fēng)機的安裝、維護與保養。

　　物理學(xué)告狀我們：同類(lèi)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��；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燃機排放的熱空氣和炸藥釋放炮煙，所以在風(fēng)機的安裝位置上，根據風(fēng)機作用：抽風(fēng)機是以抽出廢氣為主，盡量按裝在隧道的中上部；壓風(fēng)機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)機風(fēng)口不受阻塞且范圍開(kāi)闊。指定專(zhuān)業(yè)人員負責風(fēng)機的維護與保養，從某種意義上講不只是提高風(fēng)機的運行效果，維持風(fēng)機性能，延長(cháng)風(fēng)機的使用壽命，而且也間接降低了系統的運行成本。

　　3.4風(fēng)管的安裝、防護與檢查。

　　風(fēng)管的安裝質(zhì)量和防護措施直接影響洞內通風(fēng)質(zhì)量與通風(fēng)成本，指定專(zhuān)人負責風(fēng)管的安裝、維護，在受施工影響較頻繁的區段，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(dòng)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(shí)，采取首先關(guān)閉風(fēng)機后放炮的防護措施；風(fēng)管穿過(guò)二襯鋼模臺車(chē)的方法采取預先在鋼模臺車(chē)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(chē)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(xiàn)同時(shí)出碴增廢氣排出負擔。

　　4.結束語(yǔ)

　　通過(guò)大風(fēng)埡口特長(cháng)隧道通風(fēng)系統的運行結果，通風(fēng)系統的設計不僅與施工措施有關(guān)，施工設備是影響空氣質(zhì)量的關(guān)鍵，空氣質(zhì)量的監測可減少系統設計、運行管理的盲目性；系統的后期維護也是提高系統的運行效果、降低系統運行成本的有效措施。

　　參考文獻

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