小断面长隧洞高效通风排烟技术探讨

陈建钧

50023319860416**** 重庆渝北 401120

随着基础设施的建设隧道工程数量的日益增加，特别是水利水电工程的小型隧洞通风尤为困难，如何高效对隧洞内的有害气体与粉尘进行处理，并将新鲜的空气送入掌子面是本文的重要内容。结合本人实践的情况对其进行探讨，目前在隧洞施工通风中大部分采取的是管道压入式通风，因断面大可采用多台风机同时供给，供给风量特别大，满足洞内施工用风要求，但介于小断面受运输车辆、装运设备高度限制，留给供风排烟的管路的空间非常狭小。尤其是对于小、长的隧洞施工而言高效的隧洞通风技术是保障施工作业人员的生命线，也是提高生产效率的重要手段，因此需要结合具体的地质特点制定科学的通风施工技术。

1、小断面长隧洞通风施工的特点

因设计及经济性不需要特别大断面，因此小断面长隧洞特点的隧道工程日益增多，小断面长隧洞是指断面面积小于3~10m2，独头开挖长度在1000m以上的隧洞内进行施工的，隧道具有开口小、隧道长的特点，空气量随着隧道长度的增加而不断减少，隧洞通风提出新的挑战和研究。结合实践工作经验主要有几个难点，一是施工难度大，小断面受工期、机器、技术等的制约和限制，操作面的工序多，干扰大。例如，既要有钻孔，又要考虑爆破，还要同时考虑运出渣石，清理工作面等。因受工作面的限制，无法把许多技术程度高、机械化程度高的设备，运进隧洞作业，无疑会降低了施工效率和速度。例如多臂钻、装载机和运渣汽车等，都无法进洞工作。二是长距离隧洞条件下的通风。除了断面小不利于施工之外，隧洞距离长也增加通风难度，影响施工质量、效果和速度，长隧洞小则几百米，长则几千米，在这样的条件下施工，会带来一系列的困难，例如供电、采光、通风、排水、排烟和出渣等。特别是在爆破之后，烟尘多，如通风不良，会导致烟尘久久不散，严重影响施工，也会带来突出的安全问题。所以，基于断面小、隧洞长等客观因素，所产生的施工通风技术难点，就显得比较突出。要高速度、高质量、安全地做好隧洞施工，就必须认真解决施工通风技术问题。

2、小断面长隧洞通风施工方案的选择

2.1 开挖方案综述

在小断面长隧洞进行开挖施工前需要严格按照工程施工规范要求做好系列的准备工作。

1. 开挖方式，操作面用什么样的开挖方式，适于使用什么样的通风技术；

2. 装运废渣，如何才能更快更好地运走废渣，而使烟尘尽量减少；

3. 炸药使用，考虑爆破烟尘怎样才能最快排除；

4. 通风机械，优选质量好、工效高的机械；

5. 降水除尘，辅助通风，缩短除尘时间；

6. 个人防护，尽量提高防护效果，保证施工安全。

这六大方面，构成了通风除尘技术方案选择和实施，必须优先考虑的问题。这几个方面都考虑好了，才能较快地将隧洞内的粉尘和有害气体排出去，或稀释到基本的安全程度，以保证施工安全。通过对上述的综合考虑后再进行统计数据进行计算，并且根据施工要求对爆破参数进行调整与优化，以此达到理想的爆破效果。

2.2 施工风路选择

长隧洞通风施工效果很大程度上取决于施工通风的风路，根据研究由于隧洞施工长度的增加，送风的时间也会增加，进而严重影响到施工的进度，而在隧洞长度、送风量以及地质情况相同的情况下，完善的送风风路可以大大提高送风的时间效果，提高施工进度，因此在通风施工中需要优化通风的路径。首先要尽可能降低人为弯曲的通风路径，提高风路的直径性。其次要最大程度利用隧洞地形特点，通过自然风传入的方式提高隧洞内的通风量；也可在浅薄段开天窗方式进行通风。例如，在隧道施工中，施工企业要尽可能降低隧洞内设备的摆放数量，合理规划管路尽最大可能增加风筒断面面积，以此扩大空间，提高自然风流通效率。最后，在通风施工中也要加强散水作业，结合水蒸气蒸发原理，通过散水作业产生自然风。

2.3 通风方案的选择

根据规范要求：①洞内氧气含量按体积计不低于20%，洞内温度不宜高于28℃。②有害气体浓度，一氧化碳（CO）一般情况下不大于30mg/m3，特殊情况下施工人员进入工作面时可为100mg/m3，但工作时间不得超过30min；二氧化碳（CO2）按照体积计不得大于0.5%；氮氧化合物（换算成NO2）质量浓度不得超过5mg/m3。③粉尘浓度，含10%以上游离二氧化硅（SiO2）的粉尘，每立方米空气中不得大于2mg；含游离二氧化硅在10%以下时，每立方米 空气中不得大于10mg，含10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘，每立方米空气中不得大于6mg。④每人每分供应新鲜空气不应少于3m3，柴油设备1kw/min需要新鲜空气不小于4m3。

仅依靠自然风是满足不了施工要求的，因此在施工中需要采用风机进行送风，送风方式主要有压入式通风、抽排式通风、送排结合式通风，为保证高效通风效果，本文采用送排结合式通风，根据炸药量计算出抛洒岩块距离做为安全距离，再安全距离处设可移动式抽排式风机，爆破后静置5分钟待大颗粒落地后，由洞外远程操作将可移动式风机尽可能移向掌子面，还未扩散开来的粉尘和气体因空间小，被快速抽离掌子面，数分钟后就将隧洞内粉尘及有害气体抽离至洞外，不同断面根据空间大小计算抽出时间；在前工程案例中断面为5m

²隧洞经过试验确定在短短10分钟内，可将有害气体浓度下降80%；抽出大量有害气体后，再通过压入式循环送入新鲜空气，因大量有害气体被抽出，计算通风时长及相关参数可通过试验进行数据修正，并可提高作业效益，该方式的精准控制也需作业人员加强准备，做到有序不乱的进行。

风量计算时，巷道通风长度应取炮烟稀释安全长度。在通风过程中，必须要有一定的风压，克服风流沿途所受阻力，保证将所需风量送到洞内和抽出洞外，并达到规定的风速。因此风压计算的目的就是要确定通风机本身应具备多大的通风压力才能满足风量要求。

根据计算的通风量和通风机的风压，选用合适型号的通风机。选择通风机时，在考虑技术可行性的基础上，还要考虑经济的合理性,还要考虑随着隧洞深度增加，仅仅一个通风机就显得不够的,在计算时应考虑多级供风。

根据对风量需求的计算，在长隧洞内送风采取风筒式通风方式，此种方式具有设备简单、布置灵活的特点，可以随时根据送风量的大小进行装卸。抽出风管采用刚性风管，采取的是PVC材质的风管，该风管内壁光滑风阻系数小，使用寿命长等优点。

2.4 通风和水幕的组合

将通风机根据现场的实际情况进行合理布置，同时要注意确保其他工序的正常施工。随着隧洞工作面的延伸，通风除尘难度加大，需要增加通风机，加大风量，必要时更换除尘风筒，这样才能保证和维持良好的通风除尘效果。特别是把通风除尘和水幕除尘结合起来，除尘效果大幅度提高，能既快又好地达到除尘目标。加强维护、防止漏风、高效除尘，均是为提高施工效率服务的，因此通风除尘必须由专人负责，并建立严格的管理制度。

3 小断面长隧洞通风施工的效果

3.1 提高了洞内空气质量，确保工人的身体健康

应用该技术，在隧洞开挖至1500m后，只需通风25分钟，洞内的粉尘浓度就能降低到安全浓度标准，洞内空气质量在较短时间内得到改善，为监理、设计和业主等人员进洞察看提供了良好的环境。在进行洞内测量工作时，烟尘浓度大，粉尘的折射和反射使得测量成果质量下降，重复多次测量，仍存在误差，无法达到测量要求。在停止洞挖，长时间通风后，才能使洞内空气质量达到测量要求，严重影响了施工进度。应用通风除尘技术后，测量人员在通风半小时后就能进行施工作业。

3.2 有效地保障了施工人员的生命安全

隧洞施工会产生大量的有害气体等，尤其是在钻孔作业中会产生大量的粉尘，而且在隧洞出渣时，烟尘浓度大，能见度下降，导致机械出渣时效率降低，且容易发生安全事故。同时，长时间地在这种环境下进行作业，对施工人员的身体健康危害极大。使用该通风除尘技术后，改善了洞内施工环境，保证了出渣人员的人身安全和身体健康。

3.3 有效降低了施工成本，实现了可持续发展的施工要求

通风施工技术能够降低施工污染，这样会提高施工进度，为施工企业节省大量的资金。