摘要：浦梅铁路莲花山隧道位于三明市建宁县与宁化县交界，隧道全长10497米，设置两座斜井。施工通风是隧道施工的重要工序之一，是大隧道安全施工的关键。合理的通风系统、理想的通风效果是实现隧道快速施工、保障施工安全和施工人员身心健康的重要保证。通过对莲花山隧道的斜井工区的通风设计进行总结，采取的技术措施具有较好的借鉴。
关键词：莲花山隧道；斜井；通风
1、工程概况
莲花山隧道为单线隧道，位于福建省建宁县均口镇与宁化水茜乡交界，北起均口镇隆下村，终至水茜乡黄沙潭村，起讫里程为DK263+043～DK273+540，隧道呈北北东方向展布，总长10497m，最大埋深约380m。其中莲花山隧道1号斜井工区承担1号斜井708m、正洞DK264+180～DK265+600段1420m和正洞DK265+600～DK268+058段2458m的隧道施工任务。
2、隧道环境施工标准
隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：
⑴空气中氧气含量，按体积计不得小于20%。
⑵粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg。每立方米空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg。
⑶有害气体最高容许浓度：
①一氧化碳最高容许浓度为30mg/m³，在特殊情况下，施工人员必须进入开挖工作面时，浓度可为100mg/m³，但工作时间不得大于30min。
②二氧化碳按体积计不得大于0.5%。
③氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m³以下。
⑷隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人应供应新鲜空气3m³/min，采用内燃机械作业时，供风量不应小于3m³/（min•kw）。
3、通风设计的原则及方式
3.1通风原则
3.1.1通风系统
隧道掘进工作面都必须采用独立通风，严禁任何两个工作面之间串连通风。隧道施工中，对集聚的空间和衬砌模板台车附近区域，可采用空气引射器气动风机等设备，实施局部通风的办法。隧道在施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停机时，必须撤出人员，切断电源。
3.1.2通风设备
⑴压入式通风机必须装设在洞外或洞内新风流中，避免污风循环。通风机应设两路电源，并装设风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路应在15min内接通，保证风机正常运转。
⑵必须有一套同等性能的备用通风机，并经常保持良好的使用状态。
⑶隧道掘进工作面附近的局部通风机，均应实行专用变压器、专用开关、专用线路及风电闭锁供电。
⑷隧道应采用高静电、阻燃的风管。风管口到开挖面的距离应小于5m，风管百米漏风率应不大于2%。
3.2通风方式
根据隧道施工方法及施工条件，莲花山隧道1号斜井工区采用独头压入式通风方式。压入式通风是在洞门安装主风机将新鲜空气压入，新鲜空气由正洞流入，将洞内正洞的污浊空气挤出洞内，形成循环风流。
根据莲花山隧道1号斜井工区的施工任务，施工通风分两个阶段。第一阶段：1号斜井施工阶段；第二阶段：1号斜井工区分别往大小里程施工阶段。两阶段通风方式详见图3-1～3-４。
图3-1 第一阶段通风平面示意图
图3-2 第一阶段通风立面示意图
图3-3 第二阶段通风平面示意图
图3-4 第二阶段通风立面示意图
4、通风计算
4.1风量计算
根据隧道施工相关规范要求，风量计算主要从四个方面予以考虑，即按洞内最多工作人员数所需的新的空气、按在规定时间内，稀释一次性爆破使用最多炸药所产生的有害气体到允许的浓度、根据不同的施工方法，按隧道内规定的最小风速、当隧道内采用内燃机械施工时，按内燃设备的总功率，分别计算风量Q人、Q烟、Q风、Q内；通过上述计算，取Qmax=Max（Q人，Q烟，Q风，Q内），再考虑风管的损失率（百米漏风率β），即确定洞内所需的总供风量Q机，从而确定风机的功率和风管的直径。
4.1.1斜井工作面风量计算
⑴计算参数的确定
①一次开挖断面：S=55m²（全断面）。
②一次爆破耗药量：G=231kg（循环进尺3.5m，单位炸药用量1.2kg/m3，一次爆破炸药用量G=55×3.5×1.2=231kg）。
③通风距离：L=710m。
④洞内最多作业人数：m=50人。
⑤爆破后通风排烟时间：t≤30min。
⑥通风管直径：ψ=1500mm。
⑦管道百米漏风率：β=1.5%。
⑵风量计算
①按洞内最多工作人员数所需的新鲜空气，计算：
Q人=q×k×m=187.5m3/min
式中：q——每人需供应新鲜空气3m3/min；
k——风量备用系数，一般取1.15～1.25，按1.25取值；
m——同一时间内洞内工作最多人数。
②按全断面开挖，30min内稀释一次性爆破使用最多炸药量所产生的有害气体到允许的浓度，计算：
Q烟=V1×[1-（k×V1/V2）1/t]=336.6m3/min
式中：V1——一次爆破产生的炮烟体积V1=S×Ls=3366m³；
S——开挖断面面积；
Ls——炮烟抛掷长度，按经验公式Ls=15+G/5=61.2m；
V2——一次爆破产生的有害气体体积V2=a×G=9.24m³；
a——单位重炸药爆破产生的有害气体换算成CO的体积，40L/kg；
k——CO允许浓度，取100ppm，换算为1×10-4m³；
t——通风时间，取30min。
③按洞内允许最低风速，计算：
Q风=S×V×60=495m3/min
式中：S——开挖断面面积；
V——洞内允许最小风速，隧规规定全断面开挖时取值0.15m/s；
60——min和s换算常数。
④按稀释内燃机废气计算风量：
考虑在洞内同时有1台ZL50D型装载机（功率158kw）和2辆T815自卸车（功率210kw）作业，总功率578kw，取机械设备的平均利用率为70%，按隧规1kw需供风量不小于3m3/min，算得：
Q内=578×0.7×3=1214m3/min
工作面风量取Qmax=Max（Q人，Q烟，Q风，Q内）=1214m3/min
对于长大隧道，管道的漏风现象造成入口处与出口处的风量差别很大，按百米漏风率（取β=1.5%），计算洞口风机风量：
Q机=Qmax/（1-β）L/100=1349m3/min
⑶风压计算
通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h＞h阻，按下式计算：
管道风阻：
Rf=6.5αL/d5=1.21N•s²/m³
式中：α——风管摩擦阻力系数，取α=2×10-3kg/m³
L——风管长度，取710m；
d——风管直径1.5m。
管道风量：风机风量与工作面风量的几何平均值
Q=
=1279.72m3/min
沿程阻力损失：
h沿=RfQ2=550.44pa
局部阻力损失：
h局=∑εQ2局/d4=143.77pa
管道入口ε=0.6，管道出口ε=1.0，d=1.5m，Q局取风机风量与工作面风量的几何平均值Q
h阻=∑h沿+∑h局=550.44+143.77=694.21pa
通风机设计全压需满足H全≥h阻。
4.1.2正洞大里程工作面风量计算
⑴计算参数的确定
①一次开挖断面：S=65m²（全断面）。
②一次爆破耗药量：G=273kg（循环进尺3.5m）。
③通风距离：L=2460+710m。
④洞内最多作业人数：m=50人。
⑤爆破后通风排烟时间：t≤30min。
⑥通风管直径：ψ=1500mm。
⑦管道百米漏风率：β=1.5%。
⑵风量计算
计算过程同4.1.1。
Q人=q×k×m=187.5m3/min
Q烟=V1×[1-（k×V1/V2）1/t]=452.4m3/min
Q风=S×V×60=585m3/min
Q内=578×0.7×3=1214m3/min
Qmax=Max（Q人，Q烟，Q风，Q内）=1214m3/min
Q机=Qmax/（1-β）L/100=1960.15m3/min
⑶风压计算
计算过程同4.1.1。
Rf=6.5αL/d5=5.43N•s²/m³
Q=
=1542.6m3/min
h沿=RfQ2=3589.25pa
h局=∑εQ2局/d4=221.96pa
h阻=∑h沿+∑h局=3811.21pa
通风机设计全压需满足H≥h阻。
4.2通风设备选择及配置
根据前面的计算，正洞小里程侧风机选型参照大里程侧计算结果，隧道斜井工区选用YSDD-NO12.5型对旋风机2台，在正洞与斜井交叉口设置1台射流风机对正洞排烟进行导流。通风管采用直径φ1.5m的拉链式软风管，单根风管设置两道纵向挂点，间距1m，减少未通风时风管的下垂高度。通风设备具体参数详见表4-1。
表4-1 通风设备参数表
5、施工通风及气体监测
5.1主要检测对象
隧道应该定期对风速、风量、CO浓度、NO2浓度、H2S浓度、SO2浓度、CH4浓度等各项指标进行检测。以上述各项指标为基准，决定各项施工工序的合理性。如果某项指标超标，应理顺环境保护与隧道施工的关系，重视其环境危害，积极主动采用合理措施，使其危害降到最低限度。
5.2监测频率
⑴每3～7天监测一次。
⑵开挖超过300m时开始监测。
⑶施工中造成地质、有害气体种类、浓度变化的作业，必须监测。如：开挖、爆破后地质发生变化后，垃圾、污物堆埋场附近开挖前后，超前地质钻孔时，复工前等。
⑷施工中发现瓦斯时，应24小时连续监测。
6、总结
合理的通风系统、理想的通风效果是实现长大隧道快速施工，施工人员身心健康及施工安全的重要保证。目前莲花山隧道1号斜井工区小里程方向已经与进口工区贯通，大里程方向累计开挖了1800m，通风总长已经超过2000m；目前掌子面开挖爆破后，通风30分钟后基本达到施工环境标准，确保了良好的施工作业环境，有效地解决了斜井通风的难题，为莲花山隧道斜井工区高效优质完成了施工任务提供了良好的环境保障，为类似隧道工程施工提供了较好借鉴经验。
作者简介
朱宇,男，1985年6月-，大连市普兰店区人，2009年本科毕业于大连交通大学，职称为工程师，主要研究方向是道路桥梁，在中铁十七局从事管理工作。
论文作者:朱宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
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