射流巷道通风技术在高速公路长大隧道施工中的应用

射流巷道通风技术在高速公路长大隧道施工中的应用

【摘要】本文结合重庆绕城高速公路玉峰山隧道的工程实践，在施工过程中，改压入式通风为射流巷道通风，为相似工程提供借鉴。

【关键词】隧道施工；射流巷道施工；通风

目前的隧道施工基本上采取轴流风机利用软风管送风的压入式通风模式，当隧道较短时采用该种通风模式可以将新鲜空气送到掌子面，使掌子面有一个比较好的作业环境。但隧道较长时，特别是超过1000m时由于通风管路阻力加大，风压不够，管道漏风等原因，会造成通风不畅，污浊空气难以排出洞内，整个隧道被污染，后续作业环境相对较差。因此选取合适的通风方式、加强通风管理，对隧道的施工安全和施工进度有较大的影响。

1、工程简介

玉峰山隧道为重庆绕城高速公路北段的一座特长隧道，隧道全长3710m，为三车道隧道，开挖断面较大，达到170m2，隧道左右洞平行，两洞间距40m，采用钻爆法施工，无轨运输。出口端独头掘进2100m，约每500m设置一个车行横通道，出口端掘进共施工4个车行横通道。两条平行隧道通过横通道联系起来，由于独头掘进较长，施工时综合考虑采用射流巷道通风方式。

2、基本原理

射流巷道通风是在平行施工的两个隧道中（或一条主洞，一条平导），利用射流风机的增压作用，在平行双洞和横通道组成的通道中形成主风流，使新鲜空气从一个隧道通过两台轴流风机分别压入两个隧道工作面，污浊空气在射流风机调节下，通过横通道，从另一个隧道内排出。

3、实施步骤

玉峰山隧道出口端独头掘进2100m，共有4个车行横通道。采用射流巷道通风随着隧道的开挖和隧道车行横通道的贯通，需要分阶段、分步骤实施，具体如下：

3.1洞口段前200m，不需要机械通风，利用自然通风就可以达到较好的空气质量。

3.2隧道掘进200m之后到第一个车行横通道之前，左洞和右洞分别采用压入式通风方式。一台轴流送风机安装在左洞外，通过拉链软风管相连，将新鲜空气送到左洞作业面，稀释污染物，污浊空气从左洞排出洞外。另一台轴流送风机安装在右洞外，通过拉链软风管相连，将新鲜空气送到右洞作业面，稀释污染物，污浊空气从右洞排出洞外，如下图1所示。

3.3当第一个车行横通道贯通后，在左洞内安装一台射流风机，引射方向向洞内，两台轴流送风机均移到左洞内，布置在离横通道50m左右的位置，所连管路不变，一台靠左侧布置，管路一直向前直接为左洞作业面送风；另一台靠右侧布置，管路经横通道进入右洞，管路贴紧右洞左侧挂设，再向前往右洞作业面送风。

3.4当第二个车行横通道贯通后，射流风机的安装位置和引射方向不变，两台送风机在左洞内向前移，布置在离第二个横通道50m左右的位置，所连管路不变，管路一直向前直接为左洞作业面送风；另一台靠右侧布置，管路经横通道进入右洞，管路贴紧右洞左侧挂设，再向前往右洞作业面送风。

3.5当第三个、第四个横通道贯通后，以此类推，射流风机安装位置及引射方向不变，轴流送风机向前移动往两个工作面送风，封闭后面车行横通道，污浊空气从右洞排出，直到隧道贯通，开挖结束。

4、通风计算

隧道施工通风计算主要包括需风量计算、管道漏风计算和通风阻力计算，根据计算结果选取通风设备类型和型号。

4.1隧道施工环境标准

根据我国铁路、厂矿、企业及相关劳动卫生标准的规定，隧道内施工作业段的空气必须符合下列卫生标准：粉尘浓度：国务院颁布的《关于防止厂矿企业中矽尘危害的决定》中规定：每m3空气含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘为2mg，含游离二氧化硅在10%以下的水混粉尘为6mg。氮氧化合物（换算成NO2）浓度：我国矿山安全规程及《铁路隧道施工技术规范》：氮氧化合物不得超过0.00025%，质量浓度不得超过5mg/m3。洞内空气成分（按体积计）：我国矿山安全规程及《铁路隧道施工技术规范》规定：凡有人工作的地点，氧气（O2）的含量不低于20%，二氧化碳（CO2）的含量不得大于0.5%。洞内风量要求：每人每分钟供应新鲜空气不应少于3m3，柴油设备千瓦/分钟需要新鲜空气不小于3m3。

4.2通风设计方法

射流巷道通风需计算入洞风量、送风机供风量、风管出口风量，步骤如下：①计算隧道各个掌子面所需风量；②确定风管出风口的应有风量；③确定风机应供风量，选定供风机和风管；④确定应入洞风量，初选射流风机；

4.3计算参数

玉峰山隧道是三车道隧道，分为左右洞，左右洞间距40m，开挖用钻爆法施工，运输采用无轨运输，供风机均设在左洞，通过拉链软风管向左右两个洞掌子

面供风。开挖断面面积：S=177.1m2，上导坑按80m2一次爆破用药量：A=135kg；洞内最多作业人数：按每工作面平均50人；爆破后需要通风排烟时间：t=20min；最大压入通风长度：根据前面风机的布置，左右洞均取L=600m。

4.4风量计算

从四个方面考虑，具体为按洞内允许最低风速计算得Q1；按洞内最多人员数计算得Q2；按排除爆破炮烟计算得出Q3；按稀释内燃机车废气计算得出Q4。通过计算，取Q=max（Q1，Q2，Q3，Q4）。由于最小风速和人员需求风量较小，这里只计算排除炮烟所需风量和稀释内燃机废气所需风量。

4.4.1按爆破散烟所需风量

Q3=7.8/t

式中Q3—爆破散烟计算风量，m3/min

G—同时爆破的炸药量，kg

A—隧道开挖的断面面积m2

L0—安全通风距离（炮烟消散的安全距离），这里取200m；

t—通风时间，min，依断面大小按20～60min计，取20min

Q3=7.8/t=1270m3/min

4.4.2按稀释内燃机车废气计算风量：设在洞内同时施工的内燃机车功率合计900KW，平均利用率为70%

Q4=900×3×0.7=1890m3/min

Q=max（Q1，Q2，Q3，Q4）=1890m3/min，因此左右两洞每个掌子面所需风量均为1890m3/min（即31.5m/s），也就是左右两洞掌子面出风口的风量。

4.5风机应供风量及送风机和风管的选择

根据通风要求，选取左右洞的通风管路的风管直径均为1500mm，最大送风距离为600m，百米漏风率βh阻。

h阻=h局+h沿

⑴局部压力损失：往左洞供风的管路沿程没有变化，局部压力损失不予考虑，往右洞供风的管路要从横通道内穿过，经过两个转角，存在局部压力损失。

h局=2×ξρQ2/2A2

ξ—局部阻力系数，管道转弯时ξ=0.008α0.75/n0.8，计算得ξ=0.23

ρ—空气密度1.21kg/m3；Q—管路内风量2133/60=35.55m3/s；A—管路断面面积1.77m2；h局=2×ξρQ2/2A2=112Pa。ρ

⑵沿程摩擦阻力：

分为在通风管内的摩擦阻力和隧道内的摩擦阻力，由于隧道断面面积相对于通风管很大，因此在隧道内的摩阻力较小，可以忽略不计，这里只计算在通风管道内的摩擦阻力损失。

h沿=αLUQ2/A3

采用φ1500mm风管：

h沿=0.0027×600×（1.5π）×35.552/（π1.52/4）3=3079Pa

式中：α—摩擦阻力系数，取0.0027Ns2/m4 L—风管长，取600m

U—风管周边长，πd h阻=h动+h局+h沿=112+3079=3191Pa。

4.7机械设备的选型

根据以上计算结果，掌子面需风量1890m3/min，供风机供风量需要达到2133m3/min，形成风流需要客服风压3191Pa，进风口所需为左右洞供风量最大为Qf左+Qf右=2133+2133=4266m3/min，因此压入式通风机采用轴流式通风机SFD-Ⅱ-NO12.5，其额定风量为1500～2912m3/min，风压为860～5355Pa，电机功率为2×110Kw。为保证两台轴流风机进风口有足够大的风量，射流风机采用两台SSFNO12，额定风速为43.1m/s。风量为2586m3/min电机功率为30Kw。

5、通风管理

为了使通风达到一个好的效果，保证施工人员的身心健康，除了采取合理的通风方式，选取合适的通风设备外，还要加强施工时的通风管理，在采取射流巷道式通风时在管理过程中还应注意以下几点：

5.1成立专门的通风管理机构、建立通风管理制度，专人管理、维护。5.2加强隧道内洒水降尘。5.3为避免污染风进入洞内，在进风的左洞供施工人员上下班行走，所有施工车辆均从右洞进出（左洞出渣车辆从离掌子面最近的横洞进出右洞）。5.4除离掌子面最近的横洞外，其余横洞应用封闭严密，避免循环污染。

6、结束语

选择合适的通风技术，再加上运转良好的通风管理可以取得良好的通风效果。玉峰山隧道通过采用射流巷道通风有效改善了隧道施工作业环境，对隧道施工质量、安全以及施工进度的提高起到了帮助，并且由于缩短了风管的送风距离，减少了通风阻力，降低了能耗。