北山隧道施工的通风技术及粉尘处理方法

摘要：隧道施工，尤其特长大隧道施工，搞好通风防尘是改善洞内施工环境，提高工作效率的一个重要措施，是采用无轨运输方式，更要全力搞好。通风防尘主要解决两方面问题，一是有毒气体，主要来源于爆破炮烟和内燃机械废气；二是粉尘，主要来源于洞内开挖爆破和机械作业扬起的灰尘等。

关键词：隧道施工；通风；防尘

前言

北山隧道位于牟平区境内，北山村南约500m处，属于低山丘陵区，地形起伏大，基岩大部分裸露，山体植被不发育。隧道进口里程为DK229+850；隧道出口里程为DK231+730，隧道全长1880m，暗洞全长1725m。

1通风方案选择

1.1通风方式选择

以通风降尘净毒为主，狠抓机械净化，实施水幕降尘，减少污染。通风采用管道压入式通风方式供风，风机距洞口20m安设，风管口距工作面60m左右。

1.2通风设计

1.2.1设计依据

根据我国TB10204-2002铁路隧道施工规范及铁建设[2010]241号规定， 隧道内有害气体最高容许浓度：一氧化碳最高容许浓度为30mg/m³，在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m³，但工作时间不得超过30min。为了保证施工过程中隧道的工作人员获得3m³/min的新鲜空气，维持隧道内的适宜温度（15～20℃），并能在爆破后最长排烟时间不大于1h，出碴时洞内通风良好。

1.2.2计算依据

（1）隧道单头掘进最大通风距离1000m。

（2）距离较长时通风计算断面约120㎡。

（3）最多施工人数按80人计算。

（4）施工内燃机械：2台装载机，3台自卸汽车（洞内）共计769kW（2×155+3×153）计算。每循环开挖方量360m³，需炸药300kg（围岩为III）。

1.2.3通风计算

（1）影响因素。隧道施工的通风计算因施工方法、隧道断面、爆破器材、炸药种类、施工设备不同而变化。按以下几个方面计算并取其中最大值再考虑漏风因素进行调整，并加入备用系数，作为选择风机的依据。

（2）按同时爆破炸药量计算稀释和排除炮烟所需风量：

a.压入式通风

工作面清洁、可用软风管，有害气体粉尘沿洞身排出、适用距离一般不大于1500米（单台）。是最常用的一种通风方式。

压入式通风： （1）

式中：A：同时爆破炸药量，kg；

S：通风计算断面面积，㎡；

L：最大通风距离，m。

代入已知量计算：

b.抽出式通风

污浊空气沿风管排出，全线空气较好，排烟速度快；吸风口距掌子面距离

近受爆破影响大，风机设置在外端式不能用柔性风管。

抽出式通风： （2）

式中： ：爆破后炮烟的扩散长度，m；

非电起爆： （m）；其余符合意义同前。

代入已知量计算：

= =

c.混合式通风

通风能力强、效果好，全线劳动条件好，需要两套以上的设备，运行成本高，风机布置和通风组织严格，适用于长大隧道通风。

（3）按同时工作最多人数计算： （3）

式中：k：风量备用系数（取1.2）；

m：洞内同时工作最多人数；

q：洞内每人每分钟所需的新鲜空气量。

代入已知量计算：

=1.2×80×3=288

（4）按洞内最小风速计算： （4）

式中：V：洞内允许最小风速（取0.15 m/s）；

S：通风计算断面积，m2。

代入已知量计算：

=60×0.15×120=

（5）按稀释内燃机作业废气计算： （5）

式中：K：洞内同时作业的内燃机每千瓦需风量， ；

Ni：洞内同时作业的内燃机总功率。

代入已知量计算：

=3×769=

以上4方面计算得到的最大风量作为设计通风量。由计算得到的同时爆破炸药量计算稀释和排除炮烟所需风量为控制风量。

（6）通风机供风量计算： （6）

式中：Q：（1）—（5）计算结果的最大值；

p：漏风系数，本隧道为长大隧道，采用1.6m的柔性风管，漏风系数按1.3 考虑。

代入已知量计算：

=1.3×2307=

1.2.4 通风设备选型

（1）根据以上计算结果，该隧道采用压入式通风，最大压风量为 ，选用SD-II对旋低噪声隧道轴流通风机。需风最大时选用1台SD-II-150（2×132kW）风机作为压入式供风可以满足要求。

SD-II对旋低噪声隧道轴流通风机性能参数表

风机型号动叶直径mm转速r/min流量m3/h全压PaA声级dB功率KW

SD-II-1001000148062000500084Y-55*2

SD-II-1121120148086000500085Y-75*2

SD-II-12512501480121000490086Y-110*2

SD-II-1401400980150000420086Y-110*2

SD-II-1501500980180000410087Y-132*2

SD-II-1601600980221000410089Y-160*2

（2）本着节约成本和减轻变压器负担的原则，在刚进洞入500m内选用：SD-II-112（2×75kw）对旋低噪声隧道轴流通风机，下图是刚进洞时使用的风机

1.2.5风管与风机的布置

风管的选用主要从风管出口处的风速和风量、风管的造价、风管的耐用性、风管装拆的难易程度等方面考虑。在通风机性能确定的前提下，风管出口处的风速和风量主要和风压损失、管道摩阻损失、漏风损失等因素有关，将这些损失降低到最小程度，首先保证工作面的风量，再结合造价等因素，风管的选择就随之确定了。

（1）从降低风压损失考虑

根据已有的经验，管道通风的压力损失与风管直径的五次方成反比，即：实现长距离大风量通风的最有效的技术措施是采用大直径风管，这不仅可以减少通风机、延长送风距离，还可以成倍地降低通风能耗。

（2）从降低管道摩阻损失考虑

引起管道摩阻损失的主要因素是管壁的光滑程度、管道接头、管道的顺直情况。为减少管道的摩阻损失并考虑造价因素，此工程使用混纺胶布风管，这种简易风管具有风阻小、装拆方便、耐用、易修补、防水阻燃、耐腐蚀、抗静电成本低等诸多优点，以15m为一节，减少接头以降低风阻，便于装拆。隧洞通风管设置在进洞左侧，安装时要求整条管路稳、平、直、无扭曲、无褶皱，尽量减少风阻。

（3）从降低管道漏风损失考虑

造成风管漏风损失的主要原因有：管道接头漏风、管道缝纫针眼漏风、管道破损漏风，为减少管道接头漏风损失，除增大管道节长以减少接头外，还可采用拉链型半刚性接头，增强接头的密封性。风带拉链型接头如下图

对施工中出现的管道损坏，主要是靠加强现场管理，及时发现及时修补，避免造成漏风损失。

（4）通过对上述因素的综合考虑，从而确定：北山隧道应采用采用SD-II-150对旋低噪声隧道轴流通风机进行压入式通风，后期单头掘进长度超过1000米事可考虑采用混合式压入通风。

2防尘

水幕降尘就是在距掌子面约30m处设水幕降尘器，点炮人员撤离时打开阀门，炮后30 min关闭。水幕降尘器工作原理是：水幕降尘器打开后，高压水在高压风的作用下喷出，其雾化程度高、射程远，水雾将隧道断面封闭，充分降尘。

（安装示意图）

3综合治理与通风管理

要想得到满意的通风效果、缩短循环作业时间，仅仅依靠合理的通风方式是不够的，还要采取消烟、防尘等综合治理措施，并加强通风管理：

（1）综合防尘措施：它包括湿式凿岩、水封爆破降尘、爆破后喷雾降尘、出渣前冲洗岩壁、装渣洒水等措施，都可达到防尘降尘的目的。

（2）净化内燃设备尾气：加强内燃设备保养，保持内燃设备工况良好，以减少废气排放量；内燃设备安装有效的消烟化油器，并在柴油中加入S30-30柴油添加剂以净化尾气减少空气污染。

（3）加强通风管理：制定严格的通风管理制度，安排专人进行通风管理，根据需要随时进行空气卫生和通风指标检测，不断进行通风系统的优化，保证通风系统完好有效运行。

（4）充分通风：要保证有足够的通风时将废气彻底排完，避免造成废气循环积累，保证洞内各工作面空气达到标准。

（5）保持洞内道路平整：若洞内道路不平，会加大内燃车辆行驶阻力，使车辆频繁加大油门，耗油多，造成污染气体排放量增大。

4通风与防尘在北山隧道中的应用

施工中的通风符合铁道部现行铁路隧道设计和施工规范的要求。施工时的通风，设专职人员管理。无论通风机运转与否，都严禁人员在风管的进出口附近停留，通风机停止运转时，人员不靠近通风软管行走和在软管旁边停留，不将任何物品放在通风管或管口上。并基本上做到了以下几点：

（1）定期不定期检查空压机运行状况，保证良好运转，保障施工进度，保护工人健康。

（2）高压风管应架空敷设，同时满足下方机械通行，定期检查风管有无破损，及时更换，保证施工区域空气质量。

（3）暂停施工时，要等人员全部撤除后方可停止高压风的输送，开工前，必须先通风10分钟后方可进入隧道施工。

（4）空压机应有专门的管理操作人员，并有相关的警示标识。定期检查测定粉尘浓度，放炮前后进行喷雾与洒水，出碴前用水淋透碴堆和喷湿岩壁，在出风口设置喷雾器。

5结束语

施工通风是隧道施工中全隧道内外空气交换的唯一手段，是隧道内作业人员和施工机械的生命线，故隧道内施工作业人员劳动环境的改善显得尤其重要，加强隧道施工通风工作是落实以人为本观念的具体体现。在北山隧道工程施工中， 坚持科学指导施工，以施工通风为主，辅以除尘、废气净化处理以及个人防护相结合的综合治理措施，改善隧道内作业环境，降低人员劳动强度，就一定能确保全隧的施工安全、施工进度和总工期。

在北山隧道工程施工中，通过采取“合理布局、优化匹配、防漏防阻、消烟防尘、严格管理”等一系列措施，较好地解决了长隧洞的施工通风难题，获得了满意的通风效果，大大降低了工程成本，保证了施工的顺利进行，达到了预期的目的，但还有在无轨运输条件下隧洞进行混合作业时，洞内及工作面的空气改善问题有待在以后的工程实践中进一步研究解决。

参考文献：

[1]TB10204-2002铁路隧道施工规范[S]

[2]铁建设[2010]241号高速铁路隧道施工技术指南[S]

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