李庭坚

【摘要】山西省中部引黄工程07标段是具有长斜井、高埋深、长主洞等特点的引水隧洞工程，解决主洞施工阶段通风问题是该工程的一大难题。本文介绍长斜井条件下高埋深长主洞从通风方式的选择、洞内最大风量需求的理论计算、通风设备配套选型、通风系统布置等方面，有效的解决了主洞通风难题，改善了洞内施工人员作业环境，提高了施工效率，加快了施工进度，为类似隧洞施工提供借鉴。

【关键词】长斜井；高埋深；长主洞；通风技术

【Abstract】The Shanxi section of Yellow River Diversion Project 07 is a diversion tunnel project with long inclined shafts， high buried depth and long main hole. It is a major challenge to solve the ventilation problem during the construction of main tunnel. In this paper， the main tunnel with long and deep burial under long inclined conditions is selected to choose the ventilation mode， the theoretical calculation of the maximum air flow demand in the tunnel， the matching of ventilation equipment and the layout of ventilation system， so as to effectively solve the ventilation problem in the main tunnel and improve The working environment for the construction workers in the tunnel improved the construction efficiency， accelerated the construction progress and provided reference for the similar tunnel construction.

【Key words】Long inclined shaft；High buried depth；Main hole；Ventilation technology

1. 概述

（1）山西省中部引黄工程是山西省“十二五规划”大水网建设中一项重要的工程，本工程干线自天桥水电站库区取水，供水范围包括四市十六个县，规划年供水6.02亿立方米。

（2）山西省中部引黄工程07标段工期35个月，由四条施工支洞承担主洞全长15.81Km施工任务，支洞为城门洞型，且均为长斜井，14#～17#支洞长度分别为491.30m、761.77m、885.44m、672.42m，设计坡比分别为15.40%、24.61%、33.00%、41.97%。主洞为城门洞型，各支洞控制段都为长主洞，平均单个施工面都达到了2Km。15#、16#、17#支洞上下游埋深分别为294～346m、314～391m、290～432m、248～458m、248～458m、177～418m，平均埋深达到339.5m。在长斜井、高埋深、长主洞条件下，解决主洞通风是一大难题。

2. 研究背景

2.1根据《水工建筑物地下开挖工程施工规范》（SL 378-2007）第5.9.1条规定：施工支洞的设置应根据地下建筑物的布置、工程量、总进度、地形、地质条件、施工方法、施工道路布置及施工机械等因素经技术经济比较确定，并应遵守下列规定：

（1）采用钻孔爆破法开挖时，支洞的间距宜小于3Km。

（2）竖井与斜井的施工支洞，高差宜小于200m。

2.2而本工程施工支洞最长896m，两支洞的间距最长达到4032m，即支洞控制主洞独头超过2000m，施工支洞与主洞高差達245m，埋深高达458m，以上因素给施工通风带来极大的困难。

3. 隧洞通风要求

3.1隧道内有害气体的浓度要求（见表1）：

3.2温度要求。

隧洞内最适宜作业人员的温度是15℃～20℃，掌子面的温度不宜大于30℃。

3.3湿度要求。

空气相对湿度低于30%时，水份蒸发过快，会引起身体粘膜干裂；空气相对湿度大于80%时，水份蒸发困难，使人烦闷；比较舒适的湿度应是50%～60%左右。

4. 通风方式选择

目前隧洞通风方式主要有纯压入式通风、纯抽出式通风、混合式通风等。

4.1压入式通风。

压入式通风方式风机位于隧洞洞口，利用风机提供的正压压入新鲜空气，排出污浊空气。其优点是：可有效稀释洞内有毒有害、可燃气体，在瓦斯隧洞中使用具有较大优势。新鲜空气通过风机，腐蚀性、磨损较小。其主要缺点是：随着隧洞增长，漏风量变大，排烟速度慢，开挖工作面排出的粉尘和炮烟需要经过已开挖的隧洞，无法保障洞内作业人员（特别是主支交叉段的作业人员）的身体健康。

4.2抽出式通风。

抽出式通风方式风机位于隧洞洞口，利用风机提供的负压抽出污油空气。抽出式通风的优缺点与压入式通风相反。其优点是：开挖工作面排出的粉尘和炮烟不需要经过已开挖的隧洞，保障作业人员的身体健康和工作效率。其缺点是：在瓦斯洞段，瓦斯气体由风管集中抽出，安全性能较差。同时，抽出式通风必须使用硬质风筒（负压管），成本高且适应性较差。污风通过风机，对风机的腐蚀性、磨损较大。endprint

4.3混合式通风。

混合式通风使用两台风机，分别为为压入式和抽出式风机，两台风机风筒均延伸至开挖工作面（但抽出式风机风筒应略延后压入式风机风筒几十米，且安装高度应高于压入式风机风筒），该方式兼有压入式和抽出式的优点，但需要两套风机设备，投资大且管理复杂。

4.4结论。

综上所述，根据各类的通风方式的特点，结合本工程的实际情况，主要从投资、支洞洞徑等方面考虑，最终采用压入式通风方式。但由于隧洞距离较长，存在风量、风压损失，因此在进入主洞后一定范围内需要布置接力风机，以保证掌子面足够的新鲜空气及高效散烟。并配以局扇、降尘喷雾机、尾气过滤器等辅助性措施，进一步减少洞内有毒有害气体及烟尘。

5. 风量需求及风机选型

5.1洞内风量需求计算。

根据水工建筑物地下开挖工程施工规范（SL 378-2007）及我公司地下工程的施工经验，隧洞内通风量需满足（由于本工程支洞断面小，只考虑安装一条风管，洞口风机按一台配备，因此在支洞施工阶段需提前计算主洞施工阶段的最大用风量，以避免后期更换更大功率风机导致现有风机闲置）：

5.1.1主洞内同时工作的最多人数所需新鲜空气量。

5.2风机配套选型。

（1）根据前文风量需求计算，考虑主洞长距离漏风等，选择功率为75×2KW对旋式通风机，最大流量为200000m3/h，工作效率83%。支洞选用φ1000mm的正压风管，主洞风管选用φ800mm的正压风管。虽然配备的风机理论上已满足主洞内通风需要，但由隧洞距离较长，存在风量、风压损失，因此在进入主洞后需要37×2KW接力风机（部分对旋式通风机选型参数表见表2）。

（2）风管与风机的选型，首先保证工作面的风量，再结合造价等因素。风管的选用主要选用风管具有风阻小、装拆方便、耐用、易修补、防水阻燃、耐腐蚀等特点。加工时以10～20m为一节，减少接头以降低风阻，便于装拆。

（3）通风管道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。

（4）造成风管漏风损失的主要原因有：管道接头漏风、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，还可采用新型刚性接头，增强接头的密封性。

6. 通风系统布置

主风机为75×2KW对旋式通风机，安装在支洞洞口10m范围内。支洞采用φ1000mm正压风管延伸至主支交叉口，与变径三岔管（自己加工）连接，三岔管另两端与主洞φ800mm风管连接，分别走向主洞上、下游。风管悬挂位置要结合实际断面考虑，以不影响施工机械通行为宜（本工程由于断面小，参考本工程施工机械的规格，支洞风管只能挂在起拱线的位置，主洞则挂在顶拱位置），洞身每隔10m 设置锚杆，外露10cm，用以固定风管。安装风管时要求整条管路稳、平、直、无扭曲、无褶皱，尽量减少风阻。主洞接力风机为37×2KW，第一台接力风机位置需根据支洞长度和风量、风压损失长度而定，一般在进入主洞后的50m左右距离。接力风机进风口须与上一级风机风管的出风口断开5～10cm。若完全对接，会造成上一级风机风管负压而降径或完全吸瘪；若距离过长，会导致风力损失过大，且吸入大量烟尘。之后的接力风机可根据实际通风排烟情况而定，一般在600m～800m间接接力，风管出风口距离掌子面50m左右（支洞风管布置示意图见图1、主洞通风系统布置示意图见图2）。

7. 通风管理及技术措施

要想得到满意的通风效果、缩短循环作业时间，除依靠合理的通风方式以外，前期的开挖阶段出渣方式的选择和过程中通风管理也是相当重要。以下是具体通风管理及技术措施：

（1）出渣方式。常规的主洞无轨运输掌子面一般采用装载机出渣，考虑到本工程支洞控制主洞段单边距离长，若采用装载机装渣，通风排烟将很难解决，采用扒渣机出渣可大大较少烟尘、尾气的产生。通过在主支交叉段设置下拉槽，矿车停靠在下拉槽内，自卸汽车将掌子面洞渣运输至交叉段后卸入下拉槽内，再由扒渣机装入矿车内，通过矿井提升机将侧卸式矿车提升至洞外卸渣平台，采用侧卸的方式将洞渣卸至卸渣平台下方的自卸汽车内，自卸汽车将洞渣转运至渣场（主洞出渣示意图见图3、交叉段转运示意图见图4）。

（2）隧洞施工通风设专人管理。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。负责日常通风设备的使用、维护和检查工作，保证通风系统的正常运转。

（3）每轮炮爆破后要保证有足够的通风时间将废气彻底排完，避免造成废气循环积累，保证洞内各工作面空气达到标准。

（4）定期对通风机进行检查、保养等工作。在风机闲置时，可对风机进行检查、除尘等保养工作，保证风机的正常运转和使用寿命。

（5）定期检查风管状态。检查风管是否存在漏风，造成施工面通风量减小；是否存在从固定端头脱落，造成风管弯曲、褶皱，增加风阻。如发现有风管漏风现象，应立即更换，避免风量的损失。在洞内备用一些新的风管，一旦坏了可及时换上新的，并把坏的风管拿出洞外修补，不耽误施工进度。

（6）从发电机到通风机接一套备用电源，以保证突然断电时，隧洞内能保持正常的通风，保证洞内施工人员的新鲜空气。

（7）支洞口主风机的选型应充分考虑主洞施工阶段的最大用风量，已避免到达主洞施工阶段时，现有风机送风量达不到要求而更换，造成现有风机的闲置浪费。

（8）在洞径保证的情况下尽量采用大直径风管，有利于降低风压损失，是实现长距离大风量通风的最有效的技术措施。

（9）风管的悬挂位置应根据工程开挖断面的大小和所使用机械规格等方面考虑，且不可造成风机运行时机械设备无法通行的局面。风管的悬挂应整齐、平直，处于一条直线，这样有助于减小风阻，以保证洞内的足够风压。endprint

（10）接力风机与上一级风机风管的末端不能完全对接，会造成上一级风机风管负压而降径或完全吸瘪；也不宜过大，过大会吸入大量废气、烟尘，通过风管重新送回掌子面。一般間距5～10cm为宜。如果上一级风管还是会吸瘪，则可在上一级风管出风口负压影响范围的风管内采用φ8钢筋笼支撑。

（11）为保证掌子面及时散烟和施工人员足够的新鲜空气，风管应根据开挖的进程而及时跟近；但为了避免爆破损坏风管，风管应距离掌子面50m左右为宜。

（12）使用水泡泥封堵炮孔。炸药爆炸时水炮泥同时爆炸，形成雾状分布在空气中，可起到降尘、降温和吸收有毒有害气体的作用，有利于改善劳动条件。

（13）增加降尘喷雾机。在距离掌子面50m位置配备一台降尘喷雾机，在爆破之前启动，水雾能够封锁整个隧道断面，能够有效阻挡爆破产生的烟尘向交叉段方向流窜，且水雾除降尘外还可以吸收易溶于水的有害气体（S02、NH3等）。

（14）为装载机、运输汽车等产生尾气设备增设尾气过滤装置，能够有效过滤因柴油燃烧不完整产生的一氧化碳、氮氧化物等有毒有害气体的排放。

（15）根据需要可在掌子面及主、主支交叉段等重要部位增加局扇，加速局部风速的流动，防止有害气体聚集，可改善局部区域空气质量，改善压入式通风方式的弊端。

（16）在最后贯通阶段可使用空压机高压风进行通风辅助，补充隧洞所需空气含量，加快了掌子面空气流通，加快其散烟效率。

（17）本工程所在地区冬季温度低于-20℃，为保证洞外主风机在冬季能够给正常运行，必须对风机进行覆盖保温处理。

（18）洞内施工人员均需配备防毒面罩。防毒面罩统一购买，要求阻尘、放烟效果好，佩戴舒适；滤盒根据洞内有毒有害气体类别选用，具有针对性。洞内施工人员均需配备，进洞时必须佩戴，可有效防止职业病害的发生，保证施工人员的身体健康。

8. 实现预期效果

目前，15#支洞控制主洞下游已顺利贯通，开挖掘进达到1959m。通过以上通风技术、管理措施及过程不断的改进、完善，合理的调整、布置通风系统，有效的解决主洞通风及掌子面散烟难题。达到预期通风散烟、降尘的效果，改善了地下洞室开挖工程施工人员的作业环境，提高了施工作业效率，加快了施工进度。为类似长斜井、高埋深、长主洞工程提供设备配套、通风管理等方面的借鉴意义。endprint