高寒高海拔螺旋式隧道施工中空气质量控制

2018-03-31夏正年

山西建筑 2018年7期

关键词：螺旋式风管风量

夏正年

(山西省交通建设工程监理总公司，山西太原　030012)

0　引言

公路隧道施工，通风是施工中的一项关键工序，特别是长隧道在粉尘大，多种机械的排污，以及空间的狭小，加之光线的阴暗会出现大的安全隐患，出现窝工缓慢现象。因此，我们在施工长隧道之前要解决洞内通风措施，净化洞内空气，确保洞内安全绿色施工。

1　工程概况

卧龙沟1号隧道穿越甘肃，青海两省交界，位于青藏高原向黄土高原过渡地段，海拔为2 897 m～3 195 m之间，地质条件复杂，受地形影响，采用螺旋型隧道，本隧道为西北首条高寒高海拔高速螺旋型隧道，总转角近220°，曲线最小半径为700 m。集中升坡，进出口高差达58 m。该隧道为分离式隧道，右线长2 554.63 m,纵坡采用2.3%的单向坡；左线长2 626 m,纵坡采用+2.2%的单向坡。

2　螺旋式隧道通风问题

螺旋式隧道由于平面曲线与纵向高差的存在原因，尤其是进口上坡洞，再加上处于高原地区，所以洞内粉尘以及机械的尾气很难排放出去，使得施工人员的健康安全很难得到保障。

为了确保施工现场作业环境达到国家规范规定的空气质量标准减少和预防职业病。

首先我们针对目前隧道施工的现状、作业环境的空气质量、以及海拨高度与大气压力关系，采用现有通风方案的缺陷及成本进行了初步的调查、分析统计(见表1)。

表1　海拨高度与大气压力关系图表

3　隧道施工进度、内部环境，线形

隧道左洞纵坡2.2%，曲线半径R=1 255 m,右洞纵坡2.3%，曲线半径R=1 288 m,增加了排烟通风的难度，出口方向通风曲线半径R=700 m，风损更大，我们首先要对通风方案进行审核，经对比分析采取如下方案。

首先在洞口开始掘进600 m之前，采用两台110 kW轴流式通风机，采用串联压入式通风，风管直径1 600 mm,拉链式安装。然后，隧道掘进到600 m～1 000 m时在洞内增加1台110 kW轴流式风机作为接力式风机，如果掘进大于1 000 m时采取永久实施与临时设施相结合安装洞内射流风机。

隧道施工中的主要污染源和通风防尘标准。

1)隧道施工中的主要污染源有以下几项：

a.爆破产生的炮烟；

b.柴油机产生的废气；

c.车辆行驶产生的粉尘。

2)通风防尘标准。

a.有害气体浓度容许值：CO最高容许浓度为30 mg/m3；CO：按体积应不大于0.5%；NO：浓度应不大于5 mg/m3;

b.空气粉尘允许含量：含10%以上游离SiO2的粉尘应不大于2 mg/m3；

c.最低的排尘风速应大于0.15 m/s;

d.洞内气温应不大于28 ℃。

3)螺旋式隧道通风方式。

以往一般隧道通风我们是按照《公路隧道施工技术规范》以及隧道的长度和断面的尺寸，开发方式，施工设备配套等综合考虑，通风方案根据掌子面距洞口距离分阶段制定，本隧道拟采取压入式通风方式。

4)风量和风阻计算。

施工通风所需风量按洞内同时工作的最多人数、洞内允许最小风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量和内燃机械设备总功率分别计算，取其中最大值作为控制风量。

一般隧道主要计算参数：

洞内同时工作最多人数按50人/工作面考虑；

洞内允许最小风速Vmin=0.15 m/s；

洞内每人供应新鲜风4 m3/min；

内燃机械设备作业供风量3 m3/(min·kW)；

风管平均百米漏风率为0.01，风管摩阻系数为0.01。

主要计算公式：

洞内最多人数控制风量：Q1=4×k×m(4为洞内每人每分钟供应新鲜风量；k为风量备用系数,1.15～1.25;m为洞内同时工作最多人数)；

最低允许风速控制风量：Q2=60×S×V(60为分钟与秒的换算;S为断面面积;V为最低允许风速);

内燃机械设备总功率控制风量：Q4=W×0.7×3(W为内燃机总功率;0.7为机械设备利用率、内燃机械设备作业供风量);

洞口风机风量：Q=Qmax/(1-β)L/100(β为百米漏风率);

风压计算公式：风机有足够的风压克服管道阻力h>h阻;

h阻=∑h动+∑h沿+∑h局(h动为管口动压,一般按50 Pa考虑;h沿为沿程压力损失;h局为沿程压力损失的10%)。

5)压入式通风系统设置。

洞外通风机安装在洞外，通过风管向洞内压入通风；洞内设置一台风机与洞外通风管串联，对通风管内空气进行加压送掌子面。沿线每隔1 000 m安装一台射流风机辅助通风，加速洞内浑浊空气排出。通风布置见图1。

第一台风机安设在距洞口20 m～30 m处，第二台风机安设在进洞800 m处,两台串联。在第一台风机800 m出风口处采用薄铁皮加工一个与风带直径相同长度2.0 m的圆筒，圆筒与第二台风机进风口距离为1.5 m～2.2 m(该范围为通风真空地带,根据现场实际情况,可以进行调整)，从圆筒压进来的新鲜空气被第二台风机吸入，送到工作面，新鲜空气将浑浊的空气逼出洞外(如图1所示)。

由于螺旋式隧道与普通一般隧道相比，前者排污除尘的速度要慢很多，如果不能及时把粉尘及机械的尾气排出洞外，会对施工人员的健康造成伤害，同时给工程的进度增加了难度。

水幕降尘器，是我们在一般隧道施工中采用的降尘方式(如图2所示)。

作业环境的空气质量。爆破后通风前，通风后的两组数据，出渣过程中空气质量检测数据(见表2)。

表2　隧道内尘毒监测记录表(爆破后通风30 min)

监测部位掌子面监测指标COSO2NONO2O2CH4湿度温度游离SiO2结论K7+200251.12.01.218无78201.4合格K6+800200.72.21.021无70201.2合格K6+400150.60.90.820无75220.6合格

4　要因分析

依据我们对日常洞内的检测数据分析，发现了在高海拔螺旋式隧道通风效果的通风原因，与一般隧道通风存在的问题又增加了几项：1)高原、高海拔螺旋式隧道，它的大气压力降低，内燃机械降效，故对总风量要求大。2)由于平面曲线与纵向高差的存在，同时进口为上坡洞，又处于高原地区。3)二衬台车使该处的通风净断面减小，通风管穿过形成两处拐弯不利于排烟。4)需要通风的巷道长度大，平曲线增大网管风阻、风损，上坡洞排烟难度增大，通风时间长。