隧道通风设计与施工技术研究

2023-11-09武新耀

工程建设与设计 2023年20期

武新耀

（中铁建陕西眉太高速公路有限公司，陕西宝鸡 721000）

1 引言

在隧道通风施工中，无论是工程的质量还是施工人员的安全都需要得到保障[1]。在长期的实践过程中，隧道的通风设计一直是技术难题，施工单位及设计单位对其都十分重视。本文将选择衙岭隧道的通风设计作为研究对象，在斜井工区使用了分割巷道及风管施工的通风技术，在一定程度上解决了大部分的隧道通风效果差的问题。通过该技术的应用，提供了较好的通风质量，可在一定程度上提高经济效益和环保效益[2]。

2 工程概况

衙岭隧道起始于大白县桃川镇双岔子移明村北部，路线近东穿过了秦岭的分水岭，终点位于大白县北村沟，是呈曲线式分离隧道，为双向四车道。左线起讫桩号为ZK53+603～ZK62+580，全长8977 m，为特长隧道，起点的高程为1 428.04 m，终点高程为1 606.00 m，隧道的底板最大埋深为430 m。右线起讫桩号为YK53+587～YK62+555 全长8 968 m，为特长隧道，起点高程为1 427.65 m，终点高程为1 605.91 m，隧道底板最大埋深439 m。两洞中轴线最大间距约40 m。

为了满足工期要求，需要进行施工通风的设计，在防灾救援的过程中，还要进行场地布置。合同段内有衙岭隧道进口段（左线：ZK53+602～ZK58+081，右线：K53+586～K58+081）及衙岭隧道1#斜井。衙岭隧道进口右线承担正洞2 300 m，1#斜井小里程承担1 410 m，大里程段承担785 m；衙岭隧道进口左线承担正洞2 350 m，1#斜井小里程承担1 361 m，大里程段承担768 m。

3 分离巷道及风管联合式通风设计

首先，根据隧道洞内需要的风量进行挖掘，随着隧道断面及相关路径的改变，将其分为3 个阶段的动态设计，目的是减少成本的支出。第一阶段为斜井施工阶段，通风设计主要集中在第二阶段和第三阶段中，施工通风的设计需要在斜井的顶部装隔离板，将新鲜的风流和污浊的风流进行分流，到达风仓之后，经设在风仓远端的轴流风机加压，分别对隧道的进出口进行有效供给。在第三阶段成功通风之后，正洞及斜井所交叉的位置需设置风仓，风仓的密封性必须得到保证[3]。

4 通风的关键技术

4.1 风机选型及计算

国内外对轴流风机已经有了比较完善的实践研究，其中比较重要的一点是，即使轴流风机的设计风量满足了需风量的需求，还需要将通风的阻力纳入考量的指标，所以要保证有一定的储备风量。储备风量一般控制在10%左右。

4.2 通风系统的设计

根据本项目所需要的通风量对隧道进行挖掘，从而改变通风的路径，一般来说，将其分为3 个阶段。第一阶段为斜井的施工阶段，通过常规压入式进行通风。第二阶段是斜井到正洞之后，进行分隔巷道通风联合压入式通风。第二阶段施工所需的通风设备如表1 所示。

表1 施工所需的通风设备（第二阶段）

第二阶段中，需要在斜井的顶部提前放置隔离板，从而让新鲜的风流及污浊的风流进行独立通风。随后将第一阶段所设置的轴流风机拆除，在斜井底部放置功率为55 kW×2 的轴流风机，拉链式软风管直径为1.8 m，在隧道的进口和出口处进行通风。轴流风机安装在用工字钢制作的支架上，目的是固定风机。在支架两端中的导坑壁采用风镐开凿50 cm 的深坑，将支架安装之后在空隙中填入混凝土，从而固定支架。斜井上半部分隔离巷道内轴流风机处的断面布置图如图1 所示。

图1 轴流风机断面布置示意图

除此之外，为了保证隧道中的污浊空气与分离巷道进行接入，防止对新鲜的风流进行污染，所以在第二阶段中需要临时封堵轴流风机尾端的上半部。

在第三阶段中，正洞的挖掘长度超过1 000 m 后，第二阶段就无法满足隧道的通风设计需求，需要通过其他的通风设计进行通风，即在正洞中设计密封的风仓，在风仓的中间设置隔离板，让新鲜的空气进入分割巷道，由轴流风机加压后对隧道内进行供风。

第三阶段的施工所需通风设备如表2 所示。

表2 施工所需的通风设备（第三阶段）

4.3 斜井供风巷道的密封

为了成功密封斜井供风巷道，还需要安装相应的分隔材料，主要将其安装在横梁上，让分隔材料和坑壁中的缝隙进行密封。

首先，需要利用斜井上方的拱形空间作为供风巷道，供风的巷道断面积大于最大的需风量，通过压入式的通风得到所需要的通风管面积应该大于最大需风量，单独压入式通风所需通风管断面积之和必须要满足洞内车辆同行的需求。

其次，在供风巷道的分隔中，大多数的分隔材料是用彩钢板制作而成的，因为彩钢板的宽度需要通过斜井的分隔断面进行确定，所以板与板之间的搭接宽度为15 cm，彩钢板固定在横梁上面，两侧的边墙在接触后会向下进行弯折，弯折的距离约10 cm 左右，使用膨胀螺栓锚进行固定。锚的间距控制在1 m 左右。

最后，为了让分隔巷道的彩钢板有较好的刚度，借助在风机位置后方加设横梁的方式保证刚度，一般在横梁的纵向设置中，间距为2 m 最适合。但在后期可能会出现通风的故障，主要包括风流负压，从而损伤相应的分隔材料，所以在预安装的过程中，需要在风机后50 m 的范围内采取横梁加固措施，将间距设置为1.5 m。若横梁间距的分隔材料＜50 cm，调整横梁的位置，保证搭接的牢固。上部分隔供风巷道的横梁长度需要通过斜井的实际宽度进行确定，一般使用60 mm×60 mm 的钢方管进行加工，随后焊接钢垫板，钢垫板的尺寸一般为100 mm×100 mm×5 mm，在垫板的下端直接进行钻孔，钻孔的直径为14 mm，使用膨胀螺栓进行固定。

4.4 风仓设置及其密封

首先，将风仓放置在井底的正洞拱部，当风仓进入封口时，就能与之前设计的通风巷道进行连接，而风仓的远端会有一个出风口及轴流风机。风仓在隧道与正洞纵向25 m 处进行连接，隧道正洞的横向宽度为10 m，高度为2.5 m，为了防止风机抢风，需要设置隔板，选择长度为8m 的隔板最合适。

其次，在风仓的安装中，因为风仓会受到各方面的压力，所以风仓的结构需要有一定的刚度支持。风仓主骨架主要使用工字钢制作，中部加入槽钢，外包材料大多数是彩钢板，隔板材料是4 mm 的钢板，将它们之间进行连接。风仓的支架架构不能影响到车辆的正常通行，所以使用120b 工字钢进行制作，风仓下部的空间需要保证材料的正常运输，安装的高度需高于4.2 m。

最后，风仓的密封是为了给通风系统形成一定的风压，只有保证风仓结构的密封，才能为通风系统提供风压，保证系统的正常运行。风仓面板所使用的材料是铆钉，起到连接作用，使用黏结剂与专用铁皮连接，转角处用电焊连接，保证外包铁皮转角处的完好密封性。对于轴流风机及风仓而言，采用隧道防水板进行封闭，缝隙使用沥青进行封闭，通过玻璃胶密封，保证不吸入污浊的空气。