隧道掌子面通风施工技术.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER125第 40卷第 1期0 引言中国是拥有最长隧道数量和总长度最大的国家，隧道应用领域极为广泛，不仅包括交通运输领域，还包括水利、能源、通讯、应急等领域。隧道在提升交通效率、减轻交通负担、环保和能源使用等领域起着关键的作用。不断改进和完善隧道的防火、通风、疏散等技术，使得隧道建设的安全性得到了提高。同时，相关法律法规和规范的不断完善，也加强了隧道建设和运营管理的监管。大关至永善的高速公路建设项目地处滇川两省的交接之地，地势变化极大，围岩情况较为复杂。此项公路工程的构建对云南省整体道路网络的优化和升级有着关键性的作用，它能增强昭通与川、黔、渝三地的联系，提高其交通运输效率。此外，该项目还为融入成都-重庆经济发展圈及实现“一带一路”倡议提供了重要的桥梁功能，作为昭通市主干道之一，并成为全国主要公路系统的一部分，它的存在有极大的价值。高速公路建设作为保持经济繁荣和社会协调发展的基础设施，加快其建设进程是我国目前面临的重要任务。在隧道施工的过程中，如何提高施工效率，降低工人职业健康危害显得尤为重要。伴随着国家的规定不断提高，不仅对操作环境有严格的规定，而且对安全的重视程度与工程质量同等重要，形成了 3个方面相互关联的整体结构。随着隧道建设中的通风技术日益专门化，已形成了一支专职的隧道通风承包团队，负责执行隧道建设的通风规划、通风设施配置、通风监测和通风管理等相关业务。作为隧道建造的一个关键环节，有效的通风系统能确保良好的通风效果，这不仅能提供隧道施工隧道掌子面通风施工技术任高平，章猛（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）摘要：在保证隧道掌子面维持良好空气质量的前提下，才能改善隧道施工作业人员的作业环境，显著提高工人作业效率，降低作业工人的职业健康危害。真正决定通风效果的关键在于技术管理水平。唯有通过专业的执行过程于建筑工程中进行通风管理的优化，构建完善的工作准则与高效的现场治理系统，才有可能达成最优的通风结果。关键词：隧道施工；隧道掌子面；掌子面空气质量；通风技术中图分类号：TU94+3.3文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)01-0125-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.01.029Ventilation Construction Technology for Tunnel FaceREN Gaoping,ZHANG Meng(POWERCHINA SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 14 CO.,LTD.,Kunming 650041,China)Abstract:Ensuring good air quality at the tunnel face is essential to improve the working environment for tunnel construction workers,significantly increase worker efficiency,and reduce occupational health hazards.The key to truly determining the ventilation effect lies in the level of technical management.Only by optimizing ventilation management in construction projects,establishing sound work principles and efficient on-site governance systems,can the optimal ventilation results be achieved.Keywords:tunnel construction;tunnel face;face air quality;ventilation technology收稿日期：2023-12-16作者简介：任高平（1993-），男，四川遂宁人，工程师，主要从事公路隧道施工技术管理工作。*126云南水力发电2024 年第 1 期效率，也是保证安全性和员工健康的必要条件。在实际工作中，依据过去隧道建设所获得的通风经验和目前通风设备技术性能的研究成果，并结合自我检查原则，全面考虑到施工过程中可能会遇到的所有意外状况，从而制订出一套符合要求的隧道通风科技术方案1,以便达成预期目标的通风效果。1 研究现状通风系统的设计：针对隧道施工过程中存在的各种通风问题，通过数值模拟和风洞实验等分析手段，对通风系统的设计进行科学优化。研究内容包括了通风设备的选型和布置、通风管道的布置方式和尺寸、通风系统的控制策略等等3。空气流动的分析。通过数值模拟和科学实验，对隧道中空气流动特性进行分析研究。包括隧道内部的气流分布、空气速度分布、压力分布、循环流动路线等通过分析空气流动的特性，根据这几方面的数据及试验结果评估出通风效果，进一步优化通风系统设计。烟雾排放与扩散的分析。通过数值模拟等试验方法，研究出隧道施工中可能产生的烟雾排放和扩散规律。通过分析烟雾排放和扩散的情况，评估出烟雾对施工人员的影响，进而优化施工中通风系统的设计。通风管道材料的研究。通风管道是组成通风系统的重要结构之一，通过对通风管道材料进行试验研究，包括材料的气密性、耐高温性、抗腐蚀、延展性等，选择科学合理的通风管道材料，能够显著地提高隧道通风系统的运行效果和延长使用寿命。施工现场通风措施的研究。针对隧道施工中的各种特殊情况，对施工现场的通风措施进行研究。包括临时通风设备的选用、通风管道的布置、临时通风系统的运行控制等等。2 隧道掌子面通风施工技术的任务及原理2.1 隧道掌子面通风施工的技术任务在隧道工程建设过程中，通风的主要目的是确保隧道内部工作人员能获得足够的清新空气；同时，它也能有效地消除各种有毒物质及微粒灰尘4，并在必要时排除瓦斯隧道中的瓦斯5;此外，还能调整隧道开挖面的气候条件如温度与湿度等等;从而营造出优质的工作场所，以保障安全生产、质量控制和项目进度的实现。2.2 隧道掌子面通风施工的技术要求研究表明，如果人类体内的温度能稳定地保持在 36.5 37之间，会感到舒适且放松。为了达到这种状态，需要确保人体产生的热量与散发出去的热量大致相符。这主要是由环境内部气温、湿度及风速三者共同决定的。理想情况下，适合工人工作的隧道内最佳温度范围是在15 20之间，同时掌子面处的温度不能超过26。若空气中的水分含量较低（小于 30%），则会导致皮肤干燥不适;反之，如高于 80%，则可能让人觉得不舒服。较为合适的湿度区间应该设定在 50%60%之间。然而，大风可能会引发寒战或感冒，增加灰尘污染的风险，对工人的身体健康非常不利；相反，微弱的风力会让汗液难以挥发，同时使得有害气体积聚，对于隧道内的人员正常施工、机械设备降温和安全生产都不利。所以，在隧道建设的过程中，合理调控空气温度、湿度和风速是非常重要的，以创造出优质的隧道施工条件。其中，由于湿度的变化较难控制，我们更注重于通过调试温度和风速来实现恒定的平衡关系，避免出现剧烈的变化。最佳排尘风速：在产生尘量基本一致的情况下，当空气中风速达到某个数值时（通常在 1.5m/s 2m/s 之间），施工现场中的灰尘浓度就会降到最低，这个风速被称为最佳排尘风速。在整个隧道施工过程中，应采用合理的施工通风方案达到以下要求：空气中的氧气含量要保持在 20%以上；隧道内的粉尘允许含量：当每立方米游离二氧化硅含量大于 10%时，空气中的粉尘含量应小于 2mg/m3；当每立方米游离二氧化硅含量小于10%时，空气中的灰尘含量不得超过 4mg/m3；有害气体的最大容许浓度：一氧化氮的最大容许浓度不超过 30mg/m3，在特殊情况下，施工人员必须进入开挖现场时，浓度可以达到 100mg/m3，但工作时间绝对不得超过30min，否则将有生命危险；二氧化碳的体积百分比不得超过 0.5%；氮氧化物（按 NO2换算）不得超过 5mg/m3；隧道内的温任高平，章猛 隧道掌子面通风施工技术127度不得超过 28；隧道内的施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人应供应至少4m3/min 的新鲜空气6。3 隧道掌子面通风施工技术研究3.1 隧道通风方式通常有两种1）风管式通风，风管式通风包括压入式和抽出式两种通风方法。采用压入式的通风方式：能够迅速排除矿井中的污染气体，其组装过程相对简便，然而在排气期间，这些污染气体需要经过整条隧道的路径；抽取式的通风方式：它更适合应用于短至 400 m 长的单向通道中，并与其余的压入式通风相互搭配。由于新进的风进入了整条隧道，当它们抵达工作区域的时候已经不再是清新的空气，所以对风管出口的位置设置有一定的限制，即不能超出 15m 的工作区范围，这使得它的布局变得较为困难，从而导致通风的效果并不尽如人意。2）抽出式通风是巷道式通风。该方案适用于具有平行导坑的长隧道，它通过将平行导坑与正洞之间的联络通道组合成一个循环流动系统，在平导洞隧道口安装通风机，将污浊的空气抽出，使新鲜空气从正洞流入，从而形成循环风流。4 隧道掌子面通风施工技术方案设计4.1 通风方案的设计1）确定通风的需求。根据隧道的长度、轮廓、施工工艺和环境条件等因素，确定通风的风量和通风的方式7。2）通风系统的方案设计。根据通风的需求，设计出合适的通风系统，完整的通风系统包括通风的风机、通风的管道、通风的进出口等设备和装置。隧道掌子面通风所使用的风机应具备风量大、噪音低、可靠性高和易维护的特点，有研究表明风机的功率与风量的三次方成正比8。根据隧道的实际施工情况，选择合适的风机型号和规格显得尤为重要，以此才能确保隧道通风系统的正常运行。通常情况下，隧道施工通风所使用的风机一般采用轴流式风机或离心式风机。轴流式风机适用于风量额需求较大、而风压需求较低的隧道掌子面；离心式风机则适用于风量需求较低、风压需求较高的隧道掌子面。隧道掌子面通风所使用的风管应具备轻便、耐用、易安拆的特点。一般隧道通风采用的风管主要有镀锌钢板式风管、玻璃纤维式增强型塑料风管和不锈钢的风管等。镀锌钢板风管适用于洞内外环境较为复杂的情况，安装比较方便；玻璃纤维增强塑料风管的特点是风管质量轻、不易锈蚀，而且安装比较方便，但是污染严重的环境中并不适合使用；不锈钢风管则适用于环境条件较好的隧道。3）通风设备的安装。按照提前做好的设计方案安装通风设备，包括通风风机、通风管道和通风进出口的安装等，确保通风系统的正常运行和有效通风。在安装风机时，应选择合适的安装位置，尽量避免与其他作业产生冲突或安全隐患。同时，确保风机的进风口和出风口与掌子面保持一定的距离，以避免由于风速不够对通风效果产生不利的影响。在使用的过程中，应定期配合不定期对风机进行检查和维护，以确保通风系统的正常运行和延长使用寿命。在安装风管之前，应对掌子面进行全面的检查，包括掌子面岩壁的稳定性和渗水情况等。根据掌子面围岩的具体情况，选择合适的支撑点和悬挂的方法，以确保风管的稳定性和安全性。同时，应科学合理地安排风管的走向路线和悬挂的位置，确保通风系统的流畅性和有效性。4）运行前进行通风试验。在施工前进行通风的试验，检查通风系统的工作效果和安全性，检查是否有缺陷，对通风设备进行调试和维护。5）施工过程中的通风控制与维护。根据隧道掌子面的施工进度和实际环境情况，调整通风系统的运行参数，保持隧道掌子面最适宜的通风状态。通风系统的定期维护检查是保证其正常运行和延长使用寿命的关键。通过对通风系统进行定期的维护检查，包括风管是否有漏洞、接头是否漏风、过滤器是否污染、风机等部件，以查出问题并及时解决存在的问题。在检查维护的过程中，应当遵循通风系统相应的操作规程和技术要求，确保维护的效率和安全性。为了保证通风系统的正常运行和使用效率，应加强对系统的管理和维护。应建立健全的通风系统管理制度，制定出合理的通风计划和方案，并加强对通风系统的监测128云南水力发电2024 年第 1 期和控制9，发现问题及时纠偏。同时，积极推广采用先进的通风技术和设备，提高通风系统的效率和可靠性、耐用性。合理安装监测设备和报警装置的通风系统，可以实时监测空气质量和烟雾浓度，通过装置的及时报警来采取相应的措施进行纠偏。6）施工结束后的通风处理。在施工结束后，立即对通风系统进行检查和维护，避免损坏确保其正常运行和长期使用。5 结束语尽管通风系统的设备构造简单，但在实施过程中，如何配置出符合科学原理且效率高的设备仍然具有挑战性。1）应优先挑选高性能、低噪音、环保的风机。2）在选取通风管道时需确保其不仅能够满足设计要求的百米漏风率及摩阻系数，同时也要兼具良好的抗磨损能力、抗疲劳特性、强度的维持程度以及较小的收缩比例。3）风机的压力与其口径呈正相关关系，因此以提高通风效率为目的，建议使用较大的管道口径。然而，受限于隧道的空间大小，需要平衡风机的高效运行、稳定的运作和安全的操作，并使管道口径最小化。在此种情况之下，必须确保风机功率与管道口径之间的匹配度、合理性和协调性。4）在科学合理地选择配合的通风设备的过程中，还需要充分考虑到隧道的地形特征、爆破参数、现有的机械设备以及施工计划等多种因素。唯有如此，才有可能防止通风不足或者能源消耗过多的问题发生，从而推动隧道工程的高速建设。无论是在制定方案还是选购设备上，都只是影响通风效果优劣的基础，真正决定通风效果的关键在于技术管理水平。唯有通过专业的执行过程于建筑工程中进行通风管理的优化，构建完善的工作准则与高效的现场治理系统，才有可能达成最优的通风结果。参考文献：1林志斌，丁小鹏，王鹏，等.巷道式通风在特长瓦斯隧道施工中的应用J.云南水力发电，2023,39（2）:55-60.2胡根友.长大隧道施工通风技术应用研究D.成都：西南交通大学，2008.3王英敏.矿井内空气动力学与矿井通风系统M.北京:冶金工业出版社，1994.4王立琛.长大公路隧道施工通风技术研究J.山西建筑，2009,（7）:317-3185 李俊法.歌乐山隧道主要施工技术问题的探讨 J.西部探矿工程，2001,（4）:71-726JTG 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