探析高原地区长大隧道施工通风技术的应用

 探析高原地区长大隧道施工通风技术的应用

邵帅 

中铁二十局集团第四工程有限公司    山东省青岛市   266061

摘要：高原地区长大隧道施工中，科学运用通风技术，是保证施工人员人身安全的关键措施，应引起工程人员的重视，结合施工需要调整通风技术应用方案。本文将以川藏铁路东达山隧道进口工区为例，根据隧道施工区域环境特点，创新通风技术应用方式，维护隧道施工环境，确保隧道施工顺利完成，保护施工人员的人身安全。

关键词：高原地区；隧道施工；通风技术

引言：随经济的迅速发展，隧道工程施工环境复杂，对通风技术的应用效果提出更高要求，科学的通风技术，有助于提升隧道施工质量。施工人员需认识到通风技术应用价值，分析该隧道工程的施工环境特点，调整在隧道施工中应用通风技术的方式，制定隧道施工的通风方案，设置通风机选择标准，确保隧道内通风状态良好。

一、项目概况

东达山隧道位于昌都市贡觉县莫洛镇泽仁本村与察雅县香堆镇仁达村。位于贡觉车站至扩达车站区间，全隧为单洞双线隧道，隧道全长16447m，工地海拔3700-4400米，隧道最大埋深约870m，进、出口紧邻桥台。其中隧道工程的进口，总长度为7.3公里，施工内容包括平导和正洞。受环境的影响，隧道施工通风技术应用难度提升，不利于保持隧道内的环境，研究通风技术的应用方式至关重要，通风系统设计人员需收集工程相关资料，遵循国家与行业有关制度规范，完成工程通风系统设计方案的制定。根据东达山隧道进口施工需要，采用“压入式+巷道式”通风。明确该通风系统由轴流风机、风管与控制系统组成，设计人员确定通风方案，提升通风系统的运行效果，节能减耗，充分发挥通风技术的作用，为施工人员营造安全舒适的施工环境。

二、高原地区长大隧道施工通风技术应用策略

（一）通风系统设计标准

通风技术在隧道施工中发挥重要作用，良好的通风效果可保证施工人员的人身安全，避免环境对施工进度产生影响，为此在应用通风技术之前，需明确设计标准，要求设计人员按照标准制定技术的应用方案。第一，保证隧道内的氧气含量，确保隧道内空气中氧气含量不小于20%。第二，通过通风技术的运用控制隧道粉尘浓度，二氧化硅含量超过10%的粉尘浓度控制在每立方米2mg，其余类型粉尘浓度不应超过每立方米4mg。第三，隧道内有害气体的浓度控制，包括一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物与瓦斯等，此类气体浓度超标会危害施工人员的人身安全，一氧化碳浓度控制标准随海拔的升高而下降，当海拔差超过3000米时，一氧化碳的浓度需控制在每立方米15mg。第四，降低隧道内噪音与温度，通风可实现减小噪音、降低温度的目标，该工程中要求噪音不得高于90分贝，气温控制在28摄氏度以下。第五，根据工程施工人员的数量，确保设计的通风方案可为每位施工人员提供每分钟3立方米的新鲜空气，施工中使用内燃机需适当提升通风量。第六，通风掌子面回风速度设计，通常应高于每分钟0.25米[1]。

1.风量与风压计算

依据东达山隧道进口施工通风需要，采用压入式与巷道式实现隧道通风，据此计算风量与风压。

风量计算为通风计算的关键步骤，计算方式如下所述。第一，按照隧道内允许最小风速计算通风量，计算公式如下

其中，vmin与Amax分别为最小允许风速与最大开挖面积，东达山隧道工程正洞、平导掌子面分别的开挖断面分别为130平方米、30平方米，最小允许风速为每秒0.25米，计算通风量分别为32.5m3/s、7.5m3/s。第二，按照参与隧道施工的最多人数计算，计算方式为

其中，M为隧道内施工人数，在东达山隧道工程施工中，隧道人数取50，计算通风量为每秒2.5立方米，选择最大值作为工程的设计通风值。

风压计算分为局部阻力计算与沿程阻力计算，计算方式如下所述，设计人员需按照标准完成设计风压计算。第一，局部阻力计算，公式为

其中，ξ为局部阻力系数，ρ空气密度，V为最小断面处的风速，基于东达山隧道工程实际情况计算工程局部阻力为100Pa。第二，沿程阻力计算，计算结果受到风管直径、长度等因素的影响，依据东达山进口平导与正洞相关数据计算，沿程阻力分别为3703Pa、3416Pa。

2.风机选型

风机的选择以风量、风压计算为基础，分析不同作业面的通风需要，为隧道通风系统构件选择最适宜的风机型号，保证隧道通风方案顺利实施，风机的选择需注意以下问题。第一，使用风机的风量，包括风机出口风量、风机的最大风量，该工程中平导作业面使用风机的风量应适当高于正洞使用风机的风量，以达到通风目标。第二，风机风管的尺寸，风管是风机的重要组成部分，其直径与压损会影响风机的运行效果。第三，检验风管的风压，确保使用的风机风压合适，满足该隧道工程的通风需要。结合东达山隧道工程风量与风压计算结果，确定该工程正洞作业面使用的风机风管尺寸为2米，出口处风量每秒48.6立方米，风压5600Pa，且风机最大风量可达到每秒54立方米。该工程平导作业面使用风机的型号与正洞作业面不同，风机的风管直径为1.5米，出口处风量达到每秒60.4立方米，风压为6800Pa。符合工程通风需要的风机是保证通风技术应用效果的关键，应作为施工人员的研究重点，结合工程施工需要设置风机的选择标准，严格按照标准选择性能适宜的风机，确保通风技术在隧道施工中发挥应有价值。

（三）智能化通风系统设计

1.变频轴流风机

随信息技术的发展，智能技术被用于通风系统设计，实现对隧道通风系统的智能化控制，智能变频轴流风机被广泛用于通风系统构建，其性能如下所述。第一，智能变频轴流风机应具有大流量、低噪音的优势，同时此类流风机的风压可达9200Pa，能够满足20公里以内超长隧道的通风需要，达到国家一级能效标准。第二，结合高原的施工条件设计风机配件，可在高原隧道施工中稳定运行，正常使用该风机10万小时内不会出现故障，且风机电机为永磁同步电机。第三，风机与手机等智能设备相连，施工人员可通过手机了解风机的运行情况，远程调控风机的运行状态，并实现故障警报功能。第四，智能变频轴流风机的叶片制作材料为高强度铝合金，叶尖间隙不超过2毫米，叶片安装位置与角度精确，偏差不超过1度。第五，实测风压与风量达到预期标准，风机的实际工作效率不低于82%，且产生的噪声低于75分贝。第六，环境适应能力强，零下25摄氏度至50摄氏度范围内均可稳定运行，可适应高原隧道施工环境。第七，变频控制柜制作材料性能优异且结构合理，能够达到高原隧道工程施工的防护要求，操控通风系统正常运行[2]。

2.低泄露通风管道

智能变频轴流风机的风管制作工艺不同于其他风机，由聚酯合成材料制作，强度高漏风低，使用寿命长无需频繁更换，且在制作中运用高频热合工艺，该制作工艺较为成熟，制作的风管性能稳定，在风管纬向间隔5厘米位置增设加强丝，以免高原恶劣的环境条件造成风管破裂。与此同时，为适应高原恶劣的施工环境，该风机在制作风管时采用PVDM表处技术，提升风机风管的强度，延长风机风管的使用寿命，符合该工程对风机风管的性能要求，使隧道施工区域通风状态良好，智能通风系统发挥应有作用，使用寿命可超过10年。实际检验发现，智能变频轴流风机的风管漏风率小于0.5%，磨阻系数小于0.017，经纬向扯断力不小于每50毫米5500牛，撕裂强度高于1400牛，且具有阻燃性，达到东达山隧道通风技术的应用要求，可用于该隧道工程的通风系统的搭建。搭建智能化通风系统的工作人员需重视风管的设计，检验风机风管的性能，确保其性能与施工通风需要相符，能够保证风机始终处于稳定运行状态。

3.控制系统

控制系统是智能化通风系统的重要组成部分，直接影响通风系统的运行效果，完整的控制系统应由以下几部分组成，确保控制系统可发挥其应有作用。第一，传感器，用于采集控制通风系统所需信息，包括可检测粉尘、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物与温湿度的传感器，为控制系统的运行提供充足的数据支持。第二，信息反馈机制，系统采集数据信息后对通风系统运行的合理性做出判断，随时结合施工区域环境调整通风系统的运行方式，控制隧道内的通风量，维护施工区域环境良好，不会影响施工的进度。第三，信息传输机制，将检测结果发送至智能终端设备，以便工作人员快速了解通风系统的运行状况，分析施工环境是否达到安全标准，调节通风系统的运行参数。智能化通风系统更符合该工程的通风需要，能够适应恶劣的运行环境，保证系统采集信息的准确性，取代人力完成通风系统的调节，响应速度显著提升，且通风系统的运行方式科学性增强，风机使用寿命长，不会增加隧道工程的施工成本[3]。

4.通风方案及风机布置

   第一阶段，开挖正洞和平导进口。正洞洞外布置一台高效轴流风机，平导洞外布置一台高效轴流风机 P-1 风机，连接直径为 2m 的低泄漏风管，向掌子面输送新鲜空气。掌子面回风速度设计标准不低于 0.25m/s。

                               第一阶段布置图

第二阶段，隧道掘进4公里后，风机挪入平导隧道内部。布置一台高效轴流风机 J-1 风机,连接直径为 2m 的低泄漏风管，向正洞掌子面输送新鲜空气。布置一台高效轴流风机 P-1 风机,连接直径为 2m 的低泄漏风管和三通，用 2 米直径风管向正洞超前开挖掌子面输送新鲜空气、1.5m 米直径的低泄漏风管向平导掌子面输送新鲜空气。三通之后，加装智能化风阀，用以控制风量。污风均从正洞排出。 掌子面回风速度设计标准不低于 0.25m/s。

                                 第二阶段布置图

结束语：综上所述，通风技术在隧道施工中发挥重要作用，高原地区施工环境复杂，工程人员合理运用施工技术可消除环境对施工的影响。工程人员需关注技术领域最新研究成果，学习先进的通风技术应用方式，适应高原地区的环境特点，不断创新通风技术的应用效果，保持隧道内空气质量良好，不会对施工人员的身体健康产生影响。

参考文献：

[1]畅燚.地铁隧道施工技术及瓦斯隧道通风安全风险控制[J].工程机械与维修,2022(06):168-170.

[2]王政松,陈智勇,王忠勋,等.高海拔深埋长隧道施工通风技术研究[J].国防交通工程与技术,2022,20(05):43-47.

[3]唐定胜.长大隧道施工通风降尘技术实践探讨[J].绿色环保建材,2021(04):124-125.