隧道施工通风技术

长大隧道施工通风技术一、隧道施工作业环境的卫生标准大家知道隧道施工中,洞内有害气体的来源主要有钻眼粉尘、爆破烟尘、运输汽车尾气及汽车扬尘、喷射砼粉尘、水雾、瓦斯、氡等有害气体以及高地温环境等,为了使施工人员的健康得到保证,为保证顺利施工,必须采用通风的方法来加以解决1.1氧气含量坑道中氧气含量按体积计不应小于20%。1.2气温坑道内气温不宜高于30。1.3有害气体浓度一氧化碳(CO)一般情况下不大于30mg/m3,特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，可为100mg/m3,但工作时间不得超过30min;二氧化碳(CO2)按体积计不得大于0.5%;氮氧化物(NO2)在5mg/m38mg/m3以下;甲烷(CH4)按体积计不得大于0.5%。1.4粉尘浓度含10%以上游离二氧化硅的粉尘,每立方米空气中不得大于2mg;含10%以下游离二氧化硅的矿物性粉尘,每立方米空气中不得大于4mg。1.5噪声施工噪声不宜大于90dB。此外该规范还规定,隧道施工通风应能满足洞内各项作业所需的最大风量。风量按每人每分钟供应新鲜空气3m3计算,采用内燃机械作业时,1kW供风量不宜小于3m3/min,风速在全断面开挖时不应小于0.15m/s,坑道内不应小于0.25m/s,但均不应大于6m/s。二、机械通风的方式一般隧道施工通风方式主要有排风式(或抽出式)、送风式(或压入式)、送排混合通风方式、利用辅助坑道通风等4种方式。在公路隧道施工中由于经济方面的原因,较少采用辅助坑道通风这种方式。2.1排风式(或称吸出式)通风该方式是将吸风口置于工作面附近,通过风机将废尘废气等有害物质吸出并排到洞外,而洞外新鲜空气则顺坑道进入洞内。这种方式的优点在于能及时排走污染物,不会污染已建洞身;缺点是必须经过较长时间工作面才能得到较多的新鲜空气,作业人员不能及早进入工作面,从而影响到下一工作循环的快速展开。2.2送风式(或称压入式)通风该种方式是将风机置于有新鲜空气的地方(一般离开洞口一定距离),通过管道直接将新鲜空气压送到工作面附近,从而将污染物排出洞外。此方式的优点是工作面能在较短的时间内得到足够的新鲜空气,有利于下一工作循环的尽早展开,从而提高工作效率,得到较高的经济效益。其缺点是:污染物从全洞断面排出,对已完洞身将造成污染,并对后续的其他作业如锚杆打设、喷浆、防水层的施作、二次砼衬砌等有很大的影响。2.3送排混合通风方式送排风方式兼有以上两种方式的优点,即有一路为压入式通风,主要作用是送入新鲜空气;另一路为排风方式,主要作用是吸出污染物,从而达到快速降尘的目的。它的缺点是必须在洞内同时铺设两路风管,在洞内狭小的空间内将会干扰施工运输、砼衬砌等其他作业的开展,同时,风管管路的续接、维护工作量大大增加。因此,一般只在隧道很长、对通风要求高以及希望加快施工进度等情况下才考虑使用。三、机械通风的设备隧道通风方案的关键在于通风系统的设计是否合理、风机与通风管的能力能否互相匹配。如果片面追求高效率、大风量的风机,而风管的直径小,阻风系数高,漏风严重,则决不会取得好的通风效果;另一方面,若风管直径较大,而风机风量小,风压太低,也难以保证通风能取得良好效果。3.1通风机目前的通风机有子午加速式轴流通风机、对旋式轴流通风机、变特性隧道轴流风机等。由于变特性风机价格较高,目前采用较少。通过晋阳高速公路、晋焦高速公路两条高速公路隧道施工的实践,从使用效果看,对旋式轴流通风机不失为一个好的选择。3.2风管我们对风管的要求有:风阻系数低,漏风率低,合适的直径。通常风管可分为维尼龙胶布风管、镀锌薄钢板风管、玻璃钢风管等。由于玻璃钢风管、铝合金板风管造价昂贵,运输和存放困难,加工、接长不便等,因此较少采用,除在排风式(或吸出式)通风情况下必须采用刚性风管外,一般送风式(或压入式)通风全部采用维尼龙胶布风管,它具有运输存放容易和方便、接长简单(用拉链即可连接),其他施工作业时可方便地挪移等优点。四、通风方式选择4.1 自然通风在气压、温度和自然风力等各种自然因素的作用下，使空气获得能量，并沿并巷流动的现象，称为自然通风。而借助于自然因素产生的使空气流动的能量，称为自然风压。由于温度随四季变化的地表空气进入井下必与各种热源进行热交换，致使井下的空气密度不断发生变化，造成进回风两列空气柱的重力不平衡。因而产生能量差克服通风阻力，推动气流沿井巷流动。产生的能量差就是自然风压，其大小主要取决于进回风两侧空气的温度差和井巷深度，空气温度对其影响较小。温差越犬、井巷越深，自然风压越大。自然通风方式因受自然条件和施工方法的影响和限制很大，所以在隧道施工中很少应用，主要应用于矿山开采的井巷工程和部分短隧道的运营通风中。选择此方式通风必须掌握气候条件和自然风压的变化规律，防止风流反向。此方式一旦得以应用对于节能是非常有利的。另外，有些极短的隧道开挖完全依靠空气扩散来换气通风，此方式换气时间长，一般不宜采用。4.2 机械通风机械通风包括多种方式，一般根据隧道的长短、是否存在辅助坑道和自然地质条件来选择不同的通风方式。4.2.1 管道式通风管道式通风考虑到漏风和风阻的变化影响，一般只适用于独头通风较短的隧道，可供选择的方式有三种。即压人式、抽出式和混合式。4.2.1.1 压人式通风其布置如图2所示，风机和启动装置安装在距离隧道口30m以外的新鲜空气处，风机把新鲜风流经风管压送到开挖工作面，污风沿隧道排出。此通风方式采用的是柔性风管，成本比较低，但其缺点是污风经整条隧道后排出洞外。一般无轨运输施工的隧道多采用此通风方式。4.2.1.2抽出式通风其布置如图3所示，风机和启动装置安设在距隧道口30m以外的下风向，新鲜风流沿隧道流入污风经风管由风机抽出。此通风方式将工作面的污风直接经风管抽出洞外，保证了整条隧道的空气清洁，对保护人体健康有利，较适用于有轨运输施工的隧道。但其缺点是采用刚性风管，并且在瓦斯隧道中需要配备防爆风机，成本比较高。另外，与抽出式相仿的使用柔性风管的通风方式还有压出式，如图4所示，但此方法在开挖时风机随工作面的推进需不断前移，并且放炮时飞石易击坏通风设备，一般不宜采用。4.2.1.3混合式通风它是由压人式和抽出式联合工作，兼有二者的优点，具体的布置方式又分为长压短抽方式和长抽短压方式，而后者又分为前压后抽式和前抽后压式。 长压短抽方式如图5所示，以压人式通风为主，靠近工作面一段用抽出式通风，抽出式通风要配备除尘装置。一般用在开挖工作面粉尘特别多的工点，主要使用柔性风管，成本较低，但除尘器要经常随风管移动，并且增大了通风阻力，除尘效果差时，未除掉的微尘和污风会使全巷道受到污染。在隧道施工中很少应用此通风方式。 前压后抽方式如图6所示，以抽出式通风为主，靠近工作面设一段压人式通风。此通风方式可使整条隧道不受烟尘污染，但主要使用刚性风管，成本较高。此通风方式也较适用于有轨运输施工的隧道。 前抽后压方式如图7所示，以抽出式通风为主，抽出风管口靠近工作面，巷道中设一段压人式风管，其出风口在抽出风口后面。其优缺点与前压后抽式相同，只是此通风方式一般在井巷工程中应用。在混合式通风中，压人式风机的风量要比抽出式小，有时可用引射器代替；为避免污风循环，压人式风机进风口距抽出式风管吸风口(或压出式风机吸风口)的重合距离不得小于10m，并且尽量使排出的污风处于下风向。各种通风方式的风管口距工作面距离都较近，放炮时经常炸破风管，装拆和维护风管很麻烦，目前还没有很好的解决办法。以上所介绍的通风方式可根据投入的资金和设备不同、通风所要达到的要求和地质条件(是否存在易燃、易爆、有毒、有害气体等)的不同来进行合理选择。4.3 巷道式通风巷道式通风主要是针对在长大隧道施工中开设有各种辅助坑道的情况，如平行导坑(简称平导)、斜井、竖井和钻孔等。如果没有辅助坑道，施工通风只能选择前面所介绍的几种管道式通风；如果设有辅助坑道，则施工通风就要针对不同的辅助坑道并根据施工方法和设备条件等选择不同的通风方式。充分利用辅助坑道进行施工通风，将会大大缩短独头通风的距离，降低施工成本。a利用斜井、竖井或钻孔进行施工通风如图8和图9所示，为斜并施工通风示意图。在图8中采取混合斜井进风，抽出式通风，设有两道风管分别通向两个开挖工作面，风机和启动装置可设在井口之外。也可串联在井底或隧道内的风管中间。混合斜井也可采用压人式通风，但均以斜井内排除的污风不回流至隧道内为宜；图9为主、副斜井通风布置，通风机均布置在主斜井并底，并且新鲜风流经主斜井压人隧道工作面，主斜井井底还设有辅助风门，平时关闭，过往运输时打开，工作面产生的污浊空气由副斜井排出。为使隧道内空气状况更好些，此处也可应用到抽出式或混合式通风，将抽风机安设在副斜井内即可。竖井或钻孔的通风布置与斜井基本相似，这里不再赘述。需要特别指出的是，当隧道与地面的高差较大或竖井(或斜井或钻孔)井口与隧道口的标高差较大时，可以利用自然风压通风，不用安设抽出式风机，如图10所示。但由于自然风压随季节和地面气候变化较大，此方式要慎重采用，多数情况下必须安设抽出式风机，且风量应大于压人式风机的风量。b利用平行导坑进行施工通风正洞与平导开挖初期还没有横通道联通时，其通风与管道式通风相同，均为独头通风。当开挖到一定长度，正洞与平导通过横通道联通时才能形成一个完整的通风系统，如图11和图12所示，为渝怀铁路圆梁山隧道施工过程中的通风示意图。在图11中新风由平导流人，平导内产生的污浊空气经3通由正洞排出。这里的通风系统采用了射流通风技术，在平导中2通与3通之间布置了两台射流风机，利用其射流、卷收和诱导作用使巷道中的气流升压，将工作面产生的污浊空气压人3通，再经正洞排出。0通是为方便运输而开设的，为防止污风循环采用了小功率射流风机进行封堵。此通风方式中风机是随着前面横通道的贯通逐渐前移的，后面的横通道可根据需要选择射流风机、风墙、风帐或风门封堵，应尽量减小漏风、避免发生污风循环，为了有利通风和方便施工，一般风机都安设在平导内，即平导进风、正洞回风。此通风方式通过利用平导大大缩短了风管的长度，降低风阻和漏风率、保证充足的风量；其缺点是正洞长期处于污风之中。要改善这种状况，可增加除尘装置或将前面介绍的混合式通风（