高寒高海拔高速螺旋式隧道施工中空气质量控制要点

高寒高海拔高速螺旋式隧道施工中空气质量控制

一、工程概况：卧龙沟：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2897-3195m之间，地质条件免杂，受地形影响，采用螺旅型睹遒，本睹

道为西北首条高寒高海拔高速螺旋型隧道，总转角近220。，由线最小半径为70()米。集中

升坡，进出口高差达58mo该隧道为分离式隧道，右线起讫桩号K6+008-K8+562.63,K

2554.63m,纵坡采用2.3%的单句坡；左线起讫桩号为ZK6+062-2K8+688,长2626m,纵坡采用

2.2%的单向坡。隧道进出口洞门采用端墙式洞门。隧道围岩等级长度左线为：V级1074米，

IV级1217,HI级323米:右线为:V级1062米，IV级1171,1H级320米。

二、小组简介：为了保证高寒高海拔高速螺旋隧道通风质量，大循总监办与2015年4

月26日成立了卧龙沟隧道通风质量管理小组，并积极开展了“高塞高海拔高速螺旋隧道通

风质量控制“的JQC活动。并干2015年11月28日完毕课题任务。

QC小组概况详见表1；

小组名称山西省交通建设工程监理总企业大循项目部高寒高海拔高速螺旋隧

道通风质量控制QC小组

组建日期2023年4月课题注册号

小组构成以现场监理人员为主平均TQC受教育100

时间

小组课题高寒高海拔高速螺旋隧道通风质量控制

课题类型现场理活动次数12

活动时间2015/4/26至2015/11/20出勤率100%

姓名性别年龄职务小组分工

杨军男企业副经理组长

王晋朝男项目总监副组长

程卫刚男40驻地监理组员

张跃军男42隧道监理工程师组员

王卫东男45隧道监理工程师组员

夏正年男45现场监理组员

刘晓鹏男32现场监理组员

潘国栋男31现场监理组员

三、选题理由

隧道作业的环境规定

隧道开挖采用钻爆法施工，洞内采用无轨装渣、无轨运送施工措施，在这种条

件下，通风排烟除尘是首要处理的问题，而螺旋式隧道由于平面曲线与纵向高差的存在，尤

其是进口上坡洞，再加上处在高原地区，施工通风成为工程中的一种重点难点，只有完善通

风方案，加强隧道通风管理，才能保证隧道内空气质量符合原则，才能为施工人员，作业人

员的职业健康安全提供保障，才能为项目减少成本，提高经济效益，才能有助于监理工作的

开展。

项目业主对施工作业环境的规定，保证施工现场作业环境到达国家规范规定的空气质

量原则减少和防止职业病。

项目监理的目H勺

3T树立我司的企业品牌形象，发明优质服务；

3-2消除由于作业环境差引起H勺不安定原因而导致的质量隐患和质量事故。

4、监理服务目的的技术积累

4-1保证我司在青海口勺“AA”信誉评价，开拓监理市场积累监理经验，提高监理人

员的管理水平、服务能力，为相类似H勺监理工作提供技术基础.

现实状况调查

2023年11月，QC小组针对目前隧道施工的现实状况、作业环境的空气质量、以及海

拨高度与大气压力关系，采用既有通风方案的缺陷及成本进行了初步的调杳、分析记录。

海拨高度5)与大气压力(kpa)关系图表

海拨高

16002023260030003200340036003800400044005000

度＜m)

大气压

6.1195.8455.4235.1585.0314.9034.7764.7764.5314.3053.972

力(kPa)

47隧道施工进度、内部环境，线形。

卧龙沟1#号隧道进口自2015年04月26日，出口自2014年11月28日，开始

施工。进I」方向通风由于处在上坡段，左洞纵坡2,2%,曲线半径，R=1255m,右洞纵坡2.3%,

曲线半径R=1288m,增长了排烟通风H勺难度，出口方向通风曲线半径R=700m.风损更大，总监

办对项目部编制施组中的通风方案进行了审核，经对比分析采用如下方案。

第一阶段：隧道在掘进600米以内时采用两台110KW轴流式通风机，采用串联压入式

通风，风管直径WUUmm,拉链式安装。第二阶段，隧道掘进到600—IU00米时在洞内增长1

台110KN轴流式风机作为接力式风机，第三阶段掘进不小于1000米时采用永久实行与临时

设施相结合安装洞内射流风机。

洞内同步工作最多人数按50人/工作面考虑;

洞内容许最小风速Vmin=0.15m/s；

洞内每人供应新鲜风4m3/min；

内燃机械设备作业供风量3m3/（minKW）；

风管平均百米漏风率为0.01，风管摩阻系数为0.01。

重要计算公式

洞内最多人数控制风量：Ql=4*k*m（4一洞内每人每分钟供应新鲜风量、k—风量备用系

数1.15—1.25、m一洞内同步工作最多人数;

最低容许风速控制风量：Q2=60*S*V（60-分钟与秒的换算'S一断面面积、V-最低容许

风速）

一次性爆破所需要排除的炮烟量：Q3=7.8/t.3/VA（SL）2

（t一通风时间、A-一次性装药量、S一断而面积、L一通风段长度）

内燃机械设备总功率控制风量：Q4=W*0.7*3（w-内燃机总功率、0.7—机械设备运用

率、内燃机械设备作业供风量）

洞口风机风量：Q=Qmax/（l-p）L/100（8一百米漏风率）

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=Eh动+Eh沿+Eh局（h动一管口动压一般按50pa考虑、h沿-沿程压力

损失、h局-为沿程压力损失V、J10%）

风机、风管选型

通过计算，决定选用天津风机厂生产TZ63T2.5型子午加速风机（风量：1800m3/min,

全压2800Pa,电机功率UOKN）及由1.6m通风软管（全断面衬砌台车上加工固定钢管，软

式通风管过台车时由此换接渡过）。

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1000m安装一台射流风机辅助通风，加

速洞内浑浊空气排出。通风布置见下图。

第一分风机安设在距洞口20〜30m处，第二台风机安设在进洞800米处。在第一台风

机800m出风口处采用薄铁皮加工一种与风带直径相似长度2.0m的圆筒，圆筒与第二台风机

进风口距离为1.5〜2.2nl（该范围为通风真空地带，根据现场实际状况，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。

直径1.5米软质风管

1.5-2.2m

第一台轴流风机第二台轴流风机

薄铁皮制作的圆筒长度2.皿/

陵底

■

A处连接图

由于隧道施工采用H勺内燃设备较多、功率较大，运送车辆排放的尾气量很大，隧道开

挖产生日勺有害气体和粉尘也较多。为了防止对施工人员和大气导致危害，对洞内排出的污风

进行空气质量监测，假如发现不符合排放原则，及时采用有效的处理措施，以满足环境保护

的规定

水幕降尘器降尘。水幕降尘器具有喷水颗粒细，产雾量大，可以封锁整个隧道断面.，

除降尘外还可以吸取易溶于水口勺有害气体（S02、NH3等）。在距工作面40m距离设置三道

水幕（每道水幕间距5m）,水幕降尘装置安在边拱匕爆破后5min打开水幕开关，降尘20min

左右停止。

水幕布置示意图

4.3、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。

隧道内尘毒监测记录（爆破后通风前）

监测部监测指标

位掌子C0S02NON0202CH4湿度温度游离结论

面Si02

K7+200253.22.82.216无78241.8不合格

K6+800202.22.41.818无70221.6不合格

K6+400151.81.61.619无75221.4不合格

隧道内尘毒监测登记表（爆破后通风30min）

监测部监测指标

位学子COS02\。N0202CH4湿度温度游离结论

面Si02

K7+200251.12.01.218无7K191.1合格

K6+800200.72.21.021无68201.2合格

K6+400150.60.90.820尼72220.6合格

隧道出渣过程中空气

监测部监测指标

位学子C0S02NON0202CH4湿度温度游离结论

面Si02

K7+200231.01.8I.120无76201.0合格

K6+800180.52.00.921X68210.9合格

K6+400150.50.70.723无72220.4合格

4.4、采用既有方案的缺名及成本。

采用既有的通风方案耗电量大，通风耗时长，人工成本高且通风效果不好。影响施工

进度。

活动目的

1.通过选择最佳的通风方案，减少风损、减少风阻、提高通风效果,

2.缩短通风时间、减少施工成本，使得工作环境空气质量短时间内到达规定目口勺，利

了发明优良工程。

可行性分析

1.有利条件：a有丰富的工程施工经验，优秀的专业监理队伍，b隧道渗水大有助于降

尘。

2.不利条件：a隧道长，需投入的人力物力时间较长,b安全隐患多。

六、原因分析

目的确定后，QC小组通过广泛搜集通风班组及现场各方意见，并召开专题会议针对现

场实际状况，进行分析，绘制效果分析图如下：

।3।

□高

寒

高

海

拔

高

速

螺

旋

型

长

大

隧

道

通

风

效

果

高寒、高海拔、高速螺旋型隧道长度大支

高寒高海拔高速螺旋型长大隧道通风效果

七、要因确认

根据QC小组对现场的观测、分析、得出几条对高寒、高海拔、螺旋型长大隧道通风

效果的影响原因，并形成要因确认表:

序号原因原因分析结论

通风设施未严格按照工艺现场管理力度不够、原则规定执行

1★

原则操作差

通风班人员工作责任心不强，人员

2通风管的维修保养不到位△

配置局限性

对作业人员的管理不到位、思想教

保护通风设施的意识不强、育不够,保护成品意识不福,丁人

3△

施工过程中损坏通风管在施工过程中不注意保护现场通风

设施

多台大功率内燃机械工作排放大量

内燃机械产生大量污浊空

4的尾气，机况不好或维修保养不力，★

气

将会排放更多H勺废气

软式通风管所受的通风损失和局部

5通风软管风损、风阻大△

阻力，尤其对于螺旋隧道明显增大

风管与风机接头、风管拉链式接头

6风口或接头不严△

处不严导致一定口勺风量损失

通风效果重要取决于风机选型和米

7管道式通风方案★

用方式

8钻爆法开挖爆破作业中产生大量H勺粉尘和炮烟★

大气压力减少、氧气含量减少、内

燃机械降效，故对总风量规定大

9高寒、高海拔★

冬季通风影响洞内温度，必要时采

用升温措施

洞内路面粉尘多，车辆行驶过程带

10洞内文明施工△

起的扬尘

二衬台车使该处的通风净断面减

11二衬台车内制约小，通风管穿过形成俩处拐弯，不★

利于排烟

需要通风的巷道长度大，平曲线增

隧道长度大且为螺旋式（平

12大风管风阻、风损，上坡洞排烟难★

面为曲线、纵向降高差）

度增大，通风时间长

要因：★非要因：△

八、制定对策

QC小组通过对匕述几项要因进行专题研究，制定了如下对策:

对策表

序号原因采用措施负责人时间

加强L艺原则的交底和培训教

通风设施未严格按工艺原

1育，加强现场管理的力度，维护

则设置

工艺原则H勺严厉性

定期对挖掘机、装载机及运送车

辆进行检修，加强保养，保证机

内燃机械产生大量污浊空

2况良好，在内燃机尾气排放口安

气

装净化妆置，最大程度减少废气

排放量

合理减少一次装药量，设置水幕

钻爆法开挖产生粉尘与炮降尘器，用于放炮后的封闭隧道

3

烟断面和喷雾洒水、冲洗岩面，减

少粉尘

根据通风效果及进度状况确定分

4管道式通风方案阶段通风方案实行的时间，及时

实行

采用在台车上设置硬质管，台车

两头采用可调整长度的伸缩风管

5二衬台车日勺制约过度，减少风阻、减少风损，同

步在该处增长两台射流风机，加

速该处H勺风流

增大风压，采用洞口2台风机串

联，尾段永临结合混合式通风，

隧道长度大且为螺旋式（平风管吊挂平直，拉紧吊牢，不出

6

面为曲线、纵向降高差）现褶皱，定期测试通风量、风速、

风压，检查通风设备的供风能力

和动力消耗

九、对策实行

根据对策表中的措施，由对应负责人负责实行，组长、副组长监督执行状况，并在预定

F1期内完毕。

实行一、

为提高通风管敷设的质量，规范施工行为，组织通风班组人员重新进行培训，把通风管

规范敷设的重要性加以宣贯，并对施工措施、工艺原则规定再次交底，使每个人明确工作H勺

原则和做好此项工作口勺重要性。同步加强现场管理，制定奖罚措施，让班组口勺效益与工作质

量拄钩，加强操作人员的责任心。

实行二、

加强挖掘机、装载机及自卸车等多种内燃机械的平常保养工作，定期进行检查维修，保

证机况良好，并对内燃机进行改良，设置净化妆置，净化排放不达标的机械不得进洞，尽量

减少废气的排放量。

实行三

在满足规定的前提下合理减少一次装药量，减少由于爆炸分解口勺一氧化碳、二氧化氮。

设置水幕降尘设备，用于放炮后装渣中封闭隧道断面和喷雾降水，冲洗岩帮，以减少粉尘减

少污浊空气。

实行四、

根据通风效果及进度状况，加强通风效果监测，确定分阶段通风方案实行的时间，及时

根据实际状况调整实行。

实行五、

由干二衬台车的影响.通风管通过此处时.弯度较大.风阻大.风损大c因此在台车卜

要设置硬管通过，两头设置可调长度口勺伸缩管平顺过度，以减少风阻减少风损。

实行六、

增大风压，采用洞口两台风机串联，中间风机接力，尾段永临结合混合式通风，风管吊

挂平直拉紧吊牢、不出现褶皱。定期检测通风量、风速风压，检查通风设备的供风能力和动

力消耗。

十、效果检查

10.1空气质量

卧龙沟I#隧道洞内空气质量检测的成果表明，采用新的通风措施，效果明显。隧道内

空气质量符合公路陵道施工技术规范JTGF602023中表-1和表13.0.12H勺规定规定“

表-1工作场所空气中有毒物质容许浓度（mg/m3）

中文名(CASNo.)MACTWASTEL

二氧化氮—510

二氧化硫—510

二氧化碳—900018000

一氧化氮—1530

一氧化碳

非高原—2030

高原

海拔2023—3000m20——

海拔＞3000m15——

注：MAC-时间加权平均容许浓度（8h）；TWA.最高容许浓度，指在一种工作日内任何时间都不应超

过的浓度；STEL-短时间接触容许浓度（15min）.

表.2工作场所空气中粉尘容许浓度（mg/m3）

中文名(CASNo.)TVVASTEL

白云石粉尘

总尘810

呼尘48

沉淀SiOM白炭黑）（总尘）510

大理石粉尘

总尘810

呼尘48

电焊烟尘（总尘）46

沸石粉尘（总尘）510

硅灰石粉尘（总尘）510

硅藻土粉尘

游离竽。2含量＜10%（总尘）610

滑石粉尘（游离Si（）2含量V10%）

总尘34

呼尘12

煤尘（游离Si（h含量V10%）

总尘46

呼尘2.53.5

膨胀土粉尘（总尘）610

石齐粉尘

总尘810

呼尘48

石灰石粉尘

总尘810

呼尘48

石墨粉尘

总尘46

呼尘23

水泥粉尘（游离SiOz含量V10%）

总尘46

呼尘1.52

炭黑粉尘（总尘）48

矽尘

总尘

含10%—50%游离Si（）2的粉尘12

含50%—80%游离Si（h粉尘0.71.5

含80%以上游离SKh粉尘0.51.0

呼尘

含10%—50%游离SiO>0.71.0

含50%—80%游离SiOj0.30.5

含80%以上游离Si（）20.20.3

其他粉尘