长大隧道最佳通风方案_长大隧道通风方案

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长大隧道最佳通风方案

中铁隧道集团一处

周正华

随着我国经济建设的发展和西部大开发力度的进一步加大，各项相关的基础设施建设与此同时得到了迅猛发展；而在各项基础设施建设中，作为公路建设和铁路建设很重要的一部分的隧道施工作业中，长大隧道的通风问题作为施工作业中很重要的一部分，通风效果的好坏直接会影响到整个隧道施工的空气质量，进而影响到各个作业面施工人员的人体健康，而通风方案的选择是影响通风效果好环的直接决定因素，在对具体通风方案的选择上，技术上存在的问题是长期以来需要攻克的的重点和难点，在长期的现场工作中经过对实际运用中的各种方案的比较和技术上的论证，我认为采用以下方案可以使通风效果达到最好，现将我的论证依据归纳如下：

一、存在的问题

从目前来看，现在大多数山岭隧道施工主要是采用新奥法进行施工，其主要特点是根据隧道围岩的变化，及时调整隧道施工工艺的一种动态施工管理方法，它主要是通过加强隧道开挖支护，使围岩稳定几乎不再变化后，才进行砼衬砌施工（除在Ⅰ、Ⅱ类围岩施工中，衬砌砼是要作为受力载体而进行砼施工外），根据这种施工工艺方法，在长大隧道施工中若没有一个好的隧道通风方案，必将存在着极大的施工质量隐患和安全隐患，处理不好的话很容易造成安全质量事故，同时还会加大动力机械设备的耗油量，造成内燃机机械燃烧不充分，产生大量有毒的一氧化碳气体，加大机械设备的磨损，降低机械设备的使用寿命。

这是因为若没有解决好长大隧道通风问题，必然导致在隧道施工中隧道中的空气浑浊，尤其是隧道开挖掌子面空气浑浊，光线不够明亮，造成隧道开挖施工中开挖工人和工程技术人员无法准确掌握隧道掌子面围岩的变化情况；一方面使我们的工程技术人员无法根据隧道围岩变化而及时调整隧道开挖支护工艺，而导致隧道塌方质量事故；另外一方面使我们的开挖工人在开挖施工中无法看清隧道顶部围岩的松动情况，而导致隧道顶部岩石下落伤人的安全事故。

同时由于隧道中的空气浑浊，使我们的隧道监测人员无法对已开挖支护成型的隧道进行准确的量测，进而使我们无法掌握隧道已开挖成型部分的围岩变化情况----甚至隧道可能已出现细微的裂缝，我们却没有掌握隧道业已变化的实际情况，造成没有对出现裂缝段的隧道进行加强支护，导致隧道坍塌和人员伤亡的安全质量事故。

另外如果隧道中的通风不够良好，空气浑浊；将会导致我们在隧道施工当中不得不进行长时间的通风，从而浪费大量的电力能源，使工程施工成本进一步加大；以单个隧道施工为例：起动一台110KW通风机，每小时耗电量为110KW，以一台通风机每天比最佳通风方案至少多工作8时计算，一台通风机每天电力要多消耗880KW，按每度电0.5元计算,则每天要增加440元,每月消耗则至少增加13200.00元,则一年消耗要多增加16万元左右,尤其在当今全国性电力普遍缺乏的情况下，电力供应紧张与工程施工之间的需求矛盾进一步加大，又制约了工程施工进度,同时由于隧道通风效果不够理想,造成工程施工的人员工作效率降低,机械设备的磨损加大,机械设备的利用率降低,进一步加大工程施工成本。

二、长大隧道通风问题的解决办法

根据流体力学原理以及热力学原理和我们的实践经验相结合来谈谈我对长大隧道的通风方案观点以供大家参考： 根据隧道施工的实际情况，我们可将隧道通风的过程看成是一个绝热的过程，空气在隧道中的流动是一种稳定流动----也就是说流道（隧道）中任何位臵上流体速度及其它状态参数都不随时间而变化，且流入与流出系统的质量是相等的；其方程式可表示为：

ΣEī=U1+p1V1+m1c12/2+m1gz1+Q，ΣEē=U2+p2V2+m2C22/2+m2gz2+Wsh

其中p1V1、p2V2----流体流入、流出系统的流动功，M1c12/

2、m2C22/2-----流体流入、流出系统的动能，M1gz1、m2gz2-------流体流入、流出系统的位能，Wsh------传出系统的轴功；

在隧道通风中我们可近似的将流体看成一个绝热的过程，所以m1gz1、m2gz2看成相等；根据热力学第一定律----系统中能量即不能增加也不能减少，只能以各种形式的能量进行转移和转换，故得出以下结论：U1+p1V1+m1c12/2+m1gz1+Q= U2+p2V2+m2C22/2+m2gz2+Wsh 22也就是p1V1+m1c1/2= p2V2+m2C2/2，V=CS, 其中 C为流体的速度,S为流体通过的隧C道撑子面c图1横截面积；根据动量守恒定律,我们可以近似的将隧道撑子面看成为一个等压、等温绝热的过程----即P1=P2，22故PC1S1+m1c1/2= p C2S2+m2C2/2 ；且C1、C2方向相反，如图1所示：

根据以上所诉，下面就长大隧道的通风问题谈谈我的看法：

1、单线长大隧道通风方案

根据单线长大隧道的施工特点，为了不影响其他工序的施工达到最佳通风效果，我们将采用两台或两台以上的对旋式轴流风机进行通风；具体布局如下：1）在隧道洞口安装一台对旋式轴流风机直接对隧道撑子面进行压入新鲜空气，同时在模板衬砌台车前（靠近撑子面端）安装一台对旋式轴流风机将隧道撑子面的放炮后的有毒空气以及喷浆时产生的有毒空气吸出隧道作业面；这样可以避免许多隧道施工在模板衬砌台车段很难排出有毒气体的缺陷，达到加快隧道内空气流动，使隧道中的有毒气体迅速排出隧道的目的。详情见下图2

形成涡流模板为衬砌台车处 图 2 在以往的单线长大隧道通风效果不好的主要原因是隧道模板衬砌台车处的通风问题不好解决，这是因为在模板衬砌台车段，模板衬砌台车就类似一块档板，大大减小了风量通过隧道的有效面积，如上图所示：根据动量守恒定律：M1C1=M2C2+M3C3；以及热力学原理，隧道内的有毒气体在模板衬砌台车处（靠隧道撑子面一端）很易形成涡流，进而造成有毒气体，排不出去，为了解决这一难题，我们在衬砌台车前约10M处，安装一台对旋式轴流通风机，将模板衬砌台车处有毒气体反吸出隧道，整条隧道的主要通风方式如下图3所示：

新鲜空气轴流通风机隧道开挖面有害气体轴流通风机图32、双线长大隧道通风方案

依据隧道设计和施工的实际情况，例如隧道何处设有紧急停车带，何处设有紧急通车道等，结合现有的实践经验，我们对隧道通风方案做了如下布局：

两台射流 通风机123隧道1两台轴流通风机横 冲 道11横 冲 道223隧道2隧道开挖撑子面双线长大隧道通风方案如上图4所示，在隧道1洞口处安装两台射流通风机将洞外新鲜空气压入隧道中，若隧道开挖时，将两台对旋式轴流通风机安装在靠近开挖掌子面最近的一个横冲通之间的所有横冲通

1、横冲通

2、……横冲通n均进行封闭处理，不让空气相互流动，这样整条隧道通风就近似为下图5所示：

引风机两台射流 通风机隧道1两台轴流通风机图4隧道开挖撑子 模板隧道2衬砌台车处面

图5 若隧道过长，则在两台射流通风机及两台对旋式轴流通风机间安装一台引风机，以增加通风效果，具体的空气流动可分解为隧道撑子面一段，另外可分解为横冲通一段，隧道撑子面一段在前文已有叙述，此处就不在重复，而隧道横冲道一段空气流动具体方式如下图6：

隧道1隧道2开挖撑子面

图6

根据动量守恒定律：m1v1+m2v2=m3v3，m3v3+m4v4=m5v5

而依据能量守恒定律：1/2m1v12+1/2m2v22=1/2m3v32，1/2m3v32+1/2m4v42=1/2m5v52 即m1v12+m2v22=m3v32，m3v32+m4v42=m5v52 所以此种通风方式的最终结果为两条隧道开挖撑子面到离撑子面最近一条横冲道段的空气都得到净化，其中一条隧道如上所述的隧道1，其空气一直保持新鲜干净，而另外一条隧道如上所述的隧道2，其空气一直较差，在长大隧道施工中，引风机的位臵应当常移动（往撑子面前移动），为了加大空气的流动，提高空气的质量，我们可以在隧道2衬砌台车，靠撑子面一端前约为10m处（类似单线长大隧道施工一样）安装一台对旋式轴流通风机，加大空气流动，将有毒气体迅速排出隧道2。

通过对以上方案各方面分析认证以及现场投入使用的效果来看，采用以上方案可以大大提高隧道中空气的清洁度和隧道的通风效果，达到将长大隧道中有毒气体和混浊空气迅速排出洞外的目的，是目前长大隧道施工作业中的一种最佳通风方案。

参考文献：

1、机械工业出版社出版的《气压传动及控制》

2、机械工业出版社出版的《机械工程师手册》

联系地址：浙江省慈溪市掌起镇长溪村中铁隧道集团一处二公司

邮编：315313