浅议公路隧道施工通风设计

隧道施工通风是整个隧道施工管理工作中极其重要的一个环节, 它不仅影响施工环境质量, 而且也直接关系施工进度。因此, 隧道施工通风应作为一个重要问题而摆在各级施工管理部门的议事日程上, 完善和创新管理模式, 从而使其走向规范化的轨道上, 为确保施工进度, 保障施工人员的健康创造一个良好的施工环境。

一、通风方式及其应用

1、通风方式分类

通风方式根据隧道长度、施工方法和设备条件确定,分为自然通风和机械通风两种。自然通风既利用隧道内、外的大气压差进行通风,无需机械设备;机械通风是采用风机为动力,配以风筒送、排风的通风方式(压入式通风、抽出式通风、混合式通风)。机械通风两种基本方式(压入式通风和抽出式通风)见隧道施工基本通风方式图(图1);混合式通风是两种基本通风方式相配合使用,分为长压短抽式、长抽短压式(前压后抽式、前抽后压式)。各自的适用性及优缺点如下表1。

2、通风方式选择要点

通风方式的选择应针对污染源的特性进行,在选择时应注意以下几点:

（1）自然通风因其影响因素多、通风效果不稳定且不易控制,尽量避免使用。故除短直隧道外,有轨运输隧道宜采用吸出式或混合式通风,无轨运输隧道宜采用压入式或变换式通风。

（2）压入式通内能将新鲜空气直接输送至工作面,有利于工作面施工,但污染空气将流经整个坑道,若采用大功率、大管径设备,该通风方式适用范围较广。

（3）吸出入通风的风流方向与压入式相反,但其排烟速度较慢,且易于在工作面形成炮烟停滞区,故一般很少采用,因此,常在工作面处另设局扇以构成混合式通风系统。

（4）混合式通风具有压入式和吸入式的优点,但管路、风机等设施增多,在管径较小时可采用,若有大管径、大功率风机时,其经济性不如压入式。

（5）有平行导坑施工的隧道应采用巷道式通风,其通风效果主要取决于通风管理的好坏。

二、施工通风控制条件

1、粉尘浓度

含有10% 以上的游离二氧化硅( sio2) 的粉尘应小于2mg/ m3, 含有游离二氧化硅在10% 以下时,水泥粉尘不大于6mg/ m3。

2、一氧化碳的浓度

根据有关规范规定: 空气中一氧化碳体积浓度不大于0. 0024% , 施工人员进入开挖面时, 浓度可允许到100mg/ m3( 称为进入浓度) , 但施工人员进入开挖面后30min 内, 浓度应小于30mg / m3 ( 称为允许浓度) 。

但规范并未对柴油机进洞后的co 浓度做出单独规定, 因此, 在实际施工中, 常常不分情况一律采用允许浓度30mg/ m3。笔者认为, 关于开挖面co的浓度问题应主要根据出碴运输方式来确定。若采用有轨运输, 则完全可以避免废气的生成, 那么在通风量计算中, 由于爆破时所产生的废气浓度随时间的增加而减少。一般采用进入浓度100mg/ m3, 并在进入后废气浓度降至30mg / m3。而当采用无轨运输时, 洞内使用的内燃施工机械排放出大量废气,这时, 废气浓度的特点是开始逐渐上升, 经过一段时间后相对稳定在最大值数小时, 出碴结束后废气浓度逐渐减小, 因此, 不能再采用允许浓度30mg/ m3,参照国外及我国冶金矿山安全标准采用进入浓度125mg/ m3, 允许浓度62. 5mg/ m3 较合适。同时考虑到在全隧道实行同一标准的难度, 应对隧道内的不同地段实施不同的标准。笔者认为对隧道内主要施工地段采用co 允许浓度, 对于其他地段采用co进入浓度。从而在保证满足施工环境的前提下, 减少需风量, 降低施工成本。

3、氮氧化物浓度

一般要求氮氧化物的体积浓度不大于0.00025% , 重量浓度不大于5mg / m3。

4、洞内空气成分( 按体积)

凡有人工作的地点, 氧气的含量不小于20%,二氧化碳的含量不大于0. 5% 。

5、洞内风量要求

每人每分钟供应新鲜空气不小于3m3。

6、洞内风速要求

一般要求洞内风速不小于0. 25m/ s, 且不大于6m/ s。

三、施工通风量计算

在隧道施工通风量计算方法的研究中, 出现了多种不同的观点, 提出的计算方法也各不相同。根据我国多年来隧道施工经验, 洞内供风量的计算应从以下三个方面通盘考虑, 分别计算出各种情况下的通风量, 取其最大值即为工作面所需风量。

1、按洞内同时工作的最多人数计算

根据洞内工作面施工人员人数及洞内风量要求, 一般采用下式计算通风量:

q= q.m.k

式中: q 为洞内通风量, ( m3/ min) ; q 为每人每分钟呼吸所需空气量, 通常取q= 3m3/ min; m 为洞内同时工作的施工人员数量; k 为风量备用系数, 一般取k= 1. 15。

2、按压入式通风降低有害气体浓度计算

根据压入式通风把工作面爆破产生的有害气体浓度降至允许浓度, 一般采用下式计算通风量:

式中: q 为洞内通风量, ( m3/ min) ; t 为通风时间( min) ; g 为一次爆破的最大炸药量, ( kg) ; a 为巷道横断面积, ( m3 ) ; l 为临界长度, ( m) , 根据l =12. 5gbk/ ap2 计算, 其中k 为系统扩散系数, 与风管口距工作面的距离及风管直径有关; 7 为与巷道潮湿情况有关的系数, 一般可取0. 3; b 为炸药爆破时的有害气体产生量; p 为风管的漏风系数, 根据p=

计算, 其中l 为通风距离, p100 为100m 漏风率。

3、按洞内允许最小风速计算

根据施工通风时, 洞内允许最小风速计算通风量时, 按下式计算:q= 60.a.v

式中: q 为通风量, ( m3/ min) ; v 为最小允许风速, ( m/ s) , 取0. 25m/ s;a 为巷道横断面积( m2)

四、通风设备的配置

根据施工通风方案, 施工通风长度, 通风管节长及百米漏风率等参数, 经计算确定所需风机的类型及数量, 尽量选用风量大, 风压高, 适用于长距离及大风管送风, 低噪声的风机。目前, 长大隧道的施工通风多采用长管路通风方式, 风管的质量好坏和适用性对通风效果会产生明显影响。风管有软管和硬管两种, 从技术和经济角度来看, 软风管一般优于硬风管。在选择风管时应考虑其漏风率、阻力大小、接头气密性、变形大小、安装条件等方面的因素。风管的直径应根据巷道断面, 通风量和风管长度综合考虑确定。

五、施工通风管理

根据实际调查了解, 多数施工单位对施工通风工作不够重视, 施工环境质量及施工环境卫生意识淡漠, 加之缺乏专门的通风技术和管理人员, 造成通风效果不良, 形成开挖、运输与通风不协调, 甚至严重影响施工进度及施工人员的身体健康。有时尽管许多工程为取得良好的施工通风效果而组织了通风技术服务, 但是, 由于技术和管理等诸方面的原因,良好的通风系统得不到好的通风效果。因此, 应在强化施工环境质量意识的同时, 切实加强通风系统的管理, 落实通风费用, 保证风机正常运转, 爆破后及时送风, 及时按要求挂接风管并修补破洞, 充分发挥通风系统的整体功能效应作用, 为施工创造一个良好的环境条件。