长大隧道独头掘进施工通风技术

长大隧道独头掘进施工通风技术

刘军辉

中建二局西南分公司重庆400000

摘要：随着隧道施工技术的不断发展，长大隧道在工程实践中日益增多，如何确保施工过程中的通风效果，对于加快施工速度，确保施工安全具有重大意义。文章对长大隧道施工通风技术作简单论述，对类似工程提供参考。

关键词：长大隧道；通风；技术

1前言

针对大长公路隧道需设置通风竖井或者斜井以保障隧道内通风良好，经查阅国内外相关文献可知竖井施工存在诸多难点：其一为风机房施工中断面类型多，平面交叉及立体交叉导致多洞门施工，受力复杂是施工难点。其二为通风竖井井口位于山脊，场地小，不具备机械施工条件。竖井开挖深度大，施工难度大，且因施工场地受限，渣土运输困难，竖井施工是难点。长大隧道斜井主要作用为施工期间增加作业面，加快施工进度，运营期间可作为通风通道和紧急救援通道。

2通风设计原则

2.1通风系统

掘进工作立面都应该按照独立通风标准进行设计，不要将任一2个工作立面之间连接进行通风。隧道所实际需要的风量大小，应该依据爆破排烟、同时进行施工的最大人员数量和有毒气体最大排出量分别予以测算，并按允许风速进行检验，采用其中的最大值。隧道施工中，对集聚的空间和衬砌模板台车附近区域，可采用空气引射器气动风机等设备，实施局部通风的办法。隧道在施工期向，应实施连续通风。

2.2通风设备

（1）压入式通风机应该装置于洞内外新风流中，抑制污风循环。通风机要事先准备好两路电源，且装置风电闭锁系统，当一路电源发生故障，可以将另一路电源在短时间内迅速接入，以避免风机长时间停运。（2）应该准备一套与常用通风机性能一致的备用机，并时长进行通电检查，确保能够在应急情况下正常使用。（3）隧道掘进工作立面周围的局部通风机，都要采用专有变压器、专有开关设备、专专有线路及专有风电闭锁、瓦电闭锁进行供电。（4）隧道应采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖面的距离应控制在≤20m范围内。风管每100m漏风率应控制在≤2%范围内。

3当前长大隧道施工技术存在的问题

3.1技术装备落后，滞约施工进度，影响施工效率

由于长大隧道在工程项目建设中绝大多数会是一个项目的工期控制点，长大隧道的建设工期直接影响项目完工工期，在长大隧道施工中引进先进的开挖、支护设备有利于提高工作效率，保证工程质量。现在应用较成熟的先进施工设备有水平超前钻机、多臂台车、湿喷机械手等。这些设备在施工速度、作业环境、安全性、施工质量等方面均优与常规的人工开挖机械。

3.2工人技术水平有限，施工工作开展难度大

长大隧道施工是一项极为艰苦的工作，参与到一线施工的主要是外来务工人员和农民工，他们的文化水平有限，对于长大隧道的认识也较为浅显，在施工的时候对于一些需要注意的施工事项一知半解，技术水平有限。鉴于此施工单位应该加强对一线技术工人的业务培训，尤其是对新工艺、新设备、新材料方面的应用培训，使工人业务水平的提高与技术水平的提高同步。

3.3地形条件复杂，制约隧道施工工作的开展

随着道路设计标准和施工技术水平的提高，为了保证线路的横纵平顺性，引入隧道工程可以从路线选择上大大节约线路长度，同时隧道工程可以少占用土地，能提高环境效益。长大隧道一般处于交通极度阻塞的崇山峻岭，人员、机械、材料进出，通信通讯要考虑，往往便道施工也是需要大力投入，修建难度远在一般地区之上，便道施工也会占据很多工期。大长隧道一般也是深埋隧道，岩爆的风险也较大，大大增加施工难度。

4长大隧道工程主要施工技术

4.1具体有效的施工方案的制定

具体有效的施工方案是合理利用资源、保证工期等的纲领性文件，长大隧道施工方案需要考虑现场地形条件、周围道路通行情况、弃渣场布置情况、工期要求等方面合理制定。因为很多长大隧道施工往往通过设置多个斜井或横洞工区同步实施的方案，根据现场实际情况合理制定的施工方案能最大化的利用现有资源，达到保证工程进度的目的。合理的施工方案制定后需要根据方案制定组织机构配备方案、现场资源配备计划、工程设备及劳动力配备计划。组织、技术、资源、劳动力的配备是工程能顺利推动的保障。

4.2通风技术的应用

首先应当设计好通风方案，在施工的时候，可以借助一些机械设备辅助通风，如说可以在施工场地布置轴流风机和射流风机，在施工时向洞内引进新鲜的空气，保证施工场所的空气质量，营造更好的施工环境。若为双洞施工，可以把轴流安装在左洞，左洞引入新鲜空气，轴流风机通过软式风管压入新鲜空气，左洞掌子面经过横向通道流向右掌子面后，从右洞排出；对于单洞长隧道，可以在轴流风机软管送风至掌子面的同时，在距离掌子面处增设射流风机，加速洞内空气的外排，保证洞内空气的新鲜，风机布置位置随着隧道开挖进尺加深其向洞内移动，可以根据具有情况适当的增加射流风机数量。

4.3实施预防及调整措施

长大隧道的施工是一项极为复杂的工作，比如说在挖掘隧道之前可以先要做好爆破工作，而要做好爆破工作也有较多的工序需要准备，如爆破点的选取，炸药的数量，施工人员的安全等，这些问题都需要在事先做好准备和预防，才有可能真正的解决好这些问题。此外，在施工的过程中，加强应急预案措施，施工环境较为复杂，所需要注意的问题也比较多，一旦遇到了突发情况，必须要及时的采取调整措施，才能做好这些施工工作，做好长大隧道的施工。

5施工通风

新疆G577精河至伊宁公路全线控制性工程北天山隧道全长12100m，分离式双向四车道，隧道净宽11m，净高5.0m，左右洞净间距28m，公路等级：一级公路；设计时速100km/h，本标段承担左洞长6050m，右洞长6025m的施工任务，主洞进口独头施工长度3800m，斜井工区独头施工长度4100m。

5.1通风方式选择

5.1.1隧道进口工区

隧道主洞进口3800m施工距离采用独头压入式通风，选用双速高效隧道节能风机，通过改变电机极数和转速达到变量送风的目的。在同一转速下，还可以只启动一组叶片减少风量，双速风机风量大小的改变方法只少有四种，满足低噪、节能使用需求。通风管采用螺旋风管，螺旋焊接密室，可延长软管每节长度，减少接头漏风，其平均百米漏风率小于1%。

独头压入式通风过程中可根据施工长度增加射流风机，加快污风排出。

5.1.2斜井工区

隧道进口段设置一座斜井，与隧道右线相交，在斜井与右线交点之间未贯通前、斜井进主洞与进口主洞未贯通前采用独头压入式通风，斜井进主洞与进口主洞贯通后，通风机移至主洞斜井底附件，利用车行横洞及加设风门，将主洞左线作为新鲜空气进风口、右线和斜井作为污浊空气排出口，通过增加射流风机形成的巷道式通风。

5.2通风计算

5.2.1风量计算

隧道通风风量大小按洞内同时作业人数最大量、洞内最小风速极限、一次性爆破所采用的炮烟量、内燃机械装置总功率分别进行计算，取其中最高值作为风量允许值。

5.2.2通风装置的选型计算

（1）轴流风机选型计算

通风阻力主要取决于风管直径、送风距离大小及风机型号的不同效果也会有所不同，应该明确的是，一旦选择的风管直径不满足要求而过小，可能引发通风抑制过高，无法实现送风标准；如果所采用的风管直径值过高，又会引起浪费，且不利于节约资金。

（2）射流风机增压计算

射流风机产生的压力值的设定应该能抑制整个装置的阻力。

5.3施工通风安全措施

5.3.1施工通风安全管理措施

以“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理、确保效果”20字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。

（1）隧道施工项目经理部必须建立以项目经理为第一责任人的安全生产管理机构。

（2）建立有害气体监控、检测组织系统，测定气象参数、有害气体浓度、风速、风量等参数。低有害气体工区可用便携式瓦检仪，高有害气体工区和有害气体突出工区除便携式瓦检仪外，尚应配置高浓度瓦检仪和有害气体自动检测报警断电装置。

（3）建立以岗位责任制和奖惩制为核心的通风管理制度和组建专业通风班组，通风班组全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。项目部定期根据通风质量给予通风班兑现奖惩办法。

5.4施工通风安全技术措施

5.4.1风机安装

（1）风机支架应稳固结实，避免运行中振动，风机出口处设置加强型柔性管与风管连接，风机与柔性管结合处应多道绑扎减少漏风。（2）通风机前后5m范围内不得堆放杂物，通风机进气口应设置铁箅，并应装有保险装置。（3）当巷道内的风速小于通风要求最小风速时，可布设射流风机来卷吸升压，提高风速。

5.4.2风管安装

（2）风管必须有出厂合格证，使用前进行外观检查，保证无损坏，粘接缝牢固平顺，接头严丝合缝。通风管主要选择强度较高、抗静电效果好、较耐阻燃的软质风管。（2）风管挂设应选用平坦、无褶皱的高质量产品，在平行导坑作业时，先由测工在拱顶测出中线位置，随后利用电钻钻孔，安置膨胀塞；在正洞作业时，衬砌地段根据衬砌模板缝每5m标出螺栓位置，未衬砌地段，先由测量工在边墙上标出水平位置，随后利用电钻钻孔，安置膨胀塞。

6隧道掘进机技术研究和发展趋势探讨

1）TBM掘进机制深入系统的研究和预测模型的建立。TBM施工预测模型主要是用于掘进性能的评价和预测，不同TBM机器类型的工程数据上发展起来的，针对性较强，在其他实际工程运用中预测精度不高，应用效果不理想，截至目前还没有一种普遍适用于不同工程的通用预测模型。TBM预测模型的适用性与工程岩体特性和TBM机器参数紧密相关。因此，预测模型的研究更多是要专注于形成一套建立模型的方法和流程，而这些需要对不同工程岩体特性下TBM滚刀破岩机制的深入了解，进而选择合理、合适的影响参数。

2）地应力影响下TBM掘进机制和施工力学过程、预测模型的研究。目前，世界范围内将有一批水电引水隧洞、调水隧洞以及交通隧道规划修建，而它们都处于高山峡谷地区，会面临埋深大、岩石坚硬、高地应力和地质结构复杂等情况。地应力对TBM滚刀破岩模式的影响、复杂地质条件下的施工措施和预案、地应力在TBM施工预测模型中的作用等相关课题均需继续深入研究。

3）复合地层中盾构掘进力学机制和施工过程控制理论研究。随着我国城市化进程的推进，大量城市地铁即将修建，这些地铁修建中大部分将采用盾构法施工，在修建过程中可能会遇到诸如上软下硬的复合地层，会给盾构施工带来刀盘震动、刀具磨损严重和地表沉降等问题。因此，需要开展复合地层中刀盘作用力学机制的研究，明确刀盘力学作用和复合地层地质力学参数的匹配关系，进而拟定复合地层中盾构施工控制的对策和方案。

4）复杂地质条件下隧道掘进机的掘进机制和施工对策研究。隧道掘进机技术越来越成熟，工程应用也越来越广泛，工程中遇到复杂地质地层的情况也越来越普遍。如节理岩体和砂卵石地层中掘进机会出现刀具磨损大、施工进度慢等问题，需要开展复杂地层中掘进力学机制和施工对策研究。

7结束语

长大隧道施工是一整套复杂化、系统化的程序，其中施工要点和施工技术的控制直接影响着整条施工线路的质量和进度。在长大隧道施工中，要作好施工机械化配套工作、注意施工中的重点问题，严格控制施工技术要点，只有这样，才能确保施工质量、施工进度和施工安全。

参考文献：

[1]许先亮.关角隧道施工机械配套与通风技术研究[D].兰州交通大学，2015.