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/m3—8mg/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。此外该规还规定,隧道施工通风应能满足洞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,坑道不应小于0.25m/s,但均不应大于6m/s。
二、机械通风的式
一般隧道施工通风式主要有排风式(或抽出式)、送风式(或压入式)、送排混合通风式、利用辅助坑道通风等4种式。在公路隧道施工中由于经济面的原因,较少采用辅助坑道通风这种式。
2.1排风式(或称吸出式)通风
该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。这种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
该种式是将风机置于有新鲜空气的地(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。此式的优点是工作面能在较短的时间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送排混合通风式
送排风式兼有以上两种式的优点,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同时铺设两路风管,在洞狭小的空间将会干扰施工运输、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,漏风重,则决不会取得好的通风效果;另一面,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便、接长简单(用拉链即可连接),其他施工作业时可便地挪移等优点。
四、通风式选择
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。
自然通风式因受自然条件和施工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。
风机柔性风管
图2 压入式通风示意图
此通风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式还有压出式，如图4所示，但此法在开挖时风机随工作面的推进需不断前移，并且放炮时飞易击坏通风设备，一般不宜采用。 风机
刚性风管图3 抽出式通风示意图
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，具体的布置式又分为长压短抽式和长抽短压式，而后者又分为前压后抽式和前抽后压式。
①长压短抽式
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式。
②前压后抽式
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。此通风式也较适用于有轨运输施工的隧道。