东北环长大隧道施工通风技术研究
摘 要:以沈阳铁路枢纽东北环线团山子特长隧道为例，介绍采用无轨运输和内燃机械作业的长大隧道压入式通风技术。
关键词:沈阳铁路枢纽东北环线; 团山子隧道; 压入式通风;施工
1、工程概况
沈阳铁路枢纽东北环线团山子特长隧道位于沈阳市东陵区英达镇,是沈阳铁路枢纽东北环线的重点控制工程，工期非常紧。隧道全长32延米，设计为双线隧道，采用无轨运输，隧道通过该段最大埋深45m，属于浅埋隧道。为保证隧道顺利按期贯通、加快施工进度,同时改变工人施工环境、方便施工,保证工人、技术人员的身体健康,解决隧道通风成了关键问题。
2、隧道施工中的主要污染源
隧道施工中的主要污染源有以下几个方面:
(1)、爆破产生的炮烟。炮烟的主要成份为CO、SO2、CO2 等。 (2)、柴油机产生的废气。柴油机产生的有害物质有: CO、NOXCO2、SO2、醛类和黑烟等，但主要是NOX、CO和黑烟。
(3)、喷锚支护可形成大量的水泥污染。铺设防水隔离板时、焊烟中含有多种有毒物质、如CO、CO2 、NOX、氯化物和苯系物等。
3、通风设计 3.1总体设计思想
无轨运输洞内污染源主要是运碴车内燃机产生的废气及爆破炮烟,两种污染同时存在。内燃机产生废气与炮烟不同，炮烟只发生在工作面一带，而内燃机废气是在整个隧道内散布。根据以往隧道通风经验， 吸出式或混合式通风，内燃机废气就会聚集在吸风口掌子面附近，而这里往往是工人集中的地方，这样的通风方式是并不合理的。
根据团山子隧道的施工特点及总体安排，对于掘进长度150m以后各在距洞口30m处(可以避免从洞口排出的废气进入通风机形成“循环风”)设置1台88-1隧道施工专用轴流通风机，其最大功率为:110kW (可以随着距离的增加逐步增加供风量)，供风最长距离2000m。配备直径为150cmPVC增强维纶布制成的柔性风管，结构上采用在圆周上完全封闭形式，采用钢制宽边篷圈，篷圈间距为013mm，坚固耐用。节长20～50m,减少了接头个数，降低了接头的总泄露量和总阻力,安装管理方便。
这种通风方式首先保证了掌子面一带有害气体浓度在全隧道的最低值,为施工营造了一个良好的环境,缩短了通风排烟对掌子面影响时间。
3.2、通风系统设计
3.2.1风量计算
根据实践经验,采用无轨运输压入式通风系统,出风口的风量Q需取以下几种情况的最大值:
(1)排出炮烟所需风量Q炮烟;
(2)满足洞内最小风速所需空气量Q风速;
(3)按照洞内同时工作的最多人数及稀释内燃机械废气所需空气量Q内燃+人员。
经过计算，本隧道稀释炮烟所需空气Q炮烟最大，即Q需=Q炮烟,其计算式如下
式中Q炮烟——工作面排出炮烟所需风量，m3/min; t—通风时间，min;
G—同时爆破的炸药量，本隧道每排炮所需炸药最大值为110kg; A—开挖断面面积，本隧道最大开挖断面积为65.4m2; L—隧道全长或临界长度(本隧道L=32m); P—通风管道的漏风系数，P =
其中，L管为管道长
度，P100为平均百米漏风率，P100=1.1% ～1.5%，本隧道取P100=0.015
Φ—临水系数，取0.5;
b—炸药爆炸时的有害气体生成量，岩层中爆破取40L/kg。
Q风速=60VS
式中V—洞内允许最小风速，取0.15m/s; S—最大断面面积，取65.4m2。
式中k—风量备用系数，取1.1; m—同时作业最多的工作人员，取55人; qn—人均需要的新鲜空气,取3.0m3/min; ki—功率通风计算系数; Ti—各台内燃设备时间利用率; wi—各台内燃设备平均负荷率; Ni—各台柴油设备额定功率。 由此得出：风机风量Q风机= PQ需 3.2.2 隧道总风压( h总)
式中h摩总—管道摩擦阻力损失; h局总—局部阻力损失。 (1)风阻系数Rf
式中a—管道摩擦阻力系数，kg/m3，a=λρ/8,其中λ通常取0.012～0.015；ρ为空气密度，取1.2 kg/m3 ;
L ——风管长度，取1000 m; D ——风管直径，取1.5m。
4、预防及调整措施
1)、加强对现场施工人员的管理和教育，放炮前做好风筒的保护工作，同时成立风筒维护班组,全面负责风筒的日常维护和修补，使漏风损失降到最低程度。
2)、成立路面养护班组，定期对洞内路面洒水，保证路面不扬尘,确保洞内空气新鲜。
3)、综合防尘措施：它包括湿式凿岩、水封爆破降尘、爆破后喷雾降尘、出渣前冲洗岩壁、装渣洒水等措施，都可达到防尘降尘的目的。
4)、净化内燃设备尾气：加强内燃设备保养，保持内燃设备工况良好，以减少废气排放量；内燃设备安装有效的消烟化油器，并在柴油中加入S30-30柴油添加剂以净化尾气，减少空气污染。
5)、加强通风管理：制定严格的通风管理制度，安排专人进行通风管理，根据需要随时进行空气卫生和通风指标检测，不断进行通风系统的优化，保证通风系统完好有效运行。
6)、充分通风：要保证有足够的通风时将废气彻底排完,避免造成废气循环积累，保证洞内各工作面空气达到标准。
7)、保持洞内道路平整：若洞内道路不平，会加大内燃车辆行驶 阻力，使车辆频繁加大油门，耗油多，造成污染气体排放量增大。
5、通风方案的实施效果
通过对方案的调整与优化，现场管理力度的加强，现场施工通风
效果得到明显改善。提高了通风效果，缩短了通风时间，减少了能耗。一氧化碳(CO)浓度、二氧化氮(NO2)等有毒有害气体浓度和粉尘浓度等均达到了作业环境要求，保证了洞内风速,降低了洞内环境温度，从而为洞内优质、安全、高效的施工提供了良好的作业环境。
6、体会
1)、隧道施工通风问题与施工的安全和效率有着直接的关系，所以，隧道施工(特别是特长隧道)首要解决的是通风设置的合理性和有效性,以创造良好的施工环境。
2)、通风方式的布置不但考虑通风效果,还要考虑能耗节约，尽可能做到低能耗高效率。对于团山子隧道而言，压入式通风的应用不但解决了通风难和通风时间长的问题,还在一定程度上降低了能耗，基本达到了低能高效。
3)、合理通风方式的选择固然重要，通风的管理也是重中之重。一般情况下施工队伍都忽视对通风系统的有效管理，这对于一般小隧道施工而言其不良效果反映不明显，但对于长大隧道而言，其弊端就暴露得非常明显。
所以，施工中要成立专门的通风管理小组，实施科学有效的通风管理。这不但涉及到对通风系统本身硬件的有效维护，还要做好交通引导，使各机械车辆按照预定的线路行走，避免造成风路紊乱，让通风系统充分发挥效用，这样才能取得良好的通风效果，为施工创造舒适高效的工作环境。
7、结语
压入式通风是一项应用日益广泛的通风技术，从团山子隧道通风的设计过程及实际效果来看，科学合理的通风方式是正确进行系统设计、设备选型及营造优良作业环境的基础；为保证工作面的有效风量全面满足最低平均风速、作业人数、排除炮烟、稀释内燃设备废气等方面的要求，必须配备风量足够大的风机和严格控制管路的泄漏量。
