试论引水隧洞小断面长距离的施工通风技术

试论引水隧洞小断面长距离的施工通风技术

李振波 杨娜

中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450001

摘要：断面小、距离长是引水隧洞施工的特点，钻爆法、喷锚施工产生的烟尘、运输车辆排出的有害气体，无疑是影响隧洞施工人员及车辆行驶安全的最大隐患。如何更高效率地排出洞内烟尘及有害气体，保证施工安全，使选择适用的通风方式及设备成为重点。文章以某水电站引水工程为切入点，就施工通风技术的作业难点，以及具体的通风方案设计，做了细致的探讨研究，期望为各小断面长距离类型引水隧洞施工通风的有效实施，提供有益的参考和帮助。 关键词：引水隧洞；小断面；长距离；施工通风技术 引 言

在隧洞施工中，通风技术是隧洞施工技术的一个重要环节，在设计通风系统时不仅要考虑如何将新鲜空气送至施工掌子面，还要重点考虑当排出洞内污风时，通风系统应达到的供风能力及受到的阻力和损失。所以，为了能使通风达到理想效果，就要寻找行之有效的小断面长距离引水隧洞的施工通风技术，以解决相应的工程通风问题，提升整个隧洞工程的建设效率与安全。因此本文以某一具体引水隧洞工程为示例，对其工程中隧洞施工通风技术的方案设计、实施方法与改进要点做逐一地阐述研究。

1 小断面长距离引水隧洞施工难点

1.1 小断面隧洞爆破施工

小断面隧洞爆破施工是工程中的难点之一，这主要是由隧洞所在区域的地质条件比较复杂决定的。爆破施工是隧洞掘进的前提和基础，如果控制不好会直接影响到工程的后期开展。如果爆破效果不好或爆破没有达到要求，硬质围岩就会产生坍塌现象，影响后期施工，同时也威胁到工作人员的人身安全。因此，必须要选择合适的爆破方法，保证爆破工程的质量，提高工程的经济效益。

1.2 小断面隧洞出碴

隧洞出碴是隧洞爆破之后的一道工序，如果隧洞出碴工作没有做好，会影响到后期的施工。过多的碴堆放在隧洞中占用大量的空间，会影响到其他项目的正常施工。由于隧洞施工的地质条件不稳定，且隧洞工程的区域较小，因此大型的挖装机无法进入，导致出碴相对困

难，如果仅仅依靠人力或者是小型机械则很难在短期内清理完毕。

1.3 混凝土衬砌问题

由于隧洞出碴时间耗费较长，如果在出碴完成后再进行施工则会耽误更多的时间，延误工期。如果在洞身开挖过程中就开始进行混凝土的衬砌，则会影响隧洞开挖的稳定性。综合考虑后认为，在洞身开挖的同时进行混凝土衬砌比较合适，此时为了保证隧洞开挖的安全必

须对洞身进行支撑。此外，为了节约时间，缩短工期，工作人员可以开挖两条运输路线，避免交通堵塞影响工期。

2 工程概况

某水电站计划在其工程领域兴建一引水工程，用以解决水电站日益严重的入库水量不足问题。引水工程中引水隧洞是至关重要的建设项目，本工程引水隧洞为典型小断面长距离型隧洞，隧洞全长12590m，其中隧洞进口处的施工长度则占到了2092m，引水隧洞工程共分为进口与出口两个标段，工程隧洞规格为4.1m×6.7m，隧洞施工使用钻爆手段进行作业以开挖整个隧洞断面，牵引使用电瓶车，各设备材料的运输为有轨运输，运输设施的规格为1.35m×1.2m，引水隧洞的施工通风设计为单面通风方式，因而通风排烟成为本工程的主要技术难题。

3 通风施工技术

对长距离小断面引水隧洞主要的技术难题就是通风的问题。

（1）洞内需要最大的供风量，按照洞内最多可以承受人员进行计算、按照洞内最小风速计算、按照洞内出渣车计算、按洞内爆破石方稀释炮烟计算等依据，计算洞内需要的最大供风量；

（2）施工通风设备的选择，由于隧洞的断面比较小，采用大直径的通风管会严重影响洞内施工机械的运行，采用较小直径的通风管风阻会比较大，这会造成供风量和供风距离受到限制，机械的设备也达到配套的要求，综合考虑，隧洞采用Φ800mm的通风管进行接力通风，通风机功率为30kW，供风量为500m3/min，风管采用的也是布质风管，这会为引水隧洞提供良好的通风效果；

（3）施工通风设备的安装，有了良好的通风设备，接下来就需要合理有效的安装，让通风设备达到效果。首先通风设备要安装于每一个支洞口，要注意保持支洞口在进入主洞时不要有折角和转弯的地方，这有利于通风的顺畅；在通风设备安装时要保证风管的平顺，截面要一致性，如果发现有的地方有破损的问题，应该使用专用的胶水进行粘结，不得自行缝补和粘结，这样做会减少漏风量；在通风管进行送风的过程时要保证送风口离掌子面距离大于15m，在接力通风时后面的风机供风量应大于前面的风机供风量，不能和前面的风筒直接相连，间隔距离以30～50m为最佳的距离；在爆破的过程中要把最端头的一节风管取下来，以防止被炸坏，严重影响通风效果。

4 选取合适的通风方案

4.1 选取通风方案应该注意的问题

（1）按照这个洞的施工策划，分段策划对施工通风的效果会更加明显，也就是从洞口到泄水洞，泄水洞到下一个标段的集合处应实施单独策划。

（2）针对每个阶段中的通风策划而言，使用管道压人式的方案更好，倘若有需要可以增加局扇。

（3）大直径的风筒被用在长距离的通风过程中更加合适，这主要是因为隧洞的空间有限，而在这个洞中，能够使用的风筒的长度不能超过800毫米。因为风筒的半径不大，那么就会有较强的阻力，所以风筒的设计就应该将漏风率以及风阻进行控制，这样才能增强通风的能力。

（4）倘若风筒的长度超过2000米，这是仅使用1台风机是完全不能够达到目标的，这时就应该将多台串联在一起使用，效果会更佳。

4.2 计算选择风机

先计算通风量，考虑的具体通风方式为压入式。巷道掘进因为距离比较长，炮烟经过稀释，达到安全状况的时候，这个情况就必须要被考虑到具体的计算中，借助于对系统动静压的精确计算，选择供风风压对应的具体标准，最终选择合适规格的风机用于施工。

4.3 确定通风系统的位置

由于通风策划是分阶段进行的，其主要包括以下的几个阶段：第

一个阶段是进口处到泄水洞共350米，送风主要用的是1台风机管筒柔性压人式的，排烟是由已经掘好的巷道进行的；第二个阶段是泄水洞到正洞集合处到出口方向的2092米，送风用的是串联风机管筒柔性压人式的，排烟是由已经掘好的巷道进行的。

5 具体工程施工通风技术方案的实施应用

这个工程在正式运行之后，因为没有全面的考虑到施工通风的困难程度，在工程运行的前期，单个循环的排烟通风时长是120分钟，这将对工程的进度产生制约。

5.1 施工通风第一阶段

此阶段是从隧洞进口位置到泄水洞共350m的路段，以及长度在425m的泄水洞路段，在考量引水隧洞本身条件与工程施工需求后，最终选取YBT52－2轴流防爆式局扇风机作为通风器具，其局扇风机的具体规格参数如表1所示。

表1YBT52—2轴流防爆式局扇风机参数规格表

同时使用扩径的方式对其风筒做针对性改进，即将原本直径为400mm的风筒扩展为500mm直径，并把原为10m的单节长度也扩展到30m，风筒接头的形式也由插接式改换为钢圈式。该阶段通风作业于工作面周边设置两台风机，由通风机向引水隧洞内部压风，并由另一台风机往外抽风，抽风管与压风管之间管口的间距应至少保持10m。而抽风机应随引水隧洞的掘进朝前移动，压风机也应在隧洞每掘进100m时移动一次，实现引水隧洞施工在爆破后20－30min内将炮烟清除干净的目的。

对引水隧洞内部空间的利用问题上，则进行重新划分配置，以最大限度利用有限的施工空间。比如对隧洞运输轨道，改造其更偏向无通风面的一侧约50cm，以节省出更多的作业空间；或是对工程所用电瓶车进行改进，如把其高度降低，令电瓶车在通行时能沿引水隧洞的一测行进，施工单位就能沿工程隧洞的另一侧设置通风筒，尽可能为扩充直径后的风筒提供可利用的施工空间。

工程实践表明，经过改进的引水隧洞施工通风效果得到显著提升，同时排烟所需时间也由原来的120min缩短到30min，工程施工效率提高。

5. 2施工通风第二阶段

此阶段的通风方案实施依然使用前一阶段的器械设施，但基于两路段具体位置条件的不同，经比对试验，证明局扇风机能应用的隧洞长度仅有约1100m。局扇风机无法适用于第二阶段全程路段的主要原因：

1）引水隧洞进风口与洞口位置之间的距离过近，使隧洞基本的进风量受到限制。

2）设施的老化问题严重，并且在吊环脚等部位还有着各类破损现象，进而造成引水隧洞严重的漏风率，令施工通风效果大打折扣。

因此为确保YBT52—2轴流防爆式局扇风机，能在整个2092m长度的第2阶段隧洞中发挥其通风效用，需将工程通风系统改换为串联式风机，同时将隧洞风筒替换为新型增强PVC维纶布拉链式风筒，以解决风筒老化、破损等问题。

为有效保障施工作业安全与施工人员的生命健康，引水隧洞施工通风进程中的除尘工作也是至关重要的环节，在小断面长距离引水隧洞施工进程中，粉尘产生大多来自于爆破或运输作业，因此施工人

员可从运输、施工、挖掘等环节入手，进行相应的通风除尘作业：

1）要对引水隧洞通风量进行计算，根据测算结果来选取适合本引水隧洞施工通风的风机风筒。

2）将水幕与通风作业结合，通过布置水幕来提升隧洞的除尘效果。

实际掘进作业中，隧洞挖掘长度在500m以内洞挖掘深度的增加，相应的通风时间也会递增，在深度超出1000m时，爆破工作后一般需进行30－40min的通风作业，方能开展下阶段的施工。此阶段通风步骤分2步进行：

1）于爆破作业后，启动工作面周边的抽、压风机，依靠压风机将空气送入，迫使工作面的炮烟向外部扩散到抽风口，在被吸入风筒后排出隧洞。

2）等待爆破炮烟完全排出后，关闭工作面周边的风机，启动串联式风机压送新鲜空气，实现该阶段引水隧洞的良好施工通风条件。

在引水隧洞掘进至1100m位置时，停止施工并分别在通风40－50min后，运用检测仪器对通风后隧洞内的粉尘与有害气体浓度做测量，一旦发现所测粉尘与有害气体的浓度值高于安全标准值时，不可继续进行施工作业，而应持续做隧洞通风，只有在所测粉尘与有害气体的浓度值达到安全浓度标准值后，方可允许施工人员入洞做后续的施工操作。但压入式通风法的固有缺陷就是污风是沿着整个引水巷道来排出的，所需的排出时间较长，难以满足降低通风时间的需求，对此在进行最后700m引水隧洞路段挖掘进程中，可应用水幕方法在较短时间内消减因爆破所产生的粉尘与有害气体的浓度，进而减少该隧洞路段所需的施工通风时间，保证引水隧洞能按期完工。

5.3 改进方案

在工程进展中，要对通风的具体状况予以了动态性的检测，按照获得的结果不断的改进整个通风系统，以其能够工程的具体需求。等到施工第二阶段的时候，对通风方案进行了改善，改善后明显的发现，通风效果有了很大的提升，无论是掘进循环，还是排烟，时间上都有了很大的缩减。此外，为了让整个通风系统的效应最大化，对应的通风管理也需要与工程之间具有很好的匹配度。施工进行的过程中，对施工作业予以不断的探索，细化通风作业，并高标准的执行。在完善的基础之上，有如下几个方面的具体作业细则：作业组，安装悬挂风筒的铁线，吊装风筒，平顺风筒；操作管理通风机械设备，维修管路，通风时间……整体而言，施工效果非常的明显，贯通点施工到达的时候，整个工作面达到了6min的通风时间，每分钟大约有12.28m3的新鲜空气输送到工作面。

结束语

1. 具体施工条件下，通风在技术层面面临着一定的难度，对于工程予以详细具体的分析之后，可以发现习惯的施工方法经过改善能够达到施工目的。

2. 通风的具体效果如何，一个决定性的前提条件就是系统设计，按照工程状况的不同，借助于良好的理论，进行高水平的设计，对施工予以很好的指导。

（3）及时了解掌握通风施工中使用的材料和设备，借助于高性能，低价格的设备取得最好的施工效果。

（4）对于整个通风系统来讲，其运行的关键制约因素还有现场的管理和组织。为了实现最好的通风效果，施工人员一定要具备很强的技术能力，很强的责任心，对于整个系统的管理工作，一定要明晰权责。

（5）对于通风系统来讲，决定其费用的成本为电耗，在电耗之外，系统使用的材料和设备仅仅占据到总费用的1/5左右，所以为了实现成本的控制，降低费用，一定要科学地进行风机的配置，降低系统整体运转的总功率。

（6）如果选用柔性风筒到工程之中，需要借助于现场的具体试验，科学的数据计算，确定串联风机的具体位置，避免发生风筒缩径。

参考文献

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