长大隧洞通风效果监测与分析

马天昌

(中铁建大桥工程局集团有限公司, 天津 300308)

长大隧洞通风效果监测与分析

马天昌

(中铁建大桥工程局集团有限公司, 天津 300308)

以锦屏二级水电站引水长大隧洞施工通风为背景，运用理论分析及现场监测等方法，对长大隧洞通风现状进行了分析，并对通风方案优化的通风效果进行了监测。结果表明，初始阶段隧洞身段风流速度为0.680 m/s、最小值为0.638 m/s，可以满足施工人员身体需要，但洞内各个地段5种污染物均大大超过了规范要求范围，特别是CO和SO2严重超标，分别高达51 mg/m3和23 mg/m3，超过允许值，对施工人员身体健康有极大危害。通风方案优化后，隧洞施工通风的风速、风压及空气质量基本可以达到施工要求，但通风费时仍然较长，建议在局部洞段考虑增设射流风机，以尽最大程度降低污染物浓度。

隧洞工程; 施工通风; 效果; 监测

锦屏二级水电站引水隧洞长达16.67 km，其实际钻爆法施工独头掘进通风距离达到了12.5 km，TBM独头掘进通风距离达7 km，工作面及洞身段通风效果难以确定，特别是随着隧洞掘进的不断深入，洞身长度增加后，洞身段已经出现通风不畅、通风时间大幅度增加并局部发生整条隧洞长期处于污染或死风，导致施工瘫痪，严重影响工程建设进度和安全。单条隧洞如此，而整个锦屏工程共有7条特长隧洞，加上检修、交通及大量的其他辅助隧洞，总长近150 km，其通风相互干扰极其严重。

因此，锦屏水电站作为一项如此庞大又复杂的工程，必须以科学的通风理论作为基础，并以锦屏水电站现场采集数据为依据，通过计算制定出一套既结合实际又经济合理的通

风方案。在此就隧洞(道)通风理论分析与计算以及锦屏隧洞群施工过程通风条件进行具体分析与研究，为后续方案论证与实施奠定必要的基础。

1 特长隧洞施工通风现状分析

为更好地了解隧洞群前期施工通风效果，选择采用钻爆法施工的4#引水隧洞通风条件较差时洞身段进行局部通风参数和空气质量测试，为后续通风方案研究提供参考。

1.1 风速测试结果与分析

参考通风理论[1-2]，指定测试方案并进行测试。爆破后60 min，选择某个洞身段每隔50 m布置一个测点，每个测点各测试至少10组数据，取各组数据平均值，测试结果列于表1。

表1 4#引水洞洞身段风速测试结果

注：测点里程中的“+”表示距离工作面向大里程(下游)及工作面掘进相反方向。

从表1中可知：被测试的洞身段风流速度变化不大，其最大值为0.680 m/s，最小值为0.638 m/s，基本上能满足最低风速要求。当空气温度为15～20℃时，适宜的风速应小于1.0 m/s，按测试结果，工作面位置的风速适合施工人员身体需要。

1.2 空气质量测试

爆破后60 min的4#洞洞身段空气质量测试结果见表2。

由表2可以看出，洞内主要存有CO、SO2、CO2、NO2以及粉尘等5种污染物，而H2S和CH4基本没有。污染物沿隧洞轴线浓度变化不大，在各个地段5种污染物均大大超过了规范要求范围，特别是CO和SO2严重超标，分别高达51 mg/m3和23 mg/m3，超过允许值。此时，施工环境较差，对施工人员身体健康有极大危害，须尽快采取切实可行的工程对策，以尽最大程度降低污染物浓度。

表2 4#引水洞洞身段爆破后60 min空气质量测试结果(18℃) mg/m3

2 施工通风效果监测方法

依据通风技术及方法[3-5]，监测点选择在工程通风的关键点，如工作人员密集区、施工器械密集区、进排风路与主风路交汇点和由其他线路取风的引入点等。在此主要对爆破开挖面进行分析，其他不作赘述。

爆破开挖面监测位置设置在距离爆破面25 m处，每隔20 m设一监测点共5个点，如图1所示。

图1 爆破开挖面附近监测点布置(单位：m)

3 施工通风优化后的效果监测与分析

为了克服通风困难，依据通风技术及理论，对隧洞通风参数计算与风机选型进行重新核定。

3.1 风速测试结果与分析

施工通风风速测试按在距离工作面25 m至105 m近100 m区域内，每隔20 m布置一个测点，每个测点各测试至少10组数据，取各组数据平均值，测试结果如表3和如图2所示。

从表3和图2中可知：在工作面附近25 m至105 m范围内，离工作面最近的1号测点风流速度最小，其值为0.591 m/s；因测点附近布设了射流风机，2号测点风流速度。

表3 隧洞爆破工作面风速测试结果

注：测点里程中的“+”表示距离工作面向大里程(下游)及工作面掘进相反方向，后同。

图2 4#引水洞爆破工作面风速

最大，其值高达4.063 m/s；3号测点也受射流风机影响，其风流速度为3.099 m/s。无论是工作面附近还是远达100 m的位置，风速均大于0.25 m/s，满足隧洞施工通风风量要求，由此可以说明射流风机在隧洞施工通风中起到了至关重要的作用。值得注意的是，当空气温度为15～20℃时，适宜的风速应小于1.0 m/s，按测试结果，工作面位置的风速适合施工人员身体需要，但在射流风机附近风速过大，人员应尽量不靠近风机设备，条件允许时风机安装在隧洞顶部最为合理。

3.2 风压测试结果与分析

施工通风风压与风速测试相对应，风压测试结果表4所示。

表4 4#引水洞爆破工作面风压测试结果 kPa

注：表中序号靠近工作面为1号，风流方向为3、2、1。

从表4可知：风压由风机通风向工作面逐渐减小，在射流风机附近风压为2.11 kPa，经过80m后到工作面附近时风压减小为0.97 kPa，减小了114%。如果不设置射流风机，风压将会急剧下降，不能满足施工通风的需要。

3.3 空气质量测试结果与分析

因不同地点和时间的空气质量差异很大，仅在90 min后才满足施工人员安全要求，隧洞空气质量测试结果见图3。

由图3可以看出，5种污染物部分已满足规范要求，其余略有超出规范要求。5种污染物变化范围为：CO 30.4～31.6

图3 4#引水洞爆破工作面爆破后90 min有害气体测试结果

mg/m3，SO214.5～15.1 mg/m3，CO244.4～46.7 mg/m3，NO24.86～5.13 mg/m3，粉尘 1.94～2.29 mg/m3。此时，O2含量高于20%满足人体工作需求，对人体危害最大的CO略微超出30 mg/m3，施工环境正常。

4 结论

(1) 长大隧洞(道)通风是极其困难的关键问题，必须以科学的通风理论作为基础，通过计算优化出一套既结合实际又经济合理的通风方案才能满足后续工程施工要求。

(2) 在施工通风方案优化后，风速、风压及空气质量基本可以达到施工要求，但通风时间仍然还需较长，应该在局部洞段考虑增设射流风机，并对射流风机布设位置做进一步论证。

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马天昌(1975～)，男，本科，工程师。

U453.5

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[定稿日期]2015-02-13