隧道通風設計與施工技術研究

武新耀

（中鐵建陜西眉太高速公路有限公司，陜西寶雞 721000）

1 引言

在隧道通風施工中，無論是工程的質量還是施工人員的安全都需要得到保障[1]。在長期的實踐過程中，隧道的通風設計一直是技術難題，施工單位及設計單位對其都十分重視。本文將選擇衙嶺隧道的通風設計作為研究對象，在斜井工區使用了分割巷道及風管施工的通風技術，在一定程度上解決了大部分的隧道通風效果差的問題。通過該技術的應用，提供了較好的通風質量，可在一定程度上提高經濟效益和環保效益[2]。

2 工程概況

衙嶺隧道起始于大白縣桃川鎮雙岔子移明村北部，路線近東穿過了秦嶺的分水嶺，終點位于大白縣北村溝，是呈曲線式分離隧道，為雙向四車道。左線起訖樁號為ZK53+603～ZK62+580，全長8977 m，為特長隧道，起點的高程為1 428.04 m，終點高程為1 606.00 m，隧道的底板最大埋深為430 m。右線起訖樁號為YK53+587～YK62+555 全長8 968 m，為特長隧道，起點高程為1 427.65 m，終點高程為1 605.91 m，隧道底板最大埋深439 m。兩洞中軸線最大間距約40 m。

為了滿足工期要求，需要進行施工通風的設計，在防災救援的過程中，還要進行場地布置。合同段內有衙嶺隧道進口段（左線：ZK53+602～ZK58+081，右線：K53+586～K58+081）及衙嶺隧道1#斜井。衙嶺隧道進口右線承擔正洞2 300 m，1#斜井小里程承擔1 410 m，大里程段承擔785 m；衙嶺隧道進口左線承擔正洞2 350 m，1#斜井小里程承擔1 361 m，大里程段承擔768 m。

3 分離巷道及風管聯合式通風設計

首先，根據隧道洞內需要的風量進行挖掘，隨著隧道斷面及相關路徑的改變，將其分為3 個階段的動態設計，目的是減少成本的支出。第一階段為斜井施工階段，通風設計主要集中在第二階段和第三階段中，施工通風的設計需要在斜井的頂部裝隔離板，將新鮮的風流和污濁的風流進行分流，到達風倉之后，經設在風倉遠端的軸流風機加壓，分別對隧道的進出口進行有效供給。在第三階段成功通風之后，正洞及斜井所交叉的位置需設置風倉，風倉的密封性必須得到保證[3]。

4 通風的關鍵技術

4.1 風機選型及計算

國內外對軸流風機已經有了比較完善的實踐研究，其中比較重要的一點是，即使軸流風機的設計風量滿足了需風量的需求，還需要將通風的阻力納入考量的指標，所以要保證有一定的儲備風量。儲備風量一般控制在10%左右。

4.2 通風系統的設計

根據本項目所需要的通風量對隧道進行挖掘，從而改變通風的路徑，一般來說，將其分為3 個階段。第一階段為斜井的施工階段，通過常規壓入式進行通風。第二階段是斜井到正洞之后，進行分隔巷道通風聯合壓入式通風。第二階段施工所需的通風設備如表1 所示。

表1 施工所需的通風設備（第二階段）

第二階段中，需要在斜井的頂部提前放置隔離板，從而讓新鮮的風流及污濁的風流進行獨立通風。隨后將第一階段所設置的軸流風機拆除，在斜井底部放置功率為55 kW×2 的軸流風機，拉鏈式軟風管直徑為1.8 m，在隧道的進口和出口處進行通風。軸流風機安裝在用工字鋼制作的支架上，目的是固定風機。在支架兩端中的導坑壁采用風鎬開鑿50 cm 的深坑，將支架安裝之后在空隙中填入混凝土，從而固定支架。斜井上半部分隔離巷道內軸流風機處的斷面布置圖如圖1 所示。

圖1 軸流風機斷面布置示意圖

除此之外，為了保證隧道中的污濁空氣與分離巷道進行接入，防止對新鮮的風流進行污染，所以在第二階段中需要臨時封堵軸流風機尾端的上半部。

在第三階段中，正洞的挖掘長度超過1 000 m 后，第二階段就無法滿足隧道的通風設計需求，需要通過其他的通風設計進行通風，即在正洞中設計密封的風倉，在風倉的中間設置隔離板，讓新鮮的空氣進入分割巷道，由軸流風機加壓后對隧道內進行供風。

第三階段的施工所需通風設備如表2 所示。

表2 施工所需的通風設備（第三階段）

4.3 斜井供風巷道的密封

為了成功密封斜井供風巷道，還需要安裝相應的分隔材料，主要將其安裝在橫梁上，讓分隔材料和坑壁中的縫隙進行密封。

首先，需要利用斜井上方的拱形空間作為供風巷道，供風的巷道斷面積大于最大的需風量，通過壓入式的通風得到所需要的通風管面積應該大于最大需風量，單獨壓入式通風所需通風管斷面積之和必須要滿足洞內車輛同行的需求。

其次，在供風巷道的分隔中，大多數的分隔材料是用彩鋼板制作而成的，因為彩鋼板的寬度需要通過斜井的分隔斷面進行確定，所以板與板之間的搭接寬度為15 cm，彩鋼板固定在橫梁上面，兩側的邊墻在接觸后會向下進行彎折，彎折的距離約10 cm 左右，使用膨脹螺栓錨進行固定。錨的間距控制在1 m 左右。

最后，為了讓分隔巷道的彩鋼板有較好的剛度，借助在風機位置后方加設橫梁的方式保證剛度，一般在橫梁的縱向設置中，間距為2 m 最適合。但在后期可能會出現通風的故障，主要包括風流負壓，從而損傷相應的分隔材料，所以在預安裝的過程中，需要在風機后50 m 的范圍內采取橫梁加固措施，將間距設置為1.5 m。若橫梁間距的分隔材料＜50 cm，調整橫梁的位置，保證搭接的牢固。上部分隔供風巷道的橫梁長度需要通過斜井的實際寬度進行確定，一般使用60 mm×60 mm 的鋼方管進行加工，隨后焊接鋼墊板，鋼墊板的尺寸一般為100 mm×100 mm×5 mm，在墊板的下端直接進行鉆孔，鉆孔的直徑為14 mm，使用膨脹螺栓進行固定。

4.4 風倉設置及其密封

首先，將風倉放置在井底的正洞拱部，當風倉進入封口時，就能與之前設計的通風巷道進行連接，而風倉的遠端會有一個出風口及軸流風機。風倉在隧道與正洞縱向25 m 處進行連接，隧道正洞的橫向寬度為10 m，高度為2.5 m，為了防止風機搶風，需要設置隔板，選擇長度為8m 的隔板最合適。

其次，在風倉的安裝中，因為風倉會受到各方面的壓力，所以風倉的結構需要有一定的剛度支持。風倉主骨架主要使用工字鋼制作，中部加入槽鋼，外包材料大多數是彩鋼板，隔板材料是4 mm 的鋼板，將它們之間進行連接。風倉的支架架構不能影響到車輛的正常通行，所以使用120b 工字鋼進行制作，風倉下部的空間需要保證材料的正常運輸，安裝的高度需高于4.2 m。

最后，風倉的密封是為了給通風系統形成一定的風壓，只有保證風倉結構的密封，才能為通風系統提供風壓，保證系統的正常運行。風倉面板所使用的材料是鉚釘，起到連接作用，使用黏結劑與專用鐵皮連接，轉角處用電焊連接，保證外包鐵皮轉角處的完好密封性。對于軸流風機及風倉而言，采用隧道防水板進行封閉，縫隙使用瀝青進行封閉，通過玻璃膠密封，保證不吸入污濁的空氣。

5 通風試驗斷面布置檢測

在試驗中發現，通風壓力最大是在第三階段，所以對第三階段的通風結果進行測試。隨機選擇12 個斷面及6 個風管內的位置，具體的出口方向斷面風管測試結果如表3 所示。

表3 出口方向斷面風管風速測試結果m/s

在出口方向風管的平均漏風率為12.32%，風管供風量的測試結果如表4 所示。

表4 出口方向風管、供風量、百米漏風率計算結果

6 結語

在衙嶺隧道的通風設計中，使用分割巷道及風管施工的通風技術能夠提高斜井中正洞通風的距離，因為本工程需要較大的通風量，在延長通風距離的同時也解決了施工的難題。尤其是在第三階段，設置了風倉結構及進風口遠端裝置，有利于發揮出風機的最大效率。