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摘要：本文以新建拉萨至日喀则铁路盆因拉隧道所采用的通风系统为例，详细阐述了辅助坑道与正洞之间的通风系统关系，通过对供风量的计算，优化通风方案，精选通风设备等措施，解决辅助坑道与正洞间的通风排烟循环问题，保证了掌子面附近的新鲜空气的供应量，形成有效的通风排烟系统，从而提高人员、机械设备的工作效率，加快施工进度，确保施工安全，为高原地区施工的特长单线隧道合理布置通风系统积累了经验。
关键词 高原特长单线隧道 通风设计通风设备
中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
由中铁二十一局集团三公司独立承建的拉萨至日喀则铁路盆因拉隧道全长10410m，起讫里程DK134+763~DK145+173，为全线最长单线隧道，也是全线建设过程当中最为关键性与重要性的控制性工程。该隧道设辅助坑道4座，其中1#斜井515米、2#横洞1335米、3#横洞1536米、4#横洞1076米，均采用钻爆法施工，无轨运输。该隧道地处青藏高原，平均海拔3850米；此区域范围内空气稀薄、缺氧严重，为一般状态下平原地区氧气含量指标的60％左右，平均气温温度较低。
这座现阶段国内在建铁路中海拔最高的特长单线铁路隧道工程因地处青藏高原腹地，受到高海拔、低气压、温差大等特殊环境条件的影响以及独头掘进距离均大于2000米，个别达到2500米以上，给隧道施工通风带来了不利条件，增加了隧道施工难度，为确保整个特长单线隧道施工作业的有效性与安全性，有必要对隧道通风方案进行优化设计。
2施工通风设计原则
从经济、维修方便的角度出发，选用国产先进节能通风设备。在满足通风效果的前提下，尽量减少风机的品种、型号。
在隧道断面净空允许的情况下，尽量采用大直径风管，减少能耗损失。通过适当增加一次性投入，减少通风系统的长期运行成本。
3施工方案及主要污染源
3.1施工方案
本隧道工程均采用钻爆法施工，无轨运输即装载机配自卸车出渣。
3.2洞内主要污染源
洞内污染源见表3.2
表3.2
4施工环境标准
洞内施工环境的要求包括：洞内空气中的有害气体浓度、粉尘和烟尘浓度、空气温度和湿度、风速、噪声等，其主要标准如下：
4.1粉尘
《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）中规定的地下工程施工有关的粉尘允许浓度。
4.2有害其他
《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》（DL/T5099-1999）中规定的地下工程施工中有害气体允许浓度。
CO容許浓度当作业时间在1h以内时，可放宽到50mg/m³；0.5h以内时，可放宽到100mg/m³；15~20min以内时，可放宽到200mg/m³。在以上条件下反复作业时，两次作业时间应间隔2h以上。
4.3空气温度和风速
洞内温度一般不应超过28℃，当空气温度和相对湿度一定时，提高风速可以提高散效果。洞内最低风速应不小于15m/min,最大风速应不超过240～360 m/min。
4.4风量
洞内风量要求：每人每分钟供应新鲜空气不少于3m³。
洞内使用柴油机械施工时，每马力每分钟供风3m³，并与同时工作人员所需的通风量相加。
洞内空气中的含氧量不低于20%。
5通风计算及通风设备
5.1设计参数
盆因拉隧道正洞全长10410米，设辅助坑道4座，均采用钻爆法施工。盆因拉隧道独头掘进均大于2000米，最长达到2616米。各队施工任务如下表。
表5.1
主要计算参数：
⑴、开挖面积：斜井S斜=37.8㎡；横洞S横=50.77㎡；正洞S正=56.26㎡；以上均为最大开挖断面面积。
⑵、一次开挖长度L=3.0m
⑶、单位体积耗药量：1.3kg/ m3；
⑷、一次爆破用药量：斜井G斜=147.5kg；横洞G横=200kg；正洞SG正=220kg。
⑸、洞内最多作业人数：30人；
⑹、爆破后通风排烟时间：T<60min；
⑺、隧道内平均风速不应低于15m/min；
5.2通风量计算采用公式
5.2.1按洞内同时作业的最多人数计算
Q1=qmk (m³/min)
式中：q—洞内每人每分钟所需新鲜空气，m³/min
m--洞内同时工作最多人数，均取40人
k—风量备用系数，一般去1.1~1.25，取1.15
5.2.2按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算风量
Q2=7.8/t×(m³/min)
式中：t---爆破后气体达到允许浓度的时间，取30min；
G---同时爆破炸药用量，取最大220kg；
A---开挖断面面积，取最大56.26㎡；
L0---炮烟抛掷长度，L0=15+G/5=69m。
5.2.3按内燃机作业废弃稀释的需要量计算
Q3= (m³/min)
式中：Ni---洞内同时使用各种内燃机KW数；
A---内燃机每KW所需要的风量，m³/min；
5.2.4按洞内允许最小风速计算
Q4=VSm³/min
式中：V---洞内允许最小风速，取15m/min；
S---开挖断面面积，取最大56.26㎡；；
取以上四种计算的最大值最为设计控制风量。
5.2.5风量修正计算
P=1/
式中：P---漏风系数；
---百米漏风率，取1%；
L---通风管长度m；
Q风机=P*Q工作面*α
式中：Q风机---风机出风口供风量；
Q工作面---工作面需风量；
α---高原修正系数，取1.2；
5.2.6风压（通风阻力）计算
①摩擦阻力
H摩=
式中：α---风管摩擦力系数，取0.00018；
L—通风管道长度m；
Q---设计风量，m³/s；
g—重力加速度，取9.8m/s2；
d—风管直径，m；
②局部阻力
H局=
式中：ε---局部阻力系数，一般取1.5；
Q---设计风量，m³/s；
γ—空气重量，取1.2kg/m3；
S—管道净面积，㎡；
③其他局部阻力
按局部阻力的5%考虑
④管道总阻力
H总= H摩+1.05H局
5.3通风方式
根据隧道施工通风经验，结合本工程实际情况以及工程特点。盆因拉隧道通风方式均采用长筒式压入式通风，射流风机辅助通风；隧道通风按以下三种情况设计，
⑴、正洞独头掘进
⑵、辅助坑道施工
⑶、辅助坑道进正洞后施工
5.4通风系统布置及风机选型
5.4.1各工区设计控制风量和风压值计算
5.4.2通风系统布置
辅助坑道施工时，均采用一台轴流风机进行供风，进入正洞后每个工作面各采用一台轴流风机进行供风。
通风系统布置示意图如下:
5.4.3通风管直径选择
为降低风管漏风率，提高通风效果，根据现场施工条件及单线隧道的工程特点，通风管采用引进的优质通风软管，风管直径选用Φ1.5m。
5.4.3通风管直径选择
为降低风管漏风率，提高通风效果，根据现场施工条件及单线隧道的工程特点，通风管采用引进的优质通风软管，风管直径选用Φ1.5m。
5.4.4通风机型号选择
由于不同的施工阶段，同一个工作面工作内容不同，随着施工长度的变化，其供风量也在不断变化，为在保证通风排烟效果的前提下，降低通风排烟成本，选用多级变速风机，根据施工需要供风。除考虑一般地段正常通风外，同时储备了一定的通风安全系数，确保顺利通过施工地段开挖、支护、衬砌施工，保证施工、隧洞结构及施工人员安全。根据各工区通风距离长度及计算所需风量、风压值选用旋通风机SDF(C)-No13/132kw×2型，该机最大风量3300m³/min,高效风量2691m³/min，全压5920Pa，配套直径为1.5m的PVC涤纶送压式导风筒。
5.4.5射流风机的设置与应用
为增加通风排烟效果，使非新鲜空气加速流出，在烟尘极易聚集的二次衬砌台车后、交岔口处设置SSF-10/37kw射流风机，利用其使非新鲜空气定向排出，该机最大风量33m3/min,出口风速38.6m/s。
6通风管理
隧道施工通风管理水平的高低，是影响通风质量的关键因素之一。隧道通风不好，除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外，主要问题是通风的管理不善，管道通风阻力大，使开挖工作面得不到足够的新鲜风流，沿途污浊空气不能及时排出洞外。因此，必须以“合理布局,优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。
6.1通风组织与相关管理制度
建立以岗位责任制和奖罚制为核心的通风管理制度和组建专业通风班组，通风班组全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。项目部定期根据通风质量给通风班组兑现奖罚办法。
施工产生的粉尘应进行综合治理，除采用常规的机械通风、湿式凿岩、放炮喷雾、出渣洒水、冲洗岩帮等措施外，还可以采取局部净化的方法，控制尘源所产生的粉尘扩散。进洞车辆推广使用低污染柴油车辆，并尽量减少进洞内燃车辆的数量，以减少废气排放量。
6.2防漏降阻措施
以长带短。每段软风管的长度由以往的20～30m加长至50～100m，减少接头数量，并严格按操作规程执行，以减少漏风率。
以大代小。在净空允许的条件下，尽量采用大直径软风管。
以直取弯。掘进过程中，按照5m间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将Ф8mm的盘条吊挂线拉直拉紧焊接于锚杆上，将Ф6mm的盘条弯成“V” 形，跨于吊挂线上，两端分别挂于软风管两侧的吊环，要求Ф6mm“V” 形盘条长短一致。这样，就可以保证风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减小通风阻力。
软风管在储存、运输过程中要注意保护，避免造成人为损伤和机械损伤，从而减少漏风量。
通风管线路的终点距工作面不应大于30m，必要时应在通风管上设置中间接力风机，以保证良好的排出污染空气。
此外，加强风管的检修，检查内容包括悬挂是否完好、接头连接状况、风管有无破损等，对存在的问题及部位做好記录并及时处理。
7结束语
施工通风是高原特长隧道施工的重要辅助措施之一。合理的通风系统、理想的通风效果是实现特长隧道快速施工和施工人员身心健康的重要保证。设计科学、先进、合理的通风系统，配置高效的通风机械是解决特长隧道施工通风难题的根本。此外，高水平的施工通风管理也是保证通风效果的一个不容忽视的问题。
关键词 高原特长单线隧道 通风设计通风设备
中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
由中铁二十一局集团三公司独立承建的拉萨至日喀则铁路盆因拉隧道全长10410m，起讫里程DK134+763~DK145+173，为全线最长单线隧道，也是全线建设过程当中最为关键性与重要性的控制性工程。该隧道设辅助坑道4座，其中1#斜井515米、2#横洞1335米、3#横洞1536米、4#横洞1076米，均采用钻爆法施工，无轨运输。该隧道地处青藏高原，平均海拔3850米；此区域范围内空气稀薄、缺氧严重，为一般状态下平原地区氧气含量指标的60％左右，平均气温温度较低。
这座现阶段国内在建铁路中海拔最高的特长单线铁路隧道工程因地处青藏高原腹地，受到高海拔、低气压、温差大等特殊环境条件的影响以及独头掘进距离均大于2000米，个别达到2500米以上，给隧道施工通风带来了不利条件，增加了隧道施工难度，为确保整个特长单线隧道施工作业的有效性与安全性，有必要对隧道通风方案进行优化设计。
2施工通风设计原则
从经济、维修方便的角度出发，选用国产先进节能通风设备。在满足通风效果的前提下，尽量减少风机的品种、型号。
在隧道断面净空允许的情况下，尽量采用大直径风管，减少能耗损失。通过适当增加一次性投入，减少通风系统的长期运行成本。
3施工方案及主要污染源
3.1施工方案
本隧道工程均采用钻爆法施工，无轨运输即装载机配自卸车出渣。
3.2洞内主要污染源
洞内污染源见表3.2
表3.2
4施工环境标准
洞内施工环境的要求包括：洞内空气中的有害气体浓度、粉尘和烟尘浓度、空气温度和湿度、风速、噪声等，其主要标准如下：
4.1粉尘
《工业企业设计卫生标准》（TJ36-79）中规定的地下工程施工有关的粉尘允许浓度。
4.2有害其他
《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》（DL/T5099-1999）中规定的地下工程施工中有害气体允许浓度。
CO容許浓度当作业时间在1h以内时，可放宽到50mg/m³；0.5h以内时，可放宽到100mg/m³；15~20min以内时，可放宽到200mg/m³。在以上条件下反复作业时，两次作业时间应间隔2h以上。
4.3空气温度和风速
洞内温度一般不应超过28℃，当空气温度和相对湿度一定时，提高风速可以提高散效果。洞内最低风速应不小于15m/min,最大风速应不超过240～360 m/min。
4.4风量
洞内风量要求：每人每分钟供应新鲜空气不少于3m³。
洞内使用柴油机械施工时，每马力每分钟供风3m³，并与同时工作人员所需的通风量相加。
洞内空气中的含氧量不低于20%。
5通风计算及通风设备
5.1设计参数
盆因拉隧道正洞全长10410米，设辅助坑道4座，均采用钻爆法施工。盆因拉隧道独头掘进均大于2000米，最长达到2616米。各队施工任务如下表。
表5.1
主要计算参数：
⑴、开挖面积：斜井S斜=37.8㎡；横洞S横=50.77㎡；正洞S正=56.26㎡；以上均为最大开挖断面面积。
⑵、一次开挖长度L=3.0m
⑶、单位体积耗药量：1.3kg/ m3；
⑷、一次爆破用药量：斜井G斜=147.5kg；横洞G横=200kg；正洞SG正=220kg。
⑸、洞内最多作业人数：30人；
⑹、爆破后通风排烟时间：T<60min；
⑺、隧道内平均风速不应低于15m/min；
5.2通风量计算采用公式
5.2.1按洞内同时作业的最多人数计算
Q1=qmk (m³/min)
式中：q—洞内每人每分钟所需新鲜空气，m³/min
m--洞内同时工作最多人数，均取40人
k—风量备用系数，一般去1.1~1.25，取1.15
5.2.2按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算风量
Q2=7.8/t×(m³/min)
式中：t---爆破后气体达到允许浓度的时间，取30min；
G---同时爆破炸药用量，取最大220kg；
A---开挖断面面积，取最大56.26㎡；
L0---炮烟抛掷长度，L0=15+G/5=69m。
5.2.3按内燃机作业废弃稀释的需要量计算
Q3= (m³/min)
式中：Ni---洞内同时使用各种内燃机KW数；
A---内燃机每KW所需要的风量，m³/min；
5.2.4按洞内允许最小风速计算
Q4=VSm³/min
式中：V---洞内允许最小风速，取15m/min；
S---开挖断面面积，取最大56.26㎡；；
取以上四种计算的最大值最为设计控制风量。
5.2.5风量修正计算
P=1/
式中：P---漏风系数；
---百米漏风率，取1%；
L---通风管长度m；
Q风机=P*Q工作面*α
式中：Q风机---风机出风口供风量；
Q工作面---工作面需风量；
α---高原修正系数，取1.2；
5.2.6风压（通风阻力）计算
①摩擦阻力
H摩=
式中：α---风管摩擦力系数，取0.00018；
L—通风管道长度m；
Q---设计风量，m³/s；
g—重力加速度，取9.8m/s2；
d—风管直径，m；
②局部阻力
H局=
式中：ε---局部阻力系数，一般取1.5；
Q---设计风量，m³/s；
γ—空气重量，取1.2kg/m3；
S—管道净面积，㎡；
③其他局部阻力
按局部阻力的5%考虑
④管道总阻力
H总= H摩+1.05H局
5.3通风方式
根据隧道施工通风经验，结合本工程实际情况以及工程特点。盆因拉隧道通风方式均采用长筒式压入式通风，射流风机辅助通风；隧道通风按以下三种情况设计，
⑴、正洞独头掘进
⑵、辅助坑道施工
⑶、辅助坑道进正洞后施工
5.4通风系统布置及风机选型
5.4.1各工区设计控制风量和风压值计算
5.4.2通风系统布置
辅助坑道施工时，均采用一台轴流风机进行供风，进入正洞后每个工作面各采用一台轴流风机进行供风。
通风系统布置示意图如下:
5.4.3通风管直径选择
为降低风管漏风率，提高通风效果，根据现场施工条件及单线隧道的工程特点，通风管采用引进的优质通风软管，风管直径选用Φ1.5m。
5.4.3通风管直径选择
为降低风管漏风率，提高通风效果，根据现场施工条件及单线隧道的工程特点，通风管采用引进的优质通风软管，风管直径选用Φ1.5m。
5.4.4通风机型号选择
由于不同的施工阶段，同一个工作面工作内容不同，随着施工长度的变化，其供风量也在不断变化，为在保证通风排烟效果的前提下，降低通风排烟成本，选用多级变速风机，根据施工需要供风。除考虑一般地段正常通风外，同时储备了一定的通风安全系数，确保顺利通过施工地段开挖、支护、衬砌施工，保证施工、隧洞结构及施工人员安全。根据各工区通风距离长度及计算所需风量、风压值选用旋通风机SDF(C)-No13/132kw×2型，该机最大风量3300m³/min,高效风量2691m³/min，全压5920Pa，配套直径为1.5m的PVC涤纶送压式导风筒。
5.4.5射流风机的设置与应用
为增加通风排烟效果，使非新鲜空气加速流出，在烟尘极易聚集的二次衬砌台车后、交岔口处设置SSF-10/37kw射流风机，利用其使非新鲜空气定向排出，该机最大风量33m3/min,出口风速38.6m/s。
6通风管理
隧道施工通风管理水平的高低，是影响通风质量的关键因素之一。隧道通风不好，除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外，主要问题是通风的管理不善，管道通风阻力大，使开挖工作面得不到足够的新鲜风流，沿途污浊空气不能及时排出洞外。因此，必须以“合理布局,优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。
6.1通风组织与相关管理制度
建立以岗位责任制和奖罚制为核心的通风管理制度和组建专业通风班组，通风班组全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。项目部定期根据通风质量给通风班组兑现奖罚办法。
施工产生的粉尘应进行综合治理，除采用常规的机械通风、湿式凿岩、放炮喷雾、出渣洒水、冲洗岩帮等措施外，还可以采取局部净化的方法，控制尘源所产生的粉尘扩散。进洞车辆推广使用低污染柴油车辆，并尽量减少进洞内燃车辆的数量，以减少废气排放量。
6.2防漏降阻措施
以长带短。每段软风管的长度由以往的20～30m加长至50～100m，减少接头数量，并严格按操作规程执行，以减少漏风率。
以大代小。在净空允许的条件下，尽量采用大直径软风管。
以直取弯。掘进过程中，按照5m间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将Ф8mm的盘条吊挂线拉直拉紧焊接于锚杆上，将Ф6mm的盘条弯成“V” 形，跨于吊挂线上，两端分别挂于软风管两侧的吊环，要求Ф6mm“V” 形盘条长短一致。这样，就可以保证风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减小通风阻力。
软风管在储存、运输过程中要注意保护，避免造成人为损伤和机械损伤，从而减少漏风量。
通风管线路的终点距工作面不应大于30m，必要时应在通风管上设置中间接力风机，以保证良好的排出污染空气。
此外，加强风管的检修，检查内容包括悬挂是否完好、接头连接状况、风管有无破损等，对存在的问题及部位做好記录并及时处理。
7结束语
施工通风是高原特长隧道施工的重要辅助措施之一。合理的通风系统、理想的通风效果是实现特长隧道快速施工和施工人员身心健康的重要保证。设计科学、先进、合理的通风系统，配置高效的通风机械是解决特长隧道施工通风难题的根本。此外，高水平的施工通风管理也是保证通风效果的一个不容忽视的问题。