特长公路隧道施工通风技术创新与实践

第1章隧道施工通风概述

1.1隧道施工通风的必要性

1.2隧道内环境卫生标准…

1.3公路隧道施工通风方式·

1.4国内外工程实例…

1.5 本书的主要内容·

第2章公路隧道施工通风计算

2.1需风量计算·

2.2风机风量计算…

2.3通风阻力计算…

第3章特长公路隧道施工通风方案实例

3.1华蓥山特长公路隧道施工通风方案

3.2米仓山超特长公路隧道施工通风方案

3.3宝鼎2号公路隧道施工通风方案

第4章风管压入式通风数值模拟

4.1全断面开挖局部流场数值模拟

4.2全断面施工瓦斯涌出数值模拟

4.3上下台阶法局部流场数值模拟

4.4上下台阶法施工瓦斯涌出数值模拟

第5章射流巷道式通风数值模拟

5.1射流巷道式通风局部流场数值模型…

5.2 射流巷道式施工通风有毒有害气体涌出的数值模拟……115

第6章隧道施工通风管理与除尘

6.1隧道通风系统测试

6.2风机管理

6.3通风管路管理・

6.4监测管理

6.5自然风及横通道的处理

6.6隧道施工中的粉尘控制技术

参考文献

第1章隧道施工通风概述

1.1隧道施工通风的必要性

在现代隧道施工过程中，作业环境往往关系到工程质量、安全、效率和作业人员的身心健康。隧道施工通风可为洞内的施工机械、人员等提供新鲜空气，同时稀释和排除各种有毒有害气体及粉尘，从而创造良好的劳动环境，改善施工条件，保障施工作业人员的健康与安全。隧道施工通风被誉为施工人员及作业机械的“生命线”，是隧道内外空气交换的唯一手段，尤其是对于有瓦斯、硫化氢等有毒有害气体溢出，或者高地温等特殊危险的隧道，必须采取合理的通风方式来保证足够的通风量，从而降低洞内有毒有害气体以及粉尘的浓度，避免瓦斯爆炸、高温热害、毒害等灾难的发生。几乎所有的隧道在施工时都需要进行通风，无论是采用钻爆法还是掘进机法施工的隧道都是如此。对于采用钻爆法施工和无轨运输方式的隧道，爆破产生的硝烟和工程机械排出的废气需要大量的新鲜空气进行稀释，施工通风变得尤为重要。总的看来，隧道施工通风主要以达到以下效果为目的。

1.稀释和排除有毒有害气体

隧道内的有毒有害气体主要包括三个方面的来源：地层溢出、爆破硝烟和工程机械排出。

（1）地层溢出：主要包括瓦斯和硫化氢（H2S）。

广义的瓦斯（Gas）是隧道内各种有害气体的总称，其主要成分是烷烃，其中甲烷（CH，）占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，一般还含有硫化氢、氮和水蒸气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。狭义的瓦斯一般指的是甲烷（CH2），是一种无色、无味的气体且难溶于水。瓦斯不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能发生燃烧或爆炸，目前已有多个隧道瓦斯爆炸的工程案例，造成了大量人员伤亡和财产损失。另外，瓦斯浓度过大时，使氧气含量过低会导致人窒息死亡。

硫化氢（H2S）通常为无色、易燃、剧毒气体，有刺激性的臭鸡蛋气味，溶于水称为氢硫酸，比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方；硫化氢为易燃气体，当与空气混合的体积浓度为4.3%~46%时，遇明火会发生爆炸，燃点为60℃，能与浓硝酸、发烟硫酸或其他强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。同时，它是强烈的神经毒素，对黏膜有强烈刺激作用。

瓦斯通常以游离和吸附两种状态存在于煤层及邻近地层中，当隧道穿越煤系地层时，施工过程中往往会有瓦斯溢出。一些地层中，硫化氢还与瓦斯伴生，比如邻垫高速公路华蓥山隧道、南大梁高速公路铜锣山隧道，都在施工和营运过程中检测到硫化氢溢出。若隧道勘测或施工检测表明隧道内有瓦斯存在，则该隧道应定义为瓦斯隧道，瓦斯隧道的施工通风与非瓦斯隧道有很大差别。

（2）爆破硝烟：在采用钻爆法施工的隧道中，炸药爆炸后会排出大量的硝烟，硝烟的成分极为复杂，主要包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化合物（NO，）等，这些气体大多对人体有害，必须引入新鲜空气稀释并尽快将其排出洞外。

（3）工程机械：主要是指隧道洞内施工过程中采用的大功率柴油机械设备，包括开挖面作业的装载机、沿隧道行走的运渣车等，这些设备在使用过程中要排出大量的废气，主要成分包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化合物（NOx）、二氧化硫（SO2）等，隧道施工通风应将其全部稀释和排出，使得隧道内各主要作业地点的有毒有害气体浓度降低到允许水平以下。

2.降低粉尘浓度

粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒，国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物为粉尘，它是隧道空气污染的重要因素。粉尘来源主要包括凿岩、爆破、出渣、喷浆、内燃机尾气、车辆行走等，其中游离二氧化硅（SiO2）对人体危害很大，施工人员如长期吸入粉尘，可能导致患上硅肺病。

3.调节洞内气候

隧道洞内的气候主要是指空气的温度和湿度。

（1）温度：隧道施工洞内温度主要受地层温度、地下水和机械设备等因素影响，其中地层温度对洞内温度的影响最大，也最为直接。长大隧道的修建多在增温带地层进……

本书基于国内外的隧道通风研究状况发现，公路隧道运营通风、风管式施工通风的研究是各国学者普遍关注的对象，而对于风管压入式通风、射流巷道式通风中涉及风流流场、有毒有害气体分布等问题，缺乏针对性研究，作为长大隧道施工两大基本的通风方式，有必要对其进行系统、深入的研究的研究。因此，本书依托于实际工程，在对其施工通风方案进行阐述的基础上，利用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对风管压入式通风、射流巷道式通风局部流场进行数值模拟研究(充分考虑瓦斯、硫化氢等有毒有害气体影响)，并对隧道施工通风管理技术技术在长大隧道施工中的具体应用进行探讨，最后结合现场监测检验通风效果，以期得到合理的通风效果改善途径，对特长公路隧道设计、建设发挥实际作用。