水工隧洞通风技术的策略与应用：提升安全性与效率

水工隧洞通风技术的策略与应用：提升安全性与效率

李玉峰 

云南省滇中引水工程建设管理局玉溪分局  653199  云南  玉溪

摘要：水工隧洞通风技术的策略与应用对于提升工程的安全性和效率至关重要。本研究通过综合分析复杂的地质条件和隧洞通风需求，引入先进的预报方法与工具，以指导通风策略的制定。研究结果表明，通风技术在水工隧洞施工中具有关键作用，并且预报成果对于确定最佳通风策略起到了指导作用。通过评估安全性和效率的提升效果，验证了通风技术在工程中的重要性。为了进一步提高工程质量，本文提出了优化通风策略与措施、推动关键技术和装备的研发与应用，以及加强人员培训和管理措施，以期有效提升工程的安全性及其效率。

关键词：水工隧洞；通风技术；安全性；效率

引言

滇中引水工程作为国家级重大节水供水工程中的首要项目，对云南省的可持续发展和水资源短缺问题具有重要意义。工程由水源工程和输水工程组成，其中隧洞线路比重占据92%，地质条件复杂，施工工艺繁琐。在此背景下，水工隧洞通风技术的策略与应用已成为提升工程安全性和效率的关键。本文将着重研究通风技术在隧洞施工中的重要性，以及其对安全性与效率的提升效果。

一、隧洞通分要求分析

对于输水线路有毒有害气体危害问题，施工过程中应加强监测并采取防护措施，以确保施工人员安全。经初步统计，滇中引水玉溪段隧洞穿越磷矿层0.429km、含煤层0.52km。可能出现有害气体的洞段长约0.481km，占隧洞总长的0.66%，通过该段地层时可能产生少量浓度不高的瓦斯气体，施工时应加强监测及通风措施，因穿越洞段不长，总体评价对隧洞施工影响不大。因此主要通风要求是满足工作面爆破、喷锚、机械等产生的有毒有害气体，主要工作难点有三个方面：一是小扑隧洞4#、6#支洞大坡度斜井支洞长度为388米、493米，倾角均在22.5°左右，高差分别为147米及194米，承担主洞工作面长度在1456至5165米，由于工作面空气混杂烟尘等物质，比重相对正常空气较重，加之其通风长度较长，高差较大，通风较为困难。二是主洞存在转弯、部分支洞的主洞控制段较长，最长为2795米，常规通风方案由于长距离送风会导致风量损耗较大，难以满足通风需求。

二、策略研究分析

（一）通风线路形式分类

滇中引水玉溪段隧洞根据其隧洞线型情况，大致可分为I型、T型和L型三种通风线路结构，I型通风为常见的无支洞布置隧洞进口及出口通风布置，洞外空气呈直线通过风袋向掌子面供风；T型为在有支洞情况下，空气通过支洞进入主洞分上下游两侧通风，同时包括连续两支洞上下游控制段均贯通的连续T型；L型属于T型通风形式的特殊情况，由于滇中引水玉溪段隧洞断面尺寸较小，采取先开挖初支再进行二期混凝土衬砌的施工工序，L型基于该情况下，主要存在与支洞上下游贯通时间不一致情况下出现，一是在主洞仅有一支洞的情况下，某一侧主洞控制段贯通；二是有多条支洞主洞的情况，临近首尾支洞贯通上游或下游侧有一端贯通，形成有支洞及进口或出口两处通风口的情况；特别说明的是由于进口或出口构筑物形式的原因，出现贯通但不具备通风条件的情况，依然按照T型线路通风形式，L型通风形式的主要特征为在先挖后衬的特殊情况下，进入衬砌阶段工作，并具备两处通风口的通风形式。

（二）不同形式下采取的通风策略

1.I型通风：其通风形式较为为常见，通过炸药用量、机械设备功率、工作面人数等数据，加之风速、断面面积、爆破通风时间人员设备配风标准等参数，计算得出风量及风机功率，由于采用先挖后衬的施工工序，采用常见的压入式通风布置形式。在实际施工过程中发现，在独头通风长度超过2000米的情况下，由于摩擦力、漏风率的存在，风速、风压衰减较快，通过提升洞外风机功率增加通风效率其效果提升不明显，且导致进风端风袋承压较大，受刮蹭后破损率较高，变相增加了运维成本的同时，耽误相关掘进工序衔接，故采用在接近2000米洞段处，灵活利用避车洞增设轴流风机作为接力风机，该方式对比抽出式供风减少了风机频繁移动，加快了工作效率，同时也能将新鲜空气及时输送至掌子面，确保施工安全。

2.T型通风：通常采用双风机进洞，分别对主洞上下游进行供风，但由于滇中引水玉溪段隧洞断面较小，双风管进风布置严重影响施工通行，因此仅能采用单风管进风布置，为确保空气质量，在增加主风机功率的同时，在上下游接近1500米时，提前设置轴流接力风机确保掌子面通风质量。在实际施工过程中，该方法在支洞为平洞的情况下，通风效率能够满足施工要求，但在支洞为斜井的情况下，主洞高程与进风口高程存在近150至200米的高差下，随着主洞掘进的深入，风压损耗尤为明显，主洞在接近1000米距离时供风效果明显下降，经过计算，独头掘进方向甚至需要使用2至3台接力风机，整个支洞主动控制段就需增加4至6台接力风机，运行成本增加，且多台接力风机形成的洞内噪音污染较大，同时效果不理想。后经类似工程通风方案比较，决定采用更换更为优良、效率更高的主风机来解决效率问题，经实地考察及现场对比，采用了西班牙驭铁龙进口通风机，经施工检验，该风机功效对比常见风机噪音小、功效较高，对于长隧洞施工比较有针对性，其定制专用风袋进一步减少风阻摩擦，大坡度斜井支洞通风效率明显提升，随着隧洞深入仅需在上下游分别增设1台接力风机就能满足施工通风要求。

3.L型通风：主要针对贯通后的衬砌通风，I型通风隧洞在贯通后因洞内外温差影响，空气对流较为明显，通风设计简单，保证率较高，仅需注意风速过快问题，固不再赘述。但L型通风线路由于不同隧洞其洞口地形、气象等因素影响，在保证通风的情况下，又要确保在极端情况下风速过快影响混凝土养护问题，通风方案需根据不同情况进行设计，因L型通风线路具备两个空气交换口，固基本采用混合式供风方式，及一个洞口压入空气，另一洞口抽出空气，根据不同情况，两套系统可独立也可联合使用，衬砌阶段污染空气来源主要是钢筋焊接过程中产生的大量烟尘气体，在进行钢筋焊接工序时，压入和抽出两套供风系统同时运行，给工作面迅速提供新鲜空气并排出有害气体，同时联合混凝土喷淋养护系统，确保混凝土养护湿度；在完成钢筋制作后，关闭空气抽出系统，由空气压入系统单独供风，在保证工作面迅速供给新鲜空气的同时，减少已浇筑完成混凝土空气流动，确保洞内湿度，保证混凝土养护到位。

三、结论

（一）通风技术对水工隧洞施工的重要性

水工隧洞施工中，通风技术的重要性不可忽视。通过有效的通风措施和系统设计，可以实现以下目标：

提供良好的工作环境：通风系统能够排除有害气体、粉尘和烟雾等污染物，确保施工人员的健康和安全。

保障施工质量：良好的通风条件有助于控制施工现场的温度、湿度和气流等因素，减少岩体变形和塌方等意外事件，提高施工质量和效率。

降低事故风险：通风系统能够有效地控制火灾、爆炸和窒息等事故的发生，保障施工现场的安全。

（二）安全性与效率的提升效果评估

通过实施有效的通风技术和根据预报成果制定的通风策略，可以提升水工隧洞的安全性和施工效率，具体表现在以下方面：

安全性提升：通过合理的通风措施，有效控制有害气体、粉尘和烟雾等污染物的扩散，从而降低事故风险，以保障施工人员的安全。

施工效率提升：良好的通风条件有助于提高施工现场的工作效率，减少因高温、高湿等环境因素导致的工作效率下降，从而加快施工进度。

质量控制提升：通过通风系统的控质，能够有效控制施工现场的温度、湿度和气流等因素，以减少岩体变形和塌方等意外事件的发生，从而提高施工质量。

工作环境改善：良好的通风条件能够改善施工现场的空气质量，减少粉尘和有害气体对施工人员的影响，提供舒适的工作环境，有利于工人的身体健康和工作效率[1]。

事故应急响应能力提升：通过通风系统的布置和监测，可以及时发现和应对突发事故，提高施工现场的应急响应能力，以减少事故损失。

四、建议

（一）通风策略与措施优化

完善通风策略：根据不同地质条件和施工阶段的特点，制定全面、科学的通风策略。考虑到纵波视速度、横波视速度和纵横波速度比的变化，结合预报成果，优化通风方案，以确保通风效果的最大化。

合理布置通风系统：根据隧洞的结构布置和工作面的位置，合理设置通风口和通风设备[2]。在实施过程中，需要确保通风系统能够覆盖整个隧洞范围，并具备均衡的气流分布，以此来提高通风效果。

控制污染物扩散：加强对有害气体、粉尘和烟雾等污染物的控制和监测。采用有效的过滤设备和防护措施，从而减少污染物对施工人员和环境的影响。

（二）关键技术和装备的研发与应用

通风设备改进：加大对通风设备的研发力度，开发高效、低噪音、可靠稳定的通风设备[3]。引入先进的通风技术，如局部通风、喷雾降尘等，提高通风系统的性能和效率。

自动化监测系统：引入先进的自动化监测系统，实时监测隧洞内的温度、湿度、气流速度和有害气体浓度等参数。通过数据分析和预警功能，及时发现异常情况，以提高事故应急响应能力。

（三）人员培训和管理措施

为了确保水工隧洞通风技术的有效应用，以下是建议的人员培训和管理措施：

培训与教育：开展针对施工人员的通风技术培训和教育计划。培训内容包括通风原理、通风设备操作和维护、应急处理等。通过定期组织培训和演练，提高施工人员的通风安全意识和应急处理能力，确保他们熟练掌握相关知识和技能。

安全管理制度：建立健全的通风安全管理制度，明确责任分工和管理流程。制定相关规章制度，明确通风设备的使用、维护和检修要求，强化施工现场的通风安全管理。加强现场监督和检查，及时发现和处理通风安全隐患，确保通风系统的正常运行。

持续改进：建立反馈机制，定期评估通风技术和管理措施的有效性。收集施工现场的数据和经验教训，进行总结和分析，及时调整和改进通风策略和措施，提高通风技术的应用水平和安全性。

合作与交流：加强与相关领域的合作与交流，与通风设备供应商、专业机构和相关工程单位建立紧密联系[4]。通过共享经验和技术，推动通风技术的创新和应用，提高施工人员的专业素养和技术水平。

综上所述，通过培训和教育施工人员，建立安全管理制度，以及持续改进和合作交流，可以提高水工隧洞通风技术的安全性和效率，从而确保其有效应用于实际施工中。

参考文献

[1]谌少英.长距离大断面水工隧洞掘进施工通风技术解析[J].四川水利,2021(S2):11-14.

[2]廖彬.小断面特长引水隧洞的快速开挖施工技术分析[J].河南科技,2021,40(32):62-66.

[3]陈翔.小断面长距离引水隧洞施工通风技术探讨[J].建筑技术开发,2020,47(23):42-44.

[4]何嘉龄.引水隧洞施工技术及实施要点研究[J].农业科技与信息,2019(12):121-122.