长隧洞施工变频节能通风技术研究

李晏

【摘要】近年来，我国的隧道工程建设越来越多，其对能源的消耗越来越多。目前国内在隧洞掘进施工通风中，通常按照掘进通风散烟、瓦斯、有毒气体等最大供风需求量配置风机。然而，在掘进工作面环境条件处于低烟雾、低瓦斯状态时，掘进通风机仍在最大功率下运行，从而造成了极大的能源浪费;同时，风机一旦接入电网便处于长期恒速运转，造成“大马拉小车”的现象。对隧洞供风系统进行优化设计与改造，使其具备智能辨识工作面作业环境的功能，实现高效、节能通风意义重大。介绍了对长隧洞施工变频节能通风技术进行的研究。

【关键词】长隧洞;施工;变频;通风

隧洞开挖过程中，容易受到各种因素影响，特别是长隧道工程施工时常会面临通风技术质量这重要的一环。所以在长隧道工程施工建设中，应该根据工程实际情况和隧洞开挖特点，选择适宜的施工技术，并做好施工通风质量控制工作，将隧洞开挖施工的通风技术在长隧道工程中自身价值全面发挥尤为重要。

1、施工技术

1.1风、水、电及通风布置

高压风管为钢管，布置在隧洞侧墙中下部，与施工用水水管平行，电力线路布置在另一侧，高度从拱架拱脚向下布置，最下一个架线瓷瓶距地面约1.9m，通风用风筒布置在洞顶稍偏一側，让出洞顶轴线位置安装激光定向仪用来方便开挖测量放线。

1.2石方开挖施工技术

通常情况下，在使用石方开挖施工技术中，其主要划分为两种模式，一个是石方明挖，另一个是石方洞挖。对于石方洞挖，也就是依据隧洞开挖轮廓线及隧洞围岩情况，合理选择爆破工艺，使用7655型手风钻或钻孔台车等钻孔设备，对爆破范围进行凿岩钻孔处理，并安装适量炸药，对隧洞围岩进行爆破。要想保证石方施工工作有序进行，保证操作安全，在整个开挖中，应根据工程现场实际情况，科学制定开挖方案，在施工过程中利用轴流通风机等通风设备采用串并联通风方法实现及时通风除尘排烟，及时清理渣石。

2、通风现状

通常隧道在通风设计及风机选型时是根据隧道通风最困难时期的需求选择的，而在隧道施工初期及隧道中大气环境相对良好的情况下就会造成巨大的能源浪费。同时，隧道施工在各个工序作业期间，对需风量的要求亦不同，如果风机以一成不变的状态运行也会造成巨大的能源浪费，如无瓦斯段和低瓦斯段只需满足职业健康要求即可;而对于瓦斯洞段则需风机加大运行功率以保证隧道风速;当粉尘超标时风机需加大功率排出烟尘;爆破后一氧化碳超标时风机需全速运行以减少通风散烟时间。由于巨大的电费投入，施工管理者在施工过程中随意停风降低了隧道大气环境质量，不间断地通风，使电费增加，间歇性的通风会造成空气质量下降。

3、长隧洞施工变频节能通风技术

3.1大气压力

大气压力是指单位面积上直至大气上界整个空气柱自重，是气象学中极其重要的一个物理量，它的分布和变化与大气运动及天气状况有密切关系。大气压力主要由空气密度计算得到，而密度又受温度、压力同时影响，因此，测量出的大气压力值实际上已包含温度影响，所以其实际作用为使隧洞两洞口端形成气流压差，可将其称为超静压差。由此，搞清各支洞口的超静压及洞内温度分布，则可分析洞内自然风的影响规律。因此，在数据采集、方案分析中应重点考虑相关因素。

3.2出渣

在隧洞出渣中主要采用装载机装车和扒渣机装车两种出渣方式，这两种出渣方式各有优缺点。采用装载机装车优点是装载机为通用设备，即可装车，又可在现场零星作业，缺点是隧洞开挖深度增大后，设备使用洞内烟雾大，装载机出渣受隧洞开挖规格尺寸等影响，同时装载机装车需增大避车道的密度和尺寸，增加了洞内施工环境恶劣程度和施工成本。而使用扒渣机出渣的优点是扒渣机在工作时使用电做动力，装车时施工产生烟尘小，效率高（运渣时一台车在掌子面装车，另一台车在最近的一个避车道随时待命），设备高度较低适用于小断面隧洞，同时用皮带传送渣石装车，运输车辆直接开到掌子面附近，避免了装载机装车时需增加调车硐室，可减少避车道数量;缺点是扒渣机用途单一，且价格较高、不同价格的扒渣机性能相差太大。

3.3风机变频节能系统的改造

（1）安全监控系统的改造。在隧道内相关部位安装甲烷、硫化氢、一氧化碳、风速等传感器用以监测隧道内的施工环境并进行监测数据的分析、存储与传输。（2）引入智能软件系统。引入智能变频通风运行及监控软件系统，在隧道监控室内的计算机上运行并显示。该软件系统具有以下功能：数据读取、传输、计算分析和信号输出、智能控制与人工控制系统的转换设置、接受人工手动设置参数、运行参数读取与保存以及显示等。（3）增设控制器。所增设的控制器具有承担隧道内的环境参数分析、计算和输出控制信号的功能，具有读取安全监控数据、分析计算、下发运行频率的功能。控制器负责计算运行频率并将频率信号输出给变频器，以达到风机风量实时智能控制的目的。（4）增设变频器。所增设的变频器是实现风机智能变频控制的关键设备，在使用时变频器主要具有以下功能：控制并改变风机的运行频率;监测风机的运行参数，如电压、电流和功率等。（5）增设传感器。通过传感器收集隧道内的环境数据并进行智能分析，在保证职业健康和有毒有害气体指标可控的前提下，自动调节风机的运行频率，以达到节能减排的目的。

结语：

综上所述，隧道通风系统的供风方式及设备功能的提升与改造，实现了隧道风机智能变频控制，提高了隧道通风的自动化程度，提高了隧道安全管理的效率，同时亦降低了电能消耗，对于长隧洞施工通风具有重要的意义，也为今后的类似工程建设提供了相关经验，具有重要的参考价值。

参考文献：

[1]SDJ212-83.水工建筑物地下开挖工程施工规范[S].北京：中华人民共和国水利电力部，1983.

[2]GBJ86-85.锚杆和喷射混凝土施工技术规范[S].北京：中华人民共和国冶金工业部，1985.

[3]陈响亮，陈月娥.小断面长隧洞快速施工的优化与实践[J].浙江水利水电专科学校学报，2007（2）：28-30.