高海拔地区特长铁路隧道施工通风技术研究

高海拔地区特长铁路隧道施工通风技术研究

摘要：高海拔地区隧道施工通风和平原地区相比，具有通风难度大、技术要求高、工程案例少的特点。本文结合川藏铁路拉林线达噶拉隧道，着重从高海拔地区卫生标准、高海拔地区的风量修正及各阶段施工通风设计等方面对高海拔地区隧道施工通风进行介绍，可为今后类似工程提供参考。

关键词：高海拔；长大隧道；施工通风

1 工程概况

川藏铁路拉林线达噶拉隧道全长17324m，设计为按旅客列车160km/h的客货共线单线隧道，起讫里程DK277+741~DK295+065。隧道海拔高程在3083m~3210m范围内。隧道洞身最大埋深为1730m。

达噶拉隧道位于高原温带半干旱季风气候区，具空气稀薄、气压低和氧气少等特点。年平均气温11℃，极端最高气温31.8℃，极端最低气温-11.5℃。年平均风速1.5m/s，最大风速20m/s，主导风向为ENE。

隧道采用钻爆法施工，开挖断面积约为62.3m2。为加快施工进度，满足施工通风要求，共设置了3座辅助坑道，其中2座横洞，1座斜井，均采用无轨运输方式。正洞与

辅助坑道相对位置关系见图1。

图1 达噶拉隧道辅助坑道位置关系示意图

2 高海拔地区隧道施工通风的特点

高海拔地区隧道施工通风与平原地区相比，具有以下几个方面的特点：

2.1 海拔高度增加空气物理性质发生变化

随着海拔高度的增加，空气逐渐稀薄，致使气压降低，单位体积中的分子数减少，空气密度也减小。另一方面，温度除了受纬度的影响外，还随着海拔高度的增加而递减。

2.2 海拔高度增加空气中氧气含量减少

自然环境中，大气中氧含量受各种因素的的影响，如温度、风速和海拔等，其中海拔的影响最为明显。在高海拔地区，氧气在大气中的体积含量并没有变，仍为21%左右，但是质量含量会随着海拔增高而降低。随着空气中氧含量的降低，人的工作能力随之降低，同时内燃机燃烧会更不充分，产生更多的有害气体，危害洞内人员健康。

2.3 海拔高度增加污染物对人体影响加剧

高海拔地区低压、缺氧的工作环境会对人体产生诸多不利影响。在修建隧道时，隧道内的有害气体对人体的影响会被放大，造成更大的伤害。目前各行业隧道施工规范的卫

生标准多以平原地区为依据，在高海拔隧道应执行更严格的卫生标准，创造良好的劳动环境，保障施工人员的健康和安全。

3 高海拔地区卫生标准

目前，《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）对隧道施工过程中作业环境做了相应的要求，具体应达到如下标准：

（1）空气中氧气含量，体积计不得小于20%。

（2）粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg。每立方米空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg。

（3）瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于1.0%；总回风道风流中瓦斯浓度应小于0.75%。开挖面瓦斯浓度小于1.5%；氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3。

（4）有害气体最高容许浓度：一氧化碳为30mg/m3，在特殊情况下施工人员必须进入工作面时为100mg/m3，但工作时间不得大于30min；二氧化碳为0.5%；氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3。

（5）隧道内气温不得高于28℃。

（6）隧道内噪声不得大于90dB。

上述标准中均未考虑海拔高度的影响，，除铁路行业外，公路、煤矿、矿山等行业

相关规范标准也基本未对高海拔地区卫生标准作明确规定，仅有国家标准《工作场所有害因素职业接触限值 化学有害因素》（GBZ 2.1-2007）对一氧化碳的容许浓度：当海拔高度＞3000m时，一氧化碳的容许浓度为15 mg/m3。可见，行业规范及国家标准均缺乏对高海拔地区卫生标准的研究。

4 高海拔地区施工通风风量修正

由于原有计算施工通风风量的公式仅适用平原地区，而高海拔地区具有上述特点，因此应对高海拔地区隧道施工通风风量在平原地区基础上进行如下修正。

4.1 排出炮烟计算工作面需风量修正

国内外实验表明，在标准状态下，1kg炸药爆破时所产生的炮烟量相当于0.1m3一氧化碳有害气体。在高海拔隧道，由于空气稀薄，气压降低，炮烟体积膨胀，此时产生的有害气体体积增加了，因此其需风量应增大。

由于铁路、公路隧道施工规范未作相关规定，根据《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》的规定，爆破散烟所需通风量应除以高程修正系数，修正系数见表1-1。

表1-1 爆破散烟所需通风量高程修正系数

4.2 人员需风量修正

在海拔3000m以上的地区进行隧道施工，空气中氧含量较少，人员工作能力下降，因此人员的需风量也要进行修正。在平原地区，每人供应新鲜空气为3。而根据《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》规定：当洞、井位于海拔1000m以上时，施工人员的所需风量的修正系数为1.3~1.5。有关资料表明，在海拔高度为3000m~4000m时，隧道内每人供应新鲜空气量可按4设计。

4.3 稀释和排出内燃设备废气计算供风量修正

和炮烟一样，在高海拔低气压条件下，内燃设备排放的废气体积也会发生膨胀，而且在高原环境下，普通柴油机的耗油量和废气排放量都会增加，需要通风量的也会相应增加。由于缺乏明确的规定，关于稀释和排除内燃设备废气风量修正的方法很多，主要有以下几种：

（1）按CO海拔高度系数进行修正

在使用柴油设备的隧道中，CO的浓度是重要的控制条件。因此可按《公路隧道通风照明规范》的CO海拔高度系数（当时，）进行修正。

（2）按照大气压力比例系数进行修正

式中，——高海拔地区的大气压力。

上述两种修正方法，以本隧道高程3200m为例，按CO海拔高度修正系数为，而按大气压力比例修正系数，可见按CO海拔高度修正系数偏大，因此建议按大气压力比例

系数修正。

值得注意的是，上述风量修正中，前两项为工作面的需风量而第三项为供风量。施工通风风量计算流程如图2。

由于1#、2#横洞原设计断面（6.0（宽）×5.0（高））仅能布置1Φ1.8m或2Φ1.5m风管，无法布置2Φ1.8m风管，因此需对原断面加高50cm。

6 结论及建议

在特长铁路隧道研究及设计中，施工通风是保证隧道能否顺利施工的关键性因素。而高海拔地区特长铁路隧道的施工通风还应注意以下几个问题：

（1）高海拔地区特长隧道施工通风难度大，在方案研究阶段，应从线位布置、辅助坑道选择、运输方式确定等方面考虑施工通风的可行性。

（2）当独头通风长度过长时，可通过优化施工组织及改变通风方式等方面缩短独头通风长度。应尽量减少为施工通风而增加土建工程。

（3）目前，由于缺少高海拔地区相应的卫生标准，上述高海拔地区需风量的修正值多为经验值，具体效果还有待于实践的检验。

作者简介：

黎旭（1989–），男，2013年毕业于西南交通大学土木工程学院，工学硕士，现为中国中铁二院工程集团有限责任公司工程师。