高寒高海拔高速螺旋式隧道施工中空气质量控制要点.docx
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高寒高海拔高速螺旋式隧道施工中空气质量控制要点
高寒高海拔高速螺旋式隧道施工中空气质量控制
一、工程概况：
卧龙沟1号隧道穿越甘肃，青海两省交界，位于青藏高原向黄土高原过渡地段，海拔为2897-3195m之间，地质条件复杂，受地形影响，采用螺旋型隧道，本隧道为西北首条高寒高海拔高速螺旋型隧道，总转角近220°，曲线最小半径为700米。
集中升坡，进出口高差达58m。
该隧道为分离式隧道，右线起讫桩号K6+008-K8+562.63,长2554.63m,纵坡采用2.3%的单向坡；左线起讫桩号为ZK6+062-ZK8+688，长2626m,纵坡采用2.2%的单向坡。
隧道进出口洞门采用端墙式洞门。
隧道围岩等级长度左线为：
Ⅴ级1074米，Ⅳ级1217，Ⅲ级323米；右线为：
Ⅴ级1062米，Ⅳ级1171，Ⅲ级320米。
二、小组简介：
为了确保高寒高海拔高速螺旋隧道通风质量，大循总监办与2015年4月26日成立了卧龙沟隧道通风质量管理小组，并积极开展了“高寒高海拔高速螺旋隧道通风质量控制”的QC活动。
并于2015年11月28日完成课题任务。
QC小组概况详见表1：
小组名称
山西省交通建设工程监理总公司大循项目部高寒高海拔高速螺旋隧道通风质量控制QC小组
组建日期
2015年4月
课题注册号
小组组成
以现场监理人员为主
平均TQC受教育时间
100
小组课题
高寒高海拔高速螺旋隧道通风质量控制
课题类型
现场型
活动次数
12
活动时间
2015/4/26至2015/11/20
出勤率
100%
姓名
性别
年龄
职务
小组分工
杨军
男
公司副经理
组长
王晋朝
男
项目总监
副组长
程卫刚
男
40
驻地监理
组员
张跃军
男
42
隧道监理工程师
组员
王卫东
男
45
隧道监理工程师
组员
夏正年
男
45
现场监理
组员
刘晓鹏
男
32
现场监理
组员
潘国栋
男
31
现场监理
组员
三、选题理由
隧道作业的环境要求
隧道开挖采用钻爆法施工，洞内采用无轨装渣、无轨运输施工方法，在这种条件下，通风排烟除尘是首要解决的问题，而螺旋式隧道由于平面曲线与纵向高差的存在，尤其是进口上坡洞，再加上处于高原地区，施工通风成为工程中的一个重点难点，只有完善通风方案，加强隧道通风管理，才能保证隧道内空气质量符合标准，才能为施工人员，作业人员的职业健康安全提供保障，才能为项目降低成本，提高经济效益，才能有利于监理工作的开展。
项目业主对施工作业环境的要求，确保施工现场作业环境达到国家规范规定的空气质量标准减少和预防职业病。
项目监理的目标
3-1树立本公司的企业品牌形象，创造优质服务；
3-2消除由于作业环境差引发的不安定因素而造成的质量隐患和质量事故。
4、监理服务目标的技术积累
4-1确保本公司在青海的“AA”信誉评价，开拓监理市场积累监理经验，提高监理人员的管理水平、服务能力，为相类似的监理工作提供技术基础。
现状调查
2015年11月，QC小组针对目前隧道施工的现状、作业环境的空气质量、以及海拨高度与大气压力关系，采用现有通风方案的缺陷及成本进行了初步的调查、分析统计。
海拨高度（m）与大气压力（kpa）关系图表
海拨高度（m）
1600
2000
2600
3000
3200
3400
3600
3800
4000
4400
5000
大气压力（kPa）
6.119
5.845
5.423
5.158
5.031
4.903
4.776
4.776
4.531
4.305
3.972
4-1隧道施工进度、内部环境，线形。
卧龙沟1#号隧道进口自2015年04月26日，出口自2014年11月28日，开始施工。
进口方向通风由于处于上坡段，左洞纵坡2,2%，曲线半径，R=1255m,右洞纵坡2.3%，曲线半径R=1288m,增加了排烟通风的难度，出口方向通风曲线半径R=700m.风损更大，总监办对项目部编制施组中的通风方案进行了审核，经对比分析采取如下方案。
第一阶段：
隧道在掘进600米以内时采用两台110KW轴流式通风机，采用串联压入式通风，风管直径1600mm,拉链式安装。
第二阶段，隧道掘进到600--1000米时在洞内增加1台110KW轴流式风机作为接力式风机，第三阶段掘进大于1000米时采取永久实施与临时设施相结合安装洞内射流风机。
4.2目前采用的通风方案及计算过程
4.2.1隧道施工中的主要污染源和通风防尘标准
1、隧道施工中的主要污染源有以下几项：
①爆破产生的炮烟；
②柴油机产生的废气；
③车辆行驶产生的粉尘。
2、通风防尘标准
①有害气体浓度容许值：
a.CO最高容许浓度为30mg／m3；b.CO：
按体积应≤O．5％；c.NO：
浓度应≤5mg／m3;
②空气粉尘允许含量：
含10％以上游离SiO2的粉尘应≤2mg／m3；
③最低的排尘风速应>0．15m／s;
④洞内气温应≤28℃。
4.2.2通风方式
施工通风依据《公路隧道施工技术规范》和隧道长度、断面大小、施工方法、施工设备配套等综合考虑，通风方案根据掌子面距洞口距离分阶段制定，本隧道拟采取取压入式通风方式。
4.2.3风量和风阻计算
施工通风所需风量按洞内同时工作的最多人数、洞内允许最小风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量和内燃机械设备总功率分别计算，取其中最大值作为控制风量。
主要计算参数
洞内同时工作最多人数按50人/工作面考虑；
洞内允许最小风速Vmin=0.15m/s；
洞内每人供应新鲜风4m3/min；
内燃机械设备作业供风量3m3/（minKW）；
风管平均百米漏风率为0.01，风管摩阻系数为0.01。
主要计算公式
洞内最多人数控制风量：
Q1=4*k*m（4—洞内每人每分钟供应新鲜风量、k—风量备用系数1.15—1.25、m—洞内同时工作最多人数；
最低允许风速控制风量：
Q2=60*S*V（60-分钟与秒的换算、S—断面面积、V-最低允许风速）
一次性爆破所需要排除的炮烟量：
Q3=7.8/t.3/√A（SL）2
（t—通风时间、A-一次性装药量、S—断面面积、L—通风段长度）
内燃机械设备总功率控制风量：
Q4=W*0.7*3（w—内燃机总功率、0.7--机械设备利用率、内燃机械设备作业供风量）
洞口风机风量：
Q=Qmax/（1-β）Ｌ／１００（β－百米漏风率）
风压计算公式：
风机有足够的风压克服管道阻力ｈ﹥ｈ阻
Ｈ阻＝∑ｈ动＋∑ｈ沿＋∑ｈ局（ｈ动－管口动压一般按50pa考虑、ｈ沿-沿程压力损失、ｈ局-为沿程压力损失的10%）
4.2.4风机、风管选型
通过计算，决定选用天津风机厂生产TZ63-12.5型子午加速风机（风量：
1800m3/min，全压2800Pa，电机功率110KW）及ф1.6m通风软管（全断面衬砌台车上加工固定钢管，软式通风管过台车时由此换接渡过）。
4.2.5压入式通风系统设置
洞外通风机安装在洞外，通过风管向洞内压入通风；洞内设置一台风机与洞外通风管串联，对通风管内空气进行加压送掌子面。
沿线每隔1000m安装一台射流风机辅助通风，加速洞内浑浊空气排出。
通风布置见下图。
第一台风机安设在距洞口20～30m处，第二台风机安设在进洞800米处。
在第一台风机800m出风口处采用薄铁皮加工一个与风带直径相同长度2.0m的圆筒，圆筒与第二台风机进风口距离为1.5～2.2m（该范围为通风真空地带,根据现场实际情况,可以进行调整），从圆筒压进来的新鲜空气被第二台风机吸入，送到工作面，新鲜空气将浑浊的空气逼出洞外。
A处连接图
因为隧道施工采用的内燃设备较多、功率较大，运输车辆排放的尾气量很大，隧道开挖产生的有害气体和粉尘也较多。
为了避免对施工人员和大气造成危害，对洞内排出的污风进行空气质量监测，如果发现不符合排放标准，及时采取有效的处理措施，以满足环境保护的要求
水幕降尘器降尘。
水幕降尘器具有喷水颗粒细，产雾量大，能够封锁整个隧道断面，除降尘外还可以吸收易溶于水的有害气体（S02、NH3等）。
在距工作面40m距离设置三道水幕（每道水幕间距5m），水幕降尘装置安在边拱上，爆破后5min打开水幕开关，降尘20min左右停止。
水幕布置示意图
4.3、作业环境的空气质量。
爆破后通风前，通风后的两组数据，出渣过程中空气质量检测数据。
隧道内尘毒监测记录（爆破后通风前）
监测部位掌子面
监测指标
CO
SO2
NO
NO2
O2
CH4
湿度
温度
游离SiO2
结论
K7+200
25
3.2
2.8
2.2
16
无
78
24
1.8
不合格
K6+800
20
2.2
2.4
1．8
18
无
70
22
1.6
不合格
K6+400
15
1.8
1.6
1.6
19
无
75
22
1.4
不合格
隧道内尘毒监测记录表（爆破后通风30min）
监测部位掌子面
监测指标
CO
SO2
NO
NO2
O2
CH4
湿度
温度
游离SiO2
结论
K7+200
25
1.1
2.0
1.2
18
无
76
19
1.4
合格
K6+800
20
0.7
2.2
1.0
21
无
68
20
1.2
合格
K6+400
15
0.6
0.9
0.8
20
无
72
22
0.6
合格
隧道出渣过程中空气
监测部位掌子面
监测指标
CO
SO2
NO
NO2
O2
CH4
湿度
温度
游离SiO2
结论
K7+200
23
1.0
1.8
1.1
20
无
76
20
1.0
合格
K6+800
18
0.5
2.0
0.9
21
无
68
21
0.9
合格
K6+400
15
0.5
0.7
0.7
23
无
72
22
0.4
合格
4.4、采用现有方案的缺陷及成本。
4.4.1采用现有的通风方案耗电量大，通风耗时长，人工成本高且通风效果不好。
影响施工进度。
活动目标
1.通过选择最佳的通风方案，减少风损、降低风阻、提高通风效果，
2.缩短通风时间、降低施工成本，使得工作环境空气质量短时间内达到规定目标，利于创造优良工程。
可行性分析
1.有利条件：
a有丰富的工程施工经验，优秀的专业监理队伍，b隧道渗水大有利于降尘。
2.不利条件：
a隧道长，需投入的人力物力时间较长,b安全隐患多。
六、原因分析
目标确定后，QC小组通过广泛收集通风班组及现场各方意见，并召开专题会议针对现场实际情况，进行分析，绘制效果分析图如下：
料
机
人
高寒高海拔高速螺旋型长大隧道通风效果的影响因素
操作不按标准要求★射流风机△软式通风管△
维护保养不到位△轴流风机★
对通风设施保障不力△大功率内燃机★拉链式连接接头△
洞内文明施工情况△
管道试通风方式★
二衬台车制约★
隧道采用钻爆法开挖★
高寒高海拔高速螺旋型长大隧道通风效果的影响因素
环
法
高寒、高海拔、高速螺旋型隧道长度大★
七、要因确认
根据QC小组对现场的观测、分析、得出几条对高寒、高海拔、螺旋型长大隧道通风效果的影响原因，并形成要因确认表：
序号
因素
原因分析
结论
1
通风设施未严格按照工艺标准操作
现场管理力度不够、标准要求执行差
★
2
通风管的维修保养不到位
通风班人员工作责任心不强，人员配置不足
△
3
保护通风设施的意识不强、施工过程中损坏通风管
对作业人员的管理不到位、思想教育不够，保护成品意识不强，工人在施工过程中不注意保护现场通风设施
△
4
内燃机械产生大量污浊空气
多台大功率内燃机械工作排放大量的尾气，机况不好或维修保养不力，将会排放更多的废气
★
5
通风软管风损、风阻大
软式通风管所受的通风损失和局部阻力，尤其对于螺旋隧道明显增大
△
6
风口或接头不严
风管与风机接头、风管拉链式接头处不严造成一定的风量损失
△
7
管道式通风方案
通风效果主要取决于风机选型和采用方式
★
8
钻爆法开挖
爆破作业中产生大量的粉尘和炮烟
★
9
高寒、高海拔
大气压力降低、氧气含量降低、内燃机械降效，故对总风量要求大
冬季通风影响洞内温度，必要时采取升温措施
★
10
洞内文明施工
洞内路面粉尘多，车辆行驶过程带起的扬尘
△
11
二衬台车的制约
二衬台车使该处的通风净断面减小，通风管穿过形成俩处拐弯，不利于排烟
★
12
隧道长度大且为螺旋式（平面为曲线、纵向降高差）
需要通风的巷道长度大，平曲线增大风管风阻、风损，上坡洞排烟难度增大，通风时间长
★
要因：
★非要因：
△
8、制定对策
QC小组通过对上述几项要因进行专项研究，制定了以下对策：
对策表
序号
因素
采取措施
负责人
时间
1
通风设施未严格按工艺标准设置
加强工艺标准的交底和培训教育，加强现场管理的力度，维护工艺标准的严肃性
2
内燃机械产生大量污浊空气
定期对挖掘机、装载机及运输车辆进行检修，加强保养，保证机况良好，在内燃机尾气排放口安装净化装置，最大限度减少废气排放量
3
钻爆法开挖产生粉尘与炮烟
合理减少一次装药量，设置水幕降尘器，用于放炮后的封闭隧道断面和喷雾洒水、冲洗岩面，降低粉尘
4
管道式通风方案
根据通风效果及进度情况确定分阶段通风方案实施的时间，及时实施
5
二衬台车的制约
采取在台车上设置硬质管，台车两头采用可调节长度的伸缩风管过度，降低风阻、减少风损，同时在该处增加两台射流风机，加速该处的风流
6
隧道长度大且为螺旋式（平面为曲线、纵向降高差）
增大风压，采取洞口2台风机串联，尾段永临结合混合式通风，风管吊挂平直，拉紧吊牢，不出现褶皱，定期测试通风量、风速、风压，检查通风设备的供风能力和动力消耗
9、对策实施
根据对策表中的措施，由相应责任人负责实施，组长、副组长监督执行情况，并在预定日期内完成。
实施一、
为提高通风管敷设的质量，规范施工行为，组织通风班组人员重新进行培训，把通风管规范敷设的重要性加以宣贯，并对施工方法、工艺标准要求再次交底，使每个人明确工作的标准和做好此项工作的重要性。
同时加强现场管理，制定奖罚措施，让班组的效益与工作质量挂钩，加强操作人员的责任心。
实施二、
加强挖掘机、装载机及自卸车等各种内燃机械的日常保养工作，定期进行检查维修，保证机况良好，并对内燃机进行改良，设置净化装置，净化排放不达标的机械不得进洞，尽可能减少废气的排放量。
实施三
在满足要求的前提下合理减少一次装药量，减少由于爆炸分解的一氧化碳、二氧化氮。
设置水幕降尘设备，用于放炮后装渣中封闭隧道断面和喷雾降水，冲洗岩帮，以降低粉尘减少污浊空气。
实施四、
根据通风效果及进度情况，加强通风效果监测，确定分阶段通风方案实施的时间，及时根据实际情况调整实施。
实施五、
由于二衬台车的影响，通风管经过此处时，弯度较大，风阻大，风损大。
因此在台车上要设置硬管通过，两头设置可调长度的伸缩管平顺过度，以降低风阻减少风损。
实施六、
增大风压，采取洞口两台风机串联，中间风机接力，尾段永临结合混合式通风，风管吊挂平直拉紧吊牢、不出现褶皱。
定期检测通风量、风速风压，检查通风设备的供风能力和动力消耗。
10、效果检查
10.1空气质量
卧龙沟1#隧道洞内空气质量检测的结果表明，采取新的通风措施，效果明显。
隧道内空气质量符合公路隧道施工技术规范JTGF60-2009中表13.0.1-1和表13.0.1-2的规定要求。
表13.0.1-1工作场所空气中有毒物质容许浓度（mg/m3）
中文名（CASNo.）
MAC
TWA
STEL
二氧化氮
—
5
10
二氧化硫
—
5
10
二氧化碳
—
9000
18000
一氧化氮
—
15
30
一氧化碳
非高原
高原
海拔2000—3000m
海拔﹥3000m
—
20
15
20
—
—
30
—
—
注：
MAC-时间加权平均容许浓度（8h）；TWA-最高容许浓度，指在一个工作日内任何时间都不应超过的浓度；STEL-短时间接触容许浓度（15min）。
表13.0.1-2工作场所空气中粉尘容许浓度（mg/m3）
中文名（CASNo.）
TWA
STEL
白云石粉尘
总尘
呼尘
8
4
10
8
沉淀SiO2（白炭黑）（总尘）
5
10
大理石粉尘
总尘
呼尘
8
4
10
8
电焊烟尘（总尘）
4
6
沸石粉尘（总尘）
5
10
硅灰石粉尘（总尘）
5
10
硅藻土粉尘
游离SiO2含量＜10%（总尘）
6
10
滑石粉尘（游离SiO2含量＜10%）
总尘
呼尘
3
1
4
2
煤尘（游离SiO2含量＜10%）
总尘
呼尘
4
2.5
6
3.5
膨胀土粉尘（总尘）
6
10
石膏粉尘
总尘
呼尘
8
4
10
8
石灰石粉尘
总尘
呼尘
8
4
10
8
石墨粉尘
总尘
呼尘
4
2
6
3
水泥粉尘（游离SiO2含量＜10%）
总尘
呼尘
4
1.5
6
2
炭黑粉尘（总尘）
4
8
矽尘
总尘
含10%—50%游离SiO2的粉尘
含50%—80%游离SiO2粉尘
含80%以上游离SiO2粉尘
呼尘
含10%—50%游离SiO2
含50%—80%游离SiO2
含80%以上游离SiO2
1
0.7
0.5
0.7
0.3
0.2
2
1.5
1.0
1.0
0.5
0.3
其他粉尘
8
10
注：
1.MAC-时间加权平均容许浓度（8h）；TWA-最高容许浓度，指在一个工作日内任何时间都不应超过的浓度；STEL-短时间接触容许浓度（15min）。
2.“其他粉尘”指不含有石棉且游离SiO2含量不低于10%，不含有毒物质，尚未制定专项卫生标准的粉尘。
3.“总粉尘”指直径为40mm的滤膜，按标准粉尘测定方法采样所得的粉尘。
4.“呼尘”即呼吸性粉尘，指按呼吸性粉尘采样方法所采集的可进入肺泡的粉尘粒子，其空气动力学直径均在7.07um以下，空气动力学直径5um粉尘粒子的采样效率为50%。
10.2社会效益
通过QC小组的活动，卧龙沟1#隧道内的空气质量在短时间内达到规范要求并能持续保持良好状态，为洞内的施工作业人员的职业健康安全提供了有力的保障，多次受到建设单位和其他外部单位的好评。
10.3经济效益
卧龙沟1#隧道采取永久设施与临时设施相结合的方案后，可节约采购临时射流风机数量6台，按市场价每台20000元计算，可节约设备购置费120000元，施工中的维护费30000元。
既缓解了流动资金的压力又节约了施工成本
11、巩固措施
11.1本隧道通过各项措施的实施，通风效果和通风质量有了很大的改善。
QC小组将各种处理措施、施工工艺、经验得失进行了全面的归纳和总结，形成了《大循高速公路高寒高海拔螺旋式隧道卧龙沟1#隧道施工通风技术》。
11.2通过这次QC活动，卧龙沟1#隧道施工环境中的空气质量有了显著的改善，在通风管理方面积累了许多宝贵的经验，取得了良好的社会效益。
在项目办、建管局的多次检查中受到了各方的好评。
12、总结和下一步打算
12.1通过此次活动，使小组成员的参与意识，管理能力得到了进一步的提高，解决问题的信心也进一步加强，让人感受到了团队的巨大力量。
QC小组活动达到了预期设定的目标。
小组自评
通过小组活动后，小组成员各方面的能力得到很大提高，为今后更好的开展QC活动积累经验，具体见表：
小组活动自我评价表
小组自我评价表
活动前
活动后
QC应用能力
2
5
团队协作能力
2
4.5
质量意识
3
5
专业知识能力
2
5
问题解决能力
2
6
12.2下一步打算
本次活动很好的解决了高寒、高海拔、高速螺旋式隧道施工中的通风质量控制问题，今后我们将继续坚持通过QC小组活动来解决工程中遇到的各种难题，在保证工程质量安全的同时取得更大更好的经济和社会效益。
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