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1、郑州西安客运专线黄土隧道群通风及防尘措施初步建议郑州西安客运专线公司 石家庄铁道学院 2007 年 3 月1 前言郑州西安铁路客运专线全长 KM，其中隧道共 38 座，总里程 76703m。隧道长度最短的山神庙隧道 150M，最长的（张茅隧道）8460m.根据施工组织设计的调查，独头掘出长度最短，没有增设斜井导坑的共 28 座，其中独头通风长度 L500m 以下的居多，有 21 座，独头通风长度 500mL1000m 的 6 座，达到2000m 的另 1 座（金银山隧道）；设有施工辅助斜井的 10 座。多数斜井长度超过 500m，仅有函谷关隧道 1#斜井长 589m，2#斜井长 963m。设有
2、斜井的 10 座隧道，均通过斜井向进，出口正洞双向施工，多数单向施工长度不足 1000m，正洞单向施工长度小于2000m.在 38 座隧道中，黄土隧道占大多数。由于采用双线设计方案，衬砌厚度大，开挖断面更大，一般都达到 165。挖方式一般为非钻爆法，人工开挖弧导。CRD 方法，短台阶法等，工作面采用挖掘机开挖装土，20t 自卸汽车运渣，初期支护主要设备为混凝土搅拌车及湿式喷浆机等无轨运输施工模式。郑州西安客运专线隧道通风与施工环境控制应主要针对大断面黄土隧道无轨运输作业模式，提出能有效改善作业环境的通风方案，开发与施工实际相适应的通风设备，研究现场防尘降尘等技术措施。2施工通风系统的设计原则、
3、依据和基础资料21 系统设计原则（1）施工通风系统布置应紧密结合施工方法，满足施工组织设计和计划进度的要求；（2）贯彻“以人为本”的建设理论、保证安全、优化施工环境；（3）施工通风系统应使正常施工条件下，隧道工作面的主要作业场地的劳动环境符合国家劳动卫生标准。在最不利条件下作业面的主要劳动卫生条件基本达到国家标准，即 CO 含量低于30mg/m3 氨氧化合物（NOx）等低于 5mg/m3,粉尘浓度低于2mg/m3,洞内平均温度不超过 28；（4）施工通风设计应尽可能降低通风技术难度，便于施工管理。系统形式简约，不宜频繁移动和更换风机；（5）尽可能减少控制风门，减少通风对施工运输的干扰；（6）多
4、工作同时施工的通风系统中，在满足施工要求的前提下，最大洞深时可将排烟，运输等控制用风量的工序适当的错开，然后进行通风计算，确定合理的系统规模；通风设备的种类和数量应相对较少，并尽可能利用承包商已有设备；（7）坚持节约投资，节约能源的设计原则；（8）尽可能使用国产低噪声，高效率专用隧道风机，暂时国内不能生产的，也应该立足国内技术力量，自行研究开发。22 设计依据（1）铁道部科技司项目合同；（2）水利水电部标准 DL/5099-1999；（3）铁道部标准铁道隧道施工规范（JB204-86）； （4）主洞特性参数表；（5）支洞特性参数表；（6）各隧道施工组织设计。23 基础资料（1）工程海拔高度按平
5、均海拔 1000m 以下计算，不用考虑空气重率高程修正系数；（2）通风管道的平均百米漏风率：国产风管取P100=（1015）;引用的分管取 P100=0.55;(3)取管道的达西系数 =0015，管道的摩组系数=/8=00150835/8=15710-3kg/m3(4)洞壁沿程摩阻系数按瞄支护巷取 =0088，TBM 掘进的遂洞取 =055；(5)钻爆法施工时，钻孔深度取 45，有效爆破深度平均40m;（6）炸药用量，全断面开挖时取 16kg/m3,导洞开挖时取18kg/m3;(7)排除炮烟的通风时间，小断面取 t=15min,大断面t=30min;（8）洞内施工人员用风指标取 40m3/mi
6、n;(9)洞内柴油机采用安装废气净化装置后的风量指标，按实际使用功率计算，取 40m3/minKW;3.通风方式及总体方案根据对郑州-西安客运专线 38 座隧道中主洞及支洞特征参数，施工方法，施工组织设计的调查分析研究，初步认为各类隧道施工工区的通风方式的选择应按下述原则确定：31 隧道进口段，出口段采用长管道压入式通风，分别按独头通风长度 500m,1000m,1500m,2000m 等四种情况进行通风系统设备造型配套设计；32 对于以斜井作为辅导施工坑道的工段，当斜井长度小于500m，正洞施工长度均小于 1000m 的，采用双风机双管道压入式通风，按总通风长度 1500m 进行通风系统设备
7、选型配套设计；33 对以斜井作辅助施工坑道，斜井长度大于 500m，不论正洞施工长度多少，均采用混合式通风。即在斜井内布设压出式通风系统（管道长度 500m），在正洞内布设压入式通风系统（管道长度 1000m）;3.4 对于少数不在上述讨论范围（如张茅隧道，函谷关隧道等）的隧道，根据工程施工的实际情况，另行制定施工通风方案和进行系统设计；35 尽可能避免再增设专用通风竖井的通风方案。因此，虽然郑州-西安客运专线隧道多，情况各异，但没有必要分别按各隧道实际施工情况进行通风系统设计。按照上述分类进行设计的原则提出的通风方案和系统设计可以适用各种不同情况，实际上是可行的。4 压压入式通入式通风风方案
8、方案41 系统布置120-130mF:Q=1800m33/min, Ht=1200Pa, N=55kw130m1.4m,L500m图 1 独头掘进 500m 施工通风方案如图 1 所示，采用通风机配以柔性通风管道布置压入式通风系统，通风机安装在洞外，距洞口约 20-30m。新鲜空气通过柔性通风管道压入到工作面，洞中的污染气体及粉尘沿隧洞排出洞外。压入式通风管道出口距开挖工作面的长度，再钻爆法作业时建议为 50m，但在黄土隧道中，不采用钻爆法作业，该距离应适应缩短，考虑作业机械布置，仰拱施作等情况，建议该长度为30m4.2 工作面风量的计算方法421 按允许最低平均风速 015m 计算，取平均开
9、挖断面积165，Q1=AV=01516560=1485m3/min4.2.2 按最多作业人数计算，取最多作业人数 50 人，平均每人需风量 40m3/人 minQ2=450=200m3/min4.2.3 按排除炮烟计算风量取钻孔深度 35m，单位炸药用量 14kg/m3,钻爆法开挖断面积 165，则一次爆破炸药用量 G=606kg.炮烟抛掷长度 L0=15+G/5=136m取爆破后通风时间 20min,则排除炮烟所需风量Q3=7.84.3 按稀释内燃设备废气计算风量取 20t 自卸汽车柴油发动机功率 180Kw,在遂洞内平均行驶速度 10km/h，装渣循环时间 5min，则车辆间距为 833m
10、。取重车负荷率为 08，利用率为 09；空车负荷率为 03，利用率 09。又假设出渣工序中还有混凝土喷锚，衬砌等平行作业，取混凝土输送车配用柴油机功率 250kw，负荷率 07，利用率 09；混凝土泵车 1 台，柴油机功率 75kw,负荷率 09，利用率 09；装渣用挖掘机 1 台，柴油机功率 150kw，负荷率 085，利用率 09。因此，装渣工序中柴油机使用功率N=KiKtNe式中，Ki每种机械的负荷率；Kt每种机械的利用率NeME 每种机械的柴油机额定功率，kw.稀释内燃设备废气所需的供风量为：Q4=40N4.4 通风机的设计风量管道的漏风系数PL=1/(1-lP100/100)式中,L
11、:通风管长度,m:p100;平均百米漏风率按工作面要求的最大新鲜风量计算通风机风量Qj=PLQ24.5 通风管道及通风机全压管道通风阻力系数Rf(D1.5)=6.5L/D5,NS2/m8Rf(D1.4)=6.5L/D5,NS2/m84.6 通风机配用电动机功率电动机功率N=11QiPt/5.独独头头掘掘进进 500， ，1000， ，1500， ，2000m 压压入式通入式通风风方案方案图 1 独头掘进 500m 施工通风方案120-130m 130m1.4,L500mF:Q=1800m3/min,Ht=1200Pa,N=55KwF:=2400m3/min,Ht=2000Pa,N=110Kw
12、双级调速16m,L1000m图 2 独头掘进 1000m 施工通风方案F:Q=2700m3/min,Ht=3000Pa,N=2110Kw 双级调速16m,L1500m图 3 独头掘进 1500m 单路通风F：Q=1500m3/min,Ht=2750Pa,N=95Kw 双级调速16m,L1500m1.3m图 4 独头掘进 1500m 双路通风14m,L2300 mF:Q=1800m3/min,Ht=4200Pa,N=295Kw图 5 独头掘进 2300m 双路通风6 张张茅隧道茅隧道 1#斜井建斜井建议议方案方案张茅隧道是郑州西安客运专线中最长的黄土隧道，设有两座斜井。其中 1#斜井长 300m
13、，向正洞进口方向计划施工1300m，向正洞出口方向计划施工 2200m.正洞开挖断面积 165，采用无轨运输出渣。受斜井断面限制，斜井内只能安装两路直径12m 通风管道。现斜井口已安装 2110Kw 风机（设计风量1800m3/min,全压 5000Pa）2 台，分别配用直径 12m 通风软管向进，出口两个工作面供风（图 6）。现场估计，采用该通风系统难以满足出口方向正洞施工 2300M 的要求，于是提出在出口方向适当位置增设通风竖井的初步设想，但考虑竖井位置难以确定，施工困难，投资也较大，故迟未决策。针对这种情况，现论证不设竖井的可行方案，供施工单位参考。61 正洞施工 1300M 的通风方
14、案该方案即现已布置就绪的方案，即采用现有系统施工进，出口掘进 1300M 止，此时进口方向正施工结束，出口方向约900M 未完成。62 正洞出口方向 13002300M 施工通风方案待进口正洞 1300M 掘进任务完成后，利用现有系统得两台风机 F1，再新购置 1 台风机 F2，形成混合式通风系统，如图 7所示，完成 13002300M 施工任务。1#斜井15，L1300m15，L1300m1.2m,L1300mF1:Q=1800m3/min Ht=5000PaN=2*110Kw图 6 张茅隧道 1#斜井掘进 1300M通风方案1#斜井F1：Q=800M3/min Ht=5000Pa N=2*
15、110kF2:Q=2400m3/min Ht=2200Pa N=110Kw1.5m,L1000m1.2m,L300m1.5,L1300m图 7 张茅隧道 1#斜井掘进 1300M 以后通风方案7函谷关隧道函谷关隧道 2#斜井混合式通斜井混合式通风风方案方案 函谷关隧道全长 7851M，设 3 座斜井。其中 2#斜井全长 963米，通过斜井向正洞进口方向施工 830M，出口方向施工1125M。正洞开挖断面积 165，无轨运输施工方式。该斜井施工可能采用两种通风方式。第一种通风方式即现已布置就位的两路长管道压入式通风。参照前面的计算结果，每个工作面独头掘进达到 2000M 时，所需通风量达 300
16、0M3/min 以上，因而配置的通风软管直径必须达1。8M，或者每个工作面都由两回路送风，则斜井中需安装 4 路风管。因斜井断面限制，实施这种方案是不可行的。第二种通风方式是采用混合式通风，如图 8 所示F1:Q=1800m3/min Ht=2400Pa N=110Kw 双级调速F2：Q=2400m3/min Ht=2200Pa N =110kW图 8 斜井混合式通风该系统中，新鲜风流从斜井流入洞内，由 2 台风机 F2和压入式管道分别送至两个工作面，工作面的污风回流至斜井底部，由 2台风机 F1和压出式管道送往洞面地面，从而形成混合式通风系统。根据前面计算结果，送往两个工作面的压入式风机 F2的设计风量为 2400m3/min,全压 2000PA，电动机功率 110KW，配用直径 16M 通风管道送风长度 1125M。
