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1、压入式通风QB/ZTYJGYGF-SD-0315-2011第五工程有限公司 董亮1前言1.1概述随着隧道施工技术水平的不断提高，修建的隧道长度越来越长、规模越来越大，隧道施工通风从初期的利用自然条件进行通风逐步发展到借助通风管路和施工巷道进行通风，通风设备逐步大型化。通风机风量已经达到30005000m3/min以上，采用的风管直径超过2m。例如，朔黄铁路长梁山隧道、大秦线花果山隧道、西南铁路东秦岭隧道等均为双线铁路隧道，采用压入式通风，独头通风达到或超过了3km左右，取得了良好效果，西康铁路秦岭线平导独头通风更是达到了6.2km。1.2工艺原理1.2.1整个通风系统是在隧道外设置合适的轴流风
2、机并布设合理口径的通风管，通过轴流风机吸取隧道外新鲜空气输入隧道内施工环境中，通过气压将隧道内的污浊空气排出洞外。1.2.2在隧道内适当的位置设置射流风机，加快隧道内污浊空气流动的速度。1.2.3为了确保隧道内输入空气的压力，在隧道内适当的位置设置风室，在风室外增加轴流风机，增加工作面的通风压力，加快工作面的污浊空气移动速度。1.3风机选型及适用范围1.3.1风机的种类及适用范围风机按照其作用主要分为轴流风机和射流风机两种。轴流风机是送风设备，它适用于长达隧道送风；射流风机是导流、引流设备，它适用于所有隧道内导流、引流。1.3.2选择风机的依据轴流风机要根据送风距离、施工需风量以及其它因素综合
3、考虑确定风机型号；射流风机主要起导流作用，根据导流距离就可以确定风机型号。1.4风管类型和挂设要求1.4.1风管类型风管主要分为软管和负压管（管内有金属环骨架）两种。1.4.2风管挂设要求根据挂设部位和隧道施工条件确定风管的类型。风管挂设要求主要以挂设牢固、易安装、易更换、不容易脱落、施工影响小为准。2工艺工法特点2.1采用常用的通风设备，投资少、可重复使用，适用范围广。2.2设备可根据具体施工条件进行组合，适应性强。操作简单、安全可靠。2.3标准化作业、施工周期快、效果好。3适用范围长大隧道、独头通风，通风距离以3km左右为宜。4主要引用标准客运专线铁路隧道工程施工技术指南（TZ214)、高
4、速与客运专线铁路施工工艺手册、铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304）、铁路工程施工技术手册、工业与民用配电设计手册。5施工方法压入式通风是一种机械通风方式，它是利用设置在洞外的通风机械通过通风管道将新鲜空气送至工作面，以供给洞内足够的新鲜空气，污浊空气通过隧道流出，稀释、排除有害气体和降低粉尘浓度，从而达到改善劳动环境、保障作业人员身体健康，确保了施工进度。该类通风系统由四部分组成：隧道外轴流风机；通风管道（软管或负压管）；射流风机；隧道内风室（包括风室主体和轴流风机）。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程压入式通风施工过程中，要先根据通风长度、隧道横断面积和相应的技术指标确定轴流风
5、机、风管、射流风机等设备的型号和尺寸；再通过理论计算和现场试验确定射流风机、风室等的具体位置和角度等，工艺流程见图1。根据相关参数进行通风设计，选择通风机及风管根据相关参数进行通风设计，选择通风机及风管明确隧道通风距离、隧道横断面积等相关参数现场通风试验正式投入使用满足要求图1 施工工艺流程图6.2操作要点6.2.1隧道内通风距离和相关参数的确定根据施工任务确定通风长度，并根据隧道的有效开挖面积确定通风范围和风压大小。6.2.2理论计算确定通风设备型号和尺寸。6.2.3该计算内容适用于独头掘进的长大隧道。下面以高盖山隧道为例，进行通风设计计算。1通风设计计算1）风量计算按洞内同时工作的最多人数
6、计算Q1=qmk(m3/min)q-每人每分钟呼吸所需空气量q=4m3/min人m-同时工作人数，斜井、单线单洞取m =80人，k-风量备用系数，取k=1.15由此得Q1=qmk=4801.15=368m3/min按允许最低平均风速计算斜井取0.25m/s，正洞取0.15m/s；计算工作面供风量Q2=60AV其中：A隧道断面积，V为坑道内平均风速。斜井面积取为80m2；正洞单线单洞面积为85m2。斜井：Q2=60AV=60800.25=1200m3/min正洞：Q2=60AV=60850.15=720m3/min则按照允许最低风速所需要的风量为1200m3/min。按照爆破后稀释一氧化碳至许可
7、最高浓度计算采用压入式通风：工作面需要风量Q3= (m3/min)式中：t-通风时间，取t=30min。G-同时爆破炸药用量，斜井、正洞均按级围岩考虑,每循环最大进尺取3.5m。斜井单位装药量取1.27kg/m3，则G=803.51.27=355.6kg;正洞单位装药量取1.17kg/m3，则G=853.51.17=348.1kg;L掌子面满足下一循环施工的长度，取200m。则斜井井身施工时工作面需要风量：Q3 1169.6m3/min,取1170m3/min。斜井进入正洞施工时工作面需要风量：Q3=1209.2m3/min,取1210m3/min。则按照稀释爆破有害气体所需要的风量为1210
8、m3/min。按稀释内燃机废气的所需要空气量计算采用无轨运输，洞内内燃设备配置较多，废气排放量较大，供风量应足够将内燃设备所排放的废气全面稀释和排出，使有害气体降至允许浓度以下，工作面考虑施工高峰期需要的内燃机械使用情况为：ZLC50B装载机装载机1台（功率为162KW），汽车5台（每台功率为193KW），混凝土罐车2台（每台功率为85KW），总功率为1297kw。则稀释内燃机排出废气的需要空气量： Q = V / K（m3/min），其中V = P式中：式内燃机产生有害气体，按照有净化装置机械产生的CO气体为0.0910-3（m3/minkw）； P内燃机功率，P = 1297 kw； K允
9、许浓度0.008%。计算得：Q = V / K =（0.0910-31297）/0.008% =1460m3/min则按稀释内燃机废气的所需要空气量为1460m3/min。表1 分类计算所需风量统计表分类计算风量计算结果(m3/min)按洞内同时工作的最多人数计算斜井368 正洞按允许最低平均风速计算斜井1200正洞720按照爆破后稀释一氧化碳至许可最高浓度计算斜井1170正洞1210按稀释和排除内燃机废气计算斜井1460正洞上述四种计算结果，并考虑隧道内作业人员作业时所需用风量，取其最大值作为通风布置设计量：1828m3/min。第一阶段：斜井通风，根据施工安排单口掘进最大长度为L3221m
10、。风管漏风系数=1.627，(=0.015,L=3221m)通风机供风量Q供=PcQ ；则Qmax=1.6271460=2375.4m3/min,取：2376m3/min。第二、三阶段：左右线正洞通过斜井井口大功率风机送风到储风室，再由风室处设的轴流风机向左右线正洞通风。根据施工安排单洞掘进最大长度为L=2275m。正洞风管漏风系数=1.410，(=0.015, L=2275m)通风机供风量Q供=PcQ；则：正洞Qmax=1.4101460=2058.6m3/min,取：2059m3/min。故所需风量Qmax：斜井2376 m3/min ；正洞2059 m3/min。2）通风机风压计算管道阻
11、力系数风阻系数Rf=6.5L/D5，摩阻系数根据施工经验、隧道断面以及目前常用性能稳定的通风机选定通风管直径，为便于管理和维修，高盖山隧道通风管斜井段采用直径D=1.8m，正洞段采用直径D=1.5m。管道阻力系数Rf求值见表2。表2 管道阻力系数Rf计算表第一阶段斜井通风（L）第二阶段设储风室给正洞通风（L）4（瑞应）斜井2.49（3221m）1.76（2275m）管道阻力损失管道阻力损失Hf=RfQjQi/3600+HD+H其他式中 Qj通风机供风量，取设计风量，m3/min； Qi管道末端流出风量，m3/min；HD隧道内阻力损失取50；H其他其他阻力损失取60；风机设计全压H=Hf=Rf
12、QjQi/3600+50+60；各洞口风机全压计算如下：第一阶段斜井通风：Hmax=(2.4923761460)/360050+60=2510Pa；第二、三阶段正洞（通过储风室）通风：H max =(1.7620591460)/360050+60=1580Pa；故所需风压为：斜井为 2510 Pa；正洞为1580 Pa3）通风机功率计算风机功率计算公式：W=QHK/60 式中：Q风机供风量 H风机工作风压 风机工作效率，取80% K功率储备系数，取1.05W斜井=237625101.05/(60)/1000=131kW；W正洞=205915801.05/(60)/1000=72kW；故所需风机
13、功率为：斜井131kW；正洞72kW。经综合计算，所需条件见表3。表3 综合计算统计表综合计算计算结果供风风量计算结果(m3/min)斜井2376正洞2059供风风压计算结果(Pa)斜井2510正洞1580供风风机功率计算结果(kW)斜井131正洞722通风设备选择考虑到斜井井口通风机设备需满足所有通风风压和风量的要求，斜井井口单风机应满足井底总风量Qmax205920594118m3/min；风压为2376Pa；功率W =131kW。风室处风机向正洞左右线供风，应满足风量Q2059m3/min，风压1580Pa，功率72kW。综合考虑后确定如下：第一阶段（斜井通风）采用SDF(c)-NO13
14、型号风机通风；第二阶段（正洞通风）斜井井口选取2台SDF(c)-NO14型号风机(一台供进口储风室，一台工出口储风室)，正洞左右线进口方向掌子面通风：右线用1台SDF(c)-NO13型号风机，左线用1台SDF(c)-NO12型号风机，正洞左右线出口方向掌子面通风各用1台SDF(c)-NO10型号风机，另外斜井段用9台30kW射流风机导流，交叉口段用3台37kW射流风机导流。风机配备见表4。表4 风机配备表风机型号风量（m3/min）风压（Pa）功率（kw）数量备注井口正洞SDF(B)-NO1019854150110/2SDF(C)-NO12.529125355220/1SDF(C)-NO1333005920264/1现有设备，有效利用SDF(B)-NO14411668603702/射流风机3793导流作用设备选型说明：斜井井口设计所需供风风量4118 m3/min，选择SDF(C)-NO14通风机，其供风风量为4116 m3/min，考虑正洞内两台风机不同时开启，故其风量满足设计要求。6.2.3通风设备现场布置1隧道外轴流风机布设首先要做好风机基础，确保基础稳固，并根据现场情况
