井冈山公路隧道正洞及斜井通风方案探讨

摘要：井冈山特长公路隧道为运营通风需要在隧道中部设置1#、2#通风斜井，井底1#～4#风机室通过各联络通道及风道分别与左、右正洞相连，如何进行施工通风设计、计算及分析。供在相似条件的公路隧道施工通风设计借鉴。

关键词：隧道施工、通风

中图分类号：U455文献标识码： A

1、工程概况：

井冈山隧道是一座上下行分离的四车道高速公路隧道，位于井冈山市境内，路线为东西走向，左洞长6841m、右洞长6859m，属公路特长隧道。为江西省井睦（井冈山至睦村）高速公路的控制工程。

隧道的出口端左、右洞各长400m位于右弯曲线上，其中左洞半径为1672.2m、右洞半径为1461.1m，洞内设人字形纵坡，进口端为1.48%、出口为-0.50%。

隧道施工：进口端担任2800m，出口端担任3000m，均为独头掘进。中间为斜井施工段。

隧道中部左洞长1041m、右洞长1059m，设运营通风1#、2#斜井，两斜井井口相距约100m。其中1#斜井长1359.61m、井口设计标高500.859m、纵坡-7.4905%；2#斜井长1314.66m、井口设计标高510.405m、纵坡-9.90%。两斜井分别通过联络风道与井底1#～4#风机房联接，风机房标高为396.345m、长178m。1#、2#斜井的垂直高差分别为：104.514m及114.060m。1#～4#风机房通过送、排风联络风道与正洞的左、右洞相连，并有其他联络通道与左洞相接，与左、右洞形成了多个交叉口。

井冈山特长隧道采用钻爆法施工，无轨运输。施工通风将成为影响和制约本隧道施工进度的关键之一。本文就施工过程的通风方案进行计算分析。

2、隧道施工作业环境：

隧道洞内施工会产生各种有害气体和粉尘，且随着坑导不断向前延伸，温度和湿度相应增高，对施工人员产生有害影响。

施工通风的目的，向洞内输送新鲜空气，排出有害气体及粉尘，改善劳动条件，保证施工人员的健康，保证施工安全，提高生产效率。

按“隧规”要求，隧道施工作业环境应符合下列卫生及安全标准。

2.1、洞内空气中氧气含量在作业过程按体积计算应保持在19.5%以上。

2.2、空气中有害气体的浓度：

2.2.1、CO不大于30mg/m3

2.2.2、CO2 按体积不超过0.5%

2.2.3、NO2 不大于10mg/m3

2.2.4、空气中粉尘浓度：

每1m3空气中含10%以下游离的CO2粉尘不超过2mg；

含10%以下游离的CO2粉尘不超过10%，在6mg以下；

不含有害物质的矿物性和动植物的粉尘不超过10mg。

2.2.5、噪声不大于90αβ

2.2.6、隧道内气温不高于28℃

2.2.7、洞内供风量要求：每人每分钟供应新鲜空气不小于3m3，柴油设备：1KW/min，供应新鲜空气不少于 4.5m3。

2.2.7、全断面开挖时供风风速不应小于0.15 m/s,但不大于6 m/s。

3、通风计算

3.1、正洞独头掘进3000m的通风计算：

3.1.1、计算洞内所需的供风量及洞口压入洞内的供风量

根据“公隧规”规定：风量计算从四个方面分别计算所需风量，按

每人供应新鲜空气不小于3m3/min；按一次爆破最大装药量产生有害气体在

规定时间内稀释达到允许浓度计算所需风量；按全断面开挖时风速不小于

0.15m/s计算风量；采用内燃机械作业时，供应风量不小于4.5m3/min·KW。

从上述前三个方面计算的所需风量中，选取最大的计算风量作为洞内的所需

供风量。考虑通风管的漏风率计算出洞口向洞内输送的供风量。

再根据独头掘进的长度，柔性胶皮管直径及其摩阻系数，百米漏风

率计算风管的风压损失。

3.1.2、通风计算参数

每一作业循环开挖断面S=83.29m2（Ⅲ级围岩全断面）；

一次最大爆破用药量G=280kg（一次进尺3.5m）；

洞内最多作业人员：63人；

通风排烟时间；t≤30 min；

通风管直径φ＝1.50m；

通风百米漏风率β＝1.5%；

正洞：通风距离L=2985m （按3000m计算）

斜井：以2#斜井为控制：L=2100m、通风管路中弯管：90°一1处

30°一3处。

3.2、洞内通风计算

3.2.1、正洞通风计算

以隧道出口端左洞通风距离L=3000m进行计算：正洞Ⅲ级围岩断面积

S=83.29m2，循环进尺3.5m一次爆破最大用药量G=280kg。洞内全部人员

63人，通风排烟时间t＝30min，通风距离L=3000m。

计算风量，选取最大风量。

· 按同时作业人员的供风量：

Q=3×63=189m3/min

式中：N……作业人员63人

3……按每人供风量3 m3/min

·按最低风速计算风量：

Q=V×S=0.15×83.29×60＝749.6 m3/min

式中：洞内允许最低风速是0.15m/s。

·按全断面开挖，一次爆破最多药量所产生的有害气体，30min内稀释至允许浓度。

Q =V1[1-(K×V1/V2)1/t]＝552.3 m3/min 。

式中：V1……一次爆破产生的炮烟体积；

V1=S×LS=83.29×71=5913.59m3

S……开挖的横断面面积83.29m2

LS—炮烟抛掷长度； LS=15+G/5=15+280/5=71m。

V2……一次爆破产生的有害气体：V2＝40×10-3×280＝11.2m3。

K……有害气体允许浓度：取100PPm换算成1×10-4。

t……通风时间30 min。

·按稀释内燃设备的废气计算风量：

按照装碴运输作业过程中内燃设备的分布，掌子面挖掘机1台、装载机

2台、后八轮自卸汽车（20t）3台，平均负荷率按0.70，其余2台后八轮

自卸汽车（20t）平均负荷率按0.30，备用2台。

内燃设备配备表：

挖掘机 小松P200 126KW 1台

装载机 龙工 181KW 2台

20t后八轮自卸汽车 228KW 7台

计算风量：

Q=4.5×0.70×（228×3+126×1+181×2）+4.5×0.30×228×2

＝3691.8+615.6＝4307.4 m3/min

按稀释内燃设备尾气所需风量约4600 m3/min（小于5198 m3/min）。

按前三种方法计算洞内所需风量取最大值：

Q=Q=749.6 m3/min

·计算通风机的供风量：Q2

当独头掘进3000m,选用软管φ＝1.50m.

百米漏风率取:1.50％。

计算洞口的供风量：

Q2＝ m3/min。

·计算风阻：

取管道摩擦系数r＝0.0028kg/m3，则 1000m长、φ1.50风管的风阻系数：

Rf ==2.3966W×S2/m3

3000m风管的总风压损失：

HL= Rf×L×Q1×Q2/3600=176Pa＜风机全压5355Pa。

3.2.2、混合式通风的风机选择：

压入式为对旋式轴流风机（主机）：

型号：SDF―12.5、 风量2913m3/min，

风压；5355Pa ， 功率：110kw×2，通风管φ1.50m。

从洞内压出式的对旋式轴流风机：

风机型号：SDF(©)－11.5, 风量1171～2285，风压727～4629 Pa，

功率－75KW×2，通风软管φ1.20m

3.2.3、正洞施工通风布设

3.3、斜井的通风计算：

以2#斜井进行计算：

2#斜井长1315m风机房设备运输通道70m进入主线左洞670m，

通风长∑L=2100m进行通风计算：其余计算参数同正洞。

3.3.1、洞内所需风量计算：独头掘进2100m选取最大风量同出口正洞计算。

洞内所需风量Q1=749.6 m3/min；计算洞口压入洞内的供风量：

Q2=1030m3/min。

3.3.2、计算风阻：

风流所受到的阻力：：有摩擦阻力、局部阻力（包括断面变化拐弯阻力及正面阻力）。

H机≥h总阻

h总阻=∑h摩+∑h局+∑h正。

（1）、∑h摩：按正洞公式计算风阻：

当独头掘进2100m时，通风软管直径φ＝1.50m,管道的百米漏风率β＝1.50％。

计算1000m长、φ1.50风管的风阻系数Rf:

Rf ==2.3966W×S2/m2

∑h摩= Rf×L×Q1×Q2/60×60=1079Pa。

(2)、计算∑h局：

∑h局＝∑ξ＝∑ξ＝∑ξ＝4181Pa

式中：Q……工作面所需风量。

在掘进与支护不同时作业的情况下，风速为：V=64.41 m/mi

S……管道断面积：1.7672 m2。

ξ……管道拐弯的风阻系数；

300 900 300

1处1处2处

ξ＝0.164 +1.471+0.164×2＝1.963。

在管道式的风阻计算中，∑h正该项无:为0。

H总阻＝∑h摩+∑h局+∑h正＝1079+4181+0＝5260Pa＜h机＝5355Pa。

3.3.3、通风机选择：

选择（主机）压入式轴流风机：型号SDF－12.5,风量1550～2918m3/min、

风压5355Pa、功率110KW×2。

3.3.4、斜井施工通风布设

3.4、采用自然风压理论优化斜井通风：

3.4.1、通风排烟由于大气压差小的1＃斜井排烟；

由于1＃斜井井口至风机房的垂直高差为104.514m，2＃斜井的垂直高

差为114.060m，两斜井的垂直高差为Δh＝9.546m。

1＃斜井的井口～风机房大气压差为ΔP1(例如2012、9、16日用气压计

实测：井口气压970.5百Pa－风机房气压958.5百Pa＝＋12百Pa) 而

2＃斜井的气压差ΔP2（970.5-957.5＝+13百Pa），当ΔP2＞ΔP1时，隧道

内的自然风由2＃斜井流入、经风机房流向1＃斜井排出。

由此斜井掘进通过风机房向正洞的左洞方向施工，自然风是由1#斜井

排出。所以通风排烟由1#斜井排出。

3.4.2、利用自然风压差排烟，排烟通道沿途的交叉口不设风门。

由于排烟经由压差小的通道排出，排烟通道沿途的交叉口不设防止

跑烟，窜烟的风门。

3.5、施工通风管理：

特长隧道独头掘进的施工通风管理很重要。通风管道漏风率、风阻系数的大小，直接影响到通风距离的长度，所以一定要抓好通风管理，要制订通风管理细则，将通风管的铺设和管理要求分解到各个岗位，同时要组织一个专门的通风管理小组来进行通风管路的铺设和管理，实现通风标准化作业来保证特长、长隧道的施工通风。

4、结束语

4.1、施工通风是为隧道主体工程施工的辅助作业，要保证工作面有足够的新鲜空气，搞好通风管道的铺设和标准化管理及通风效果的检验是一项重要的措施。

4.2、隧道施工通风改善洞内施工环境，按规定时间排除污染的空气及降低粉尘，按作业循环规定的时间进行下一道工序。

4.3、通过运营斜井自然风压理论可优化排风通道，排风通道沿途的交叉口可不设风门。本文通风方案探讨，希望能为以后类似公路隧道施工通风提供参考。

参考文献:

1、隧道施工通风与防尘、韩涤泉编著、中国铁路出版社1994、7月。

2、公路隧道通风节能技术及地下风机房设计、王明年等编著、人民交通出版社、2012、2月。

3、铁路隧道施工技术手册（下册）、中国铁道出版社1995、10月。

4、中国隧道及地下工程修建技术、王梦恕等著、人民交通出版社、2010、5月。

5、公路隧道施工技术规范、人民交通出版社、2009年。

6、参考其他：隧道施工通风文献