长大隧道施工通风技术

摘要：本文以革朗隧道2号横洞工区为例，通过科学的计算及分析，制定出经济合理的长隧道通风设计方案，对以后长隧道的施工通风有一定的借鉴意义。

关键词：长大隧道横洞通风设计混合式通风

中图分类号：U45文献标识码： A

1工程概况

革朗隧道全长11568m，为单洞双线隧道。2号横洞全长1018.4m，坡度为0.85%，设计为无轨单车道+错车道运输。单车道内轮廓采用5.0×6.5m（宽×高），内净空面积30.95㎡；设置于线路左侧，与正洞相交于D2K368+500，承担正洞DK368+500～DK365+467段施工任务，长度为3033延长米。截止2012年8月30日，革朗隧道2号横洞工区正洞大里程掌子面里程为DK368+632，正洞小里程掌子面里程为DK368+372。采用压入式通风方式，目前现场使用的两台通风机，每台最大供风量2285m3/min，最大风压为4629Pa。随着隧道进度的加快，现有的通风设备及方式满足不了隧道施工通风的相关要求，为尽快改善通风条件，通风方案需在现有的基础上进行重新设计。

2通风排烟难点及要求

１）2号横洞长达1018.4m，加上正洞长度3033m，使得通风距离达4051.4m，随着距离增大，通风难度倍增。因横洞断面较小，通风阻力大，采用大直径通风管时影响机械的通行作业。

2）因2号横洞工区采取无轨运输方案，施工使用较多的内燃机械，通风排烟压力更大。

3）为确保施工人员身体健康，拟提高工作面的供风标准。在风量计算中各参数选取时宜坚持增加风量的取值倾向。但风量的增加必然导致管道损失增加，电能消耗增加。为节约成本，则需使用较大直径的通风管道，导致工程量及投资增加。这必须权衡这两个方面作综合选择。

4）为降低设备购量和便于管理，配置的设备型号规格不宜过多、过杂。射流风机的数量亦不宜过多。

3通风设计

3.1风量计算

风量计算从以下四个方面予以考虑，取最大值。

3.1.1排除炮烟需风量计算

式中 t—通风时间，取30min；A—爆破耗药量，计算得262.8kg；b—1kg炸药有害气体生成量，取b=40L；S—巷道断面积，计算得116.8m2；K—考虑淋水使炮烟浓度降低的系数，施工中为尽量减少需风量，在岩层不含水时，采用水幕，取0.3；L—临界长度；P—巷道计算长度范围内漏风系数。

长距离掘进时，炮烟在沿巷道流动过程中与巷道内的空气混合，在未到达巷道出口时已被稀释到允许浓度，从工作至炮烟已稀释到允许浓度处的距离称为临界长度，临界长度按下式计算：

式中：β—紊流扩散系数，参照表一确定。

表一 紊流扩散系数（β值）

l/2d 6.35 7.72 9.60 12.10 15.80 21.85

β 0.40 0.46 0.53 0.60 0.67 0.74

注：l为出口至掌子面距离（4～5）S1/2，d为风管直径。

据风管生产厂提供的技术指标，百米漏风率P100在正常情况下可以控制在1.2%以内，正洞的最大送风长度预计在1600m以内。

计算求得正洞漏风系数：P正洞=1.238

将上述参数代入公式，计算得Q1=3348.4 m3/min

3.1.2洞内最大工作人数需风量计算

式中：q—每人需要的新鲜空气标准（m3/min）,取3；k—风量备用系数，取1.2；m—同一时间内洞内工作的最多人数，正洞取40人。

Q2=3×1.2×40=144m3/min

3.1.3最低风速要求需风量计算

Q3=60VS=60×0.25×116.8=1752m3/min

式中：V—洞内允许最小风速（m/s），统一取0.25；S—巷道断面面积（m2）。

3.1.4 稀释和排除内燃机械废气需风量计算

式中：k—规定单位需风量（m3/min），取3；Ni—各内燃机功率（kW）；Ti—同时工作柴油机械设备利用率系数；

自卸车装机、装载机、砼罐车、挖掘机功率分别为250kW、150kW， 250kW， 150kW。车辆在洞内的行驶速度按10km/h计。每辆车装碴循环时间10分钟，每辆车浇筑砼循环时间15分钟，重车的负荷率0.8，空车的负荷率0.3，装载机、挖机负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。

时速10km/h时，出碴车的行车距离为10km/h×10min=1667m；

时速10km/h时，罐车的行车距离为10km/h×15min=2500m；

洞内最大通风长度：1600m。

洞内车辆数量：出碴重车2辆，空车1辆；罐车重车1辆，空车1辆；挖掘机和装载机各1辆。

取单位功率的风量供给系数为3m3/kW·min，按稀释内燃机废气计算，压入式风机的供风量分别为：

Q4正洞=3×768=2304m3/min

从以上四个方面的计算结果，选择最大值作为风机出风口风量Q正洞=3348.4m3/min

则正洞要求风机的最大供风量为：

Q正洞供风=P正洞×Q1=1.238×3348.4=4145.3m3/min

3.2风压计算

根据现场配置的2台通风机，单台通风机最长通风距离的风机选型，正洞通风长度为1600m，正洞计算风量4145.3m3/min×0.5=2072.7（34.54 m3/s），取管道直径Φ1.6m，取摩擦阻力系数=1.5×10-3kg/m3，管道漏风系数1.256，掌子面计算风量正洞3348.4×0.5=1674.2m3/min（27.9m3/s），管道风阻力系数：

Rf正洞=6.5aL/D5=6.5×0.0015×1600/1.65=1.49s2/m8

沿程摩擦通风阻力损失

沿程损失：=1.49×34.54×27.9=1435.86Pa

局部损失：=(1×27.92+0.46×34.542)/1.64=202.51Pa

总损失：h总正洞= hf正洞+hx正洞=1435.86+202.51=1638.37Pa

3.3风机选型

3.3.1 轴流风机选型

由上计算可知，洞内最大风量应按排除炮烟需风量进行计算。目前现场所用通风机为低噪节能隧道专用通风机2台，为同一型号，单台最大供风量为2285m3/min，最大风压为4629Pa。两台并联使用能满足送风要求，随着隧道施工进度不断推进，现场拟增加相同型号的轴流风机，不仅能够满足掌子面需风量的要求，因型号相同，也便于进行设备管理及维护。

3.3.2 射流风机选型

根据革朗隧道2号横洞实际施工情况，横洞内设功率为55kW射流风机向正洞送风，横洞断面较小，参考施工经验，及厂家进行通风测试的结果，按照350m的间距进行布置，横洞内共设置三台射流风机，第一台射流风机距横洞洞口为300m。

正洞内也设置相同功率及型号的射流风机。

4通风方案

革朗隧道通过2号横洞施工正洞的最远通风距离为3033m，新鲜空气进风口及废气出风口只有一个，且横洞断面狭小，不能成巷道式通风，无法配置大直径通风管，造成通风损耗极大，通风设备无法发挥出最大功效。施工区段大部为上坡，且口小肚大（辅助坑道小断面，正洞大断面），废气悬浮于隧道拱部，很难由横洞排出。为解决通风难的问题，通过对比分析，革朗隧道2号横洞工区通风分两阶段实施。

4.1第一阶段通风

在正洞施工到DK366+880前，采用送排混合式通风，最大通风距离为1600m。横洞设置3台55KW射流风机新鲜空气由洞外向正洞输送，第1台横洞射流风机距离洞口100m，其余射流风机按距离为400m布置。在横洞与正洞交叉处（DK368+480），安装2台轴流式风机向掌子面供风。在DK368+380处安装一台排风机向洞外抽排污浊空气，排风管接出洞外至少20m，避免污浊空气回流至洞内。在DK368+380至DK366+880间按每600m设置一台55kW射流风机对污浊空气进行助推，加速污浊空气排放，以满足施工通风需求，此阶段通风方案见图1。

图1第一阶段通风方案示意图

表1第一阶段正洞使用风机里程功率表

4.2第二阶段通风

本阶段掌子面已施工至DK366+880，在DK366+930处安置两台送风机，其最长通风距离为1473m，在K366+900处设置一台排风机，在DK366+915处设置一道风门（风门采用卷帘门形式，一般时间关闭，车辆、行人通过时打开），进风管穿过风门拉至掌子面附近，避免污浊空气回流至送风机，再次被送入掌子面而无法达到供风的目的。随着隧道的掘进，排风机与掌子面间每500m设置一台射55KW流风机，加速污浊空气流动。第一阶段送风管与第二阶段送风机距离不宜过大，按10m距离设置，第二阶段通风方案如图2所示。

图2第二阶段通风方案示意图

表2第二阶段正洞使用风机里程功率表

5通风管理

成立专门的通风系统运营维护班组，实现防漏降阻，推广防尘技术。健全通风管理维护制度，使工作内容制度化，工作标准规范化，制定相应奖惩措施，并严格执行。

风机安装支架要稳固结实，确保风管、风机在同一轴线上。风机位于洞口外上风向位置，避免洞内压出废气循环进入风机形成二次污染。

通风管挂于隧道顶部，衬砌面下5cm。安装先算出风管位置，并每隔5m安装1.5m长锚杆。再将φ8mm盘条吊挂线拉直拉紧并焊固在锚杆上，然后吊线挂上风管。风管安装要平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减少通风阻力。风管转弯半径不小于风管直径的3倍，风机及风管必须随掘进而延伸。

通风管风口距离开挖工作面距离不大于50m，也不应小于35m，以免爆破时破环风管。

通风机装有保险装置，发生故障时能自动停机。通风系统定期检测通风量、风速、风压，检查通风设备的供风能力和动力消耗并做好记录。

作业面爆破前，做好对风机及风管防护，爆破后由专职人员携带防毒面具进入拆除防护及延伸送风管，确保送风管出风口到掌子面距离少于10m，同时尽快开启送、排风机，达到加速排烟的目的。

6结束语

长大隧道的通风设计是施工方案的重要组成部分，直接影响到施工能否正常顺利进行及施工人员的身体健康，在革朗隧道2号横洞工区施工时，经过科学可靠的通风参数计算，选择经济的通风设备和合理的通风方案，加强通风管理，施工通风效果良好，降低了成本，保证了施工进度，达到了预期目的。

参 考 文 献

[1] 铁道部·铁路隧道施工通风技术与标准化管理手册·北京：中国铁道出版社，2009。

[2] 铁道部·铁路隧道运营通风设计规范TB10068-2010·北京：中国铁道出版社，2010。