长大隧道施工通风方案设计及设备选型

杨延岗

湖南邵坪高速公路第5合同段项目处在湖南邵阳市新邵县境内，线路位于寸石镇与坪上镇，本标段主线全长8.55km（K24+200～K32+750），连接线长2.36km，主要有路基、隧道、桥梁、涵洞及通道工程。其中寸石隧道全长2995m，为本标段重点控制性工程。

1.隧道施工通风方案

寸石隧道设计为左右线双车道公路隧道，隧道采用进出口两端掘进，独头掘进距离1500m，分四个工作面。考虑通风机安装位置离洞口30m距离，所以单洞最大通风长度为1530m，该隧道通风问题是寸石隧道施工的关键技术之一。本工程采用风动凿岩机钻孔，侧卸装载机装碴，内燃自卸车运输出碴。根据以往隧道施工经验和工程的实际情况，施工通风以按长管路压入式通风方案设计。同时对施工过程的污染源采用一定控制措施，如使用排气符合环保要求的装载机和自卸车进洞，必要时安装排气净化装置，掌子面放炮后采取水幕降尘改善洞内的尘埃污染等。采用科学合理的通风技术，严格通风管理，确保施工人员安全和健康，为快速施工创造良好条件。

2.计算参数确定

2.1、供给每个施工人员的新鲜空气量按3m3/min。

2.2、洞内内燃机车每千瓦需要风量为3m3/min。

2.3、最大一次开挖3m（Ⅲ级围岩全断面开挖91m2），炸药用量1.05kg/m3，爆破一次用药量最大286kg。

2.4、放炮后通风稀释空气时间按30min。

2.5、洞内摩擦系数分别为0.02。

2.6、通风管直径Φ=1.8m，管节长100m。百米漏风率1%，管内摩擦系数为0.01。

2.7、正洞回风流速不小于0.15m/s。

3.隧道贯通前通风情况的计算分析

2.1 风量计算

通风最困难是在掘进到隧道贯通前时，通风长度1530m，使用Φ1.5m软质风筒。隧道内所需风量按照下列几种计算方法进行计算，并取计算结果的最大值作为供风的标准。

2.1.1 按洞内最多人数计算风量：洞内最多施工人员按150人考虑。

Q1=3×150=450m3/min

2.1.2 按洞内允许最低风速计算风量：

Q2=V·A=0.15×108×60=972(m3/min)

式中：V—正洞最小风速0.15m/s；

A—正洞开挖断面，取108m2。

2.1.3 按照爆破后工作面需要风量排除炮烟计算风量：

Q3=5Ab/t =5×286×40/30=1906.7m3/min

A—同时爆破的炸药用量，取286kg

b—爆炸时有害气体生成量，岩层中爆破取40L。

t—通风时间取30min

2.1.4 按洞内稀释内燃机设备废气计算风量：

Q4=3×K1K2ΣN

内燃机功率使用有效系数K1=0.6；

内燃机功率工作系数K2=0.8；

ΣN为洞内内燃机同时使用总功率

洞内施工机械为：装载机1台，工作功率168kw；3台自卸车，每台额定功率按268kw；2台混凝土运输车，每台额定工作功率240kw；ΣN=1452kw，需要风量为：

则：Q4=3K1K2ΣN=3×0.6×0.8×1452=2091（m3/min）

比较以上计算结果，取最大值为计算风量，所以

Q=2091m3/min

2.2 通风机风量计算

考虑风筒漏风损失修正风机风量，最大风量是按洞内使用内燃机车情况下计算得出，此时沿全程漏掉的风量仍有一半起着冲淡废气的作用。

风管漏风系数Pc

Pc=1／[（1-β）L/100]=1.08，(β=0.01，L=765m)；

β：百米漏风率，取1%

L：风筒长度（米）,按最大1530m长的一半765m的考虑

则通风机供风量：Q风机=2091×1.08=2258m3/min.

2.3 所需风机压力的计算：

通风机的全压要大于通风的总阻力，总阻力为风筒内阻力与洞内阻力之和。风筒直径选取1.5m，风筒内平均流速

1==20.5(m/s)

风筒内摩擦阻力H1：

由公式H1=计算风筒内摩擦阻力。

λ—摩擦阻力系数，根据实际使用经验取λ=0.01。

L—通风管长，按最困难时考虑，L＝1530m。

D—风筒直径，取D=1.5m。

ρ—空气密度，按ρ=1kg/m3

—风筒内平均风速20.5m/s。

H1=0.01××1×20.52=2143(Pa)

HD———隧道内阻力损失取 50；

H其他———其他阻力损失取 100；

风机设计全压:H=H1+ HD+ H其他=2143+50+100=2293Pa

2.4 风机功率计算

风机功率计算公式：W=QHK/60η；

式中：Q- 风机供风量；H- 风机工作风压；

η- 风机工作效率，取80%；K- 功率储备系数，取1.05；

风机功率为：W=2258×2293×1.05/(60×0.8)=113.3KW。

4、风机选择

根据所需风压2293 Pa和风机供风量2258 m3/min的要求，选用SDF(B)-No12.5型隧道施工专用轴流通风机，电机功率为110×2Kw，可满足使用要求。该风机可调速，根据其性能参数可知，在高速时风量在2385m3/min，满足了通风要求。

总之，长大隧道施工通风机的功率、通风管直径应根据隧道独头掘进的长度、隧道断面大小、通风方式、运输方式不同而适当选择，在隧道施工断面净空允许的前提下应采用大直径风管，同时通风管应优先采用高强、低阻、阻燃的软质风管，风管挂设应做到平、直、无扭曲和褶皱，尽量减少接头数量，保证接头密封，检修人员要随时检查，发现异常及时更换，以保证施工作业面供风正常，通风方式宜采用压入式或混合式通风，有条件时宜安装射流风机。

                          二〇一三年七月五日