引水隧洞施工中期通风计算

本文主要针对引水隧洞施工中期通风系统设计进行详述

风量要求:

洞内风量要求：每人每分钟供应新鲜空气不少于3m3。

洞内使用柴油机械施工时，每马力每分钟供风3m3，并与同时工作人员所需的通风量相加。

洞内空气中的氧气含量不低于20%。

TBM施工风量计算

(1)掌子面需求风量计算：

       最小风速：                  0.5m/s

       隧洞直径：                  12.4 m

       隧洞断面面积：              120.76 m2

       风管直径：                  3000 mm

       风管面积：                  7.07 m2

       网内面积：                  113.69 m2

       每千瓦动力空气需求量：      4.50 m3/min

       列车数量：                  2    

       每列车柴油机的功率：        250kW

       其他设备：                  0    

       其他设备柴油机功率：        0    kW

       风量：                      60.38 m3/s

   Q = 67 m3/s ，在掌子面的风量；

   v = 4% ，每公里管道漏风率；

   Φ = 3000 mm 风管直径；

   Lt = 14700 m ，隧洞掘进长度；

   L = 14700 m ，最大通风长度；

   k = 2 ，风管粗糙度（1-非常平滑；2-平滑；3-粗糙；4-非常粗糙）。

(2)计算风压损失：

      掌子面的风量：    67    m3/s

      起始的风量：    120 m3/s

      风管总长度：            14700 m

      风管直径：              3000 mm

      风压损失：              5476 Pa

钻爆法施工风量计算

    1、风量需求计算

(1)按允许最小风速计算

根据招标文件中要求隧洞内平均风速应大于0.25m/s的要求，工作面风量：

                                （式1）

式中：

S--钻爆法隧洞断面面积为137m2。

(2)按照施工人员计算

每人每分钟供应新鲜空气不少于3.0m3/min 

                                     （式2）

式中：

 --风量备用系数，取1.2。

   --洞内同时工作的最多人数，240人。

(3)按稀释爆生有害气体计算

按压入式通风30分钟内将掌子面爆破产生的有害气体浓度稀释到允许浓度计算

                           （式3）

 式中：

--断面开挖面积，m2；

--通风区段长度，取100m，即掌子面向洞口方向100m范围内；

--同时爆破的炸药消耗量，2kg；

--一公斤炸药爆破时所构成的有害气体体积，40L；

--通风时间，按30min计。

(4)按内燃机需要风量计算

按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算

                                    （式4）

式中：

Q0—内燃机单位功率所需风量指标，Q0=4.0 m3/min.kw

∑P—同时在洞内作业的各种内燃机的功率总和(kw)

按规范及综合考虑各种因素后，功率总和按额定总功率的65%计算；装载机、挖掘机各一台额定总功率240kW，自卸汽车采用2528K型北方奔驰，同时进洞处于工作状态的自卸汽车4台，每台额定总功率152kW，总功率：

 ΣP =（2×240+152×4）×65% = 707.2 kw                            （式5）

取上述风量的最大值作为设计风量，故实际需要风量取值: 

Q需 = 2828.8 m3/min                                                （式6）

2、风机供风量计算

（1）供风量计算

供风管道考虑漏风因素：

据风管厂提供的技术指标，采用Φ1.8m的PVC增强塑纤布作风管材料，百米漏风率正常时可控制在1.6%以内。

接力式通风方案串入管路的接力风机补偿送风距离考虑1500m，据此计算漏风系数PL：

                                      （式7）

式中：

--通风距离，1500m；

--百米漏风率，取1.6%

则接力风机的供风量应不小于：

                               （式8）

主风机至接力风机之间2km距离，按采用 2.5m高强抗拉低漏风管计算，据风管生产厂提供技术指标，采用 2.5m风管百米漏风率可控制在0.9%以内。

                                    （式9）

式中：

--通风距离，2000m；

--百米漏风率，取0.9%

则主风机的供风量应不小于：

                              （式10）

（2）系统风压计算

从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。

①动压计算

                                    （式11）

式中：

--空气密度，1.2kg/m3；

--末端管口风速，5.6m/s（按工作面最小风速折算）

②静压计算

按照供风管道直径Ф1.8m，1500m接力管道计算

摩擦阻力系数：据风管厂提供的技术指标，采用PVC增强塑纤布作风管材料，值取0.0018/m4；

供风管道的摩擦风阻：

                           （式12）

管道风流沿程摩阻风压损失：

                              （式13）

式中：

Q需：最大设计风量

Rf：管道摩擦风阻

PL：管道漏风系数

局部阻力：

                                       （式14）

系统静压：

                                      （式15）

系统风压取值：

                                      （式16）

串联接力风机需要提供不低于1744Pa的风压补偿，通风管径越大，则系统阻力越小，根据断面掘进时断面尺寸，施工机械和掘进钻爆台车的尺寸，设计时按φ1.8m风管计算。主风机的风压为3000Pa。