隧道施工通风方案.docx
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隧道施工通风方案
xx工程建设项目
xx隧道施工通风方案
编制：
审核：
审批：
xx工程有限公司
xx隧道项目经理部
2017年10月
一、编制说明
1.1编制依据
（1）xx隧道标段施工方案；
（2）《公路隧道工程施工技术规范》（JTGF60-2009）；
（3）《现代隧道施工通风技术》；
（4）《工业企业设计暂行卫生标准》（GBJ1-62）；
（5）《公路隧道工程设计规范》（JTGD70-2004）；
（6）《公路隧道通风设计细则》（JTG/TD70-2014）；
（7）《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）。
1.2编制原则
（1）贯彻执行国家的方针、政策及相关的工程施工规范、规定，当地政府的相关制度；
（2）确保满足建设单位、监理单位、设计单位管理要求；
（3）遵循合同条款，响应合同文件要求，确保实现业主要求的工期、质量、安全、环境保护、文明施工和造价等各方面的工程目标；
（4）符合国家和地方关于环境保护、职业健康安全、水土资源及文物保护、节能减排的要求，尊重当地的民风民俗；
（5）以施工技术先进、施工方案可行、重合同守信誉、施工组织科学、按期优质建成，建成后不留后患为指导思想；
（6）坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的安全方针，严格贯彻《中华人员共和国安全生产法》、《建设工程安全生产管理条例》以及建设部关于安全生产的相关规章制度，确保施工安全。
二、工程概况
2.1项目概括
本项目起于达孜县德庆镇，设达孜枢纽互通与林拉高速公路相接，利用拉萨至山南地区的古道为走廊带，沿多雄朗沟经念喀村、新仓村、仲莎村，过差脆村后设隧道穿越XX山，出隧道后沿莫朗沟南行，经加木雄、聂果村、前达村，于桑耶镇北侧设桑耶服务区兼互通，项目终点设桑耶枢纽互通与在建贡嘎机场至泽当专用公路相接。
项目地理位置图
xx隧道初步设计起始桩号：
YK14+400-YK27+290（左线ZK14+402-ZK27+215），总长12.85km。
2.2气象特征
勘察区内气候以干燥、缺氧、温差大、日照充足为特征，属高原温带半干旱气候区，干湿季分明，高原气候特征明显。
达孜气象站（5年观测）：
极端最高气温29.5（℃），月极端最低气温-17（℃）（2012年1月），最冷月平均气温为-9.2（℃），月最高气压1000hpa，月最低气压650hpa，月极大风速21m/s，月最大风速21m/s（极大风速的风向为东南风，月最大降雨量260mm，月最大降雨量44mm。
扎囊气象站（5年观测）：
月极端最高气温30（℃）（7月份），月极端最低气温-17℃）（2012年1月），最冷月平均气温为-9.6（℃），月最高气压1200hpa，月最低气压656hpa，月最大风速30m/s（极大风速的风向为西南风，月最大降雨量180mm，月最大降雨量43mm。
2.3水文特征
隧址区区以郭喀拉日居山脊线为地表分水岭，北侧为拉萨河水系，南侧为雅鲁藏布江水系。
隧址区北侧发育有多雄朗沟，主要接受大气降水及山涧溪沟地表水补给，其水位、流量、流速受季节性影响较大，雨季水位暴涨，枯水季节流量较小。
其流经差脆、仲沙、新仓，最终汇入拉萨河。
拉萨河发源于念青唐古拉山，流域面积26225km2，是雅鲁藏布江的一级支流，由东向西在曲水汇入雅鲁藏布江。
据拉萨水文队水文资料：
拉萨河最大流量2830m3/s，最小流量20m3/s，多年平均流量为287m3/s，年径流量93.82亿m3，径流模数11.271/s.km，多年平均水位高出河床2.58m，最高6.07m，最低2.37m，最大变幅3.52m。
含沙量0.125kg/m3，年输沙量122.1万吨，输沙率38.7kg/s。
隧址区南侧发育有莫朗沟，主要接受大气降水及山涧溪沟地表水补给，其水位、流量、流速受季节性影响较大，雨季水位暴涨，枯水季节流量较小。
其流经加木雄、聂果村，最终汇入雅鲁藏布江。
雅鲁藏布江发源并流经西藏高原，是世界上海拔最高的大河，平均海拔在4000m以上，源于西藏西南部喜马拉雅山北麓杰马央宗冰川，由西向东流，横贯西藏南部，经派镇折向北东,围绕南迎巴瓦峰形成马蹄形拐弯而后向南流，到边境巴昔卡入印度，称布拉马普特拉河。
雅鲁藏布江流域面积239228km2，全长2229km。
支流众多，其中流域面积大于10000km2的有5条，自上而下依次为多雄藏布、年楚河、拉萨河、尼洋河和帕隆藏布，以拉萨河流域面积最大。
雅鲁藏布江流域径流补给源于大气降水，降水量地区分布十分悬殊，年际变化小而年内分配极不均匀。
水气主要来自印度洋孟拉湾暖湿气流，是我国降水量最多的地区之一。
年降雨量巴昔卡4500mm，墨脱2660mm，波密810mm，拉萨440mm，拉孜310mm。
由于高寒的气候，现代冰川发育，成为河流重要补给水源，在不少河源区被大面积冰川沉积物和风化物覆盖，地表草甸厚、渗透作用较强，雨水和冰雪融水多渗透地下，与地表冰雪融水一样成为河流的补给水源。
在河流干流上游及中游上段，以地下水补给为主，中游下段至下游上段，补给形式转为以雨水、融水混合补给型，进人大峡谷以下暴雨区，河流以雨水补给为主。
2.4瓦斯情况
隧址区分布的林布宗组（J3K1l）含煤二层（K1、K2）。
该煤层厚度较稳定。
煤呈黑色，条痕黑色、黑褐色，似玻璃光泽，硬度2～3，稍具韧性，外生裂隙较发育，断口呈棱角状、参差状，细条带状结构，层状构造。
煤岩类型以半暗型煤为主，半亮型煤次之。
煤系地层中还夹一定数量的含炭板岩和有机质含量较高的深灰色炭质板岩，故区内煤层及煤系地层的生烃能力较强，瓦斯生成量较大。
林布宗组（J3K1l）煤系地层中板岩孔隙率，渗透率均较低，且未形成圈闭，故煤系地层中的板岩基本不含气体。
煤层具有双孔隙系统，即原生基质孔隙系统（大、中、小、微孔），后生裂隙系统（割理、裂隙）。
有机质生成的煤层瓦斯气体，部分以吸附型式停留在孔隙内表面上，另一部分呈游离状态沿裂隙系统运移逸散。
因此，煤层瓦斯主要以吸附形式保存在煤层中，煤层既是生气层，又是储集层。
煤层的顶、底板为板岩，其孔隙率，透气性极低，是良好的盖层。
隧址区有利于煤层瓦斯逸散的因素有三，即煤层倾角大、煤层围岩岩溶裂隙较发育、地下水活动较强。
所见大气降水不易在冲沟汇聚形成水流，而多沿裂隙向下入渗，即所谓的“大水低瓦斯”。
而有利于煤层瓦斯储集的因素有：
煤层埋藏较深、地应力相对较大，这将减小煤层的渗透率；煤的变质程度高，煤层曾受过较强挤压，这都使煤中孔隙的比表面积增大，增强了煤对瓦斯气体的吸附能力；煤层直接顶、底板多为透气性差的板岩，其孔隙率，透气性极低，具一定的封盖能力。
据《中国煤层气资源》，我国煤层气风化带下限深度分布在50～900m之间，多在300～600m。
煤层气垂向分带为①二氧化碳—氮气带；CO2+N2浓度为20～80%，②氮气带：
N2＞80%、CO2＜20%；③氮气—甲烷带：
CO2＜20%、N2浓度为20～80%；④甲烷带：
CH4＞80%。
①、②、③为煤层气风化带。
测试成果表明两煤层均位于瓦斯风化带中。
两煤层可燃气体（CH4+CO）含量仅为0可燃物，无空气基煤层瓦斯组份中氮气占绝大部份，均大于90%，可燃气体（CH4+CO）含量为0。
SZK3号钻孔K1煤层底板标高为4517.40m，隧道洞身段见煤点路面标高为4262.76m，两者相差254.64m，SZK3号钻孔测得K1煤层瓦斯气体压力为0.07MPa，以瓦斯压力梯度为0.005MPa/m（经验数据）推断的隧道路面K1煤层瓦斯压力值为1.343MPa。
根据瓦斯煤样测试成果和推断的瓦斯压力，采用Langmuir公式间接计算的隧道洞身段SZKK4孔K2煤层瓦斯含量为0.004659m3/t。
三、施工通风设计原则
3.1施工通风的目的
隧道施工通风的目的是供给洞内足够的新鲜空气，并稀释、排除有害气体和降低粉尘浓度，使各作业面达到各项卫生标准的要求，以改善劳动条件，保证洞内工作人员身体健康和施工安全。
3.2设计原则
长大隧道施工必须采用机械通风，宜采用压入式或混合式通风，并辅以射流风机的通风系统。
对于特长隧道应优先考虑混合式通风方法，当主通风机不能保证隧道施工通风要求时，需要设置局部通风系统。
随着隧道掘进长度的延伸，通风设计应分阶段进行，通风量应是动态的。
3.3洞内有害气体与卫生指标要求
（1）开挖工作面进风流中（按体积计算）：
氧气不得少于19.5％。
（2）洞内每立方米空气中，有害气体含量最大容许值要求：
见表3-1
按照《公路隧道施工技术规范》JTGF60-2009的相关规定：
当施工人员进入开挖面检查时，一氧化碳（CO）容许浓度可为100mg/m3，但必须在30min内降至30mg/m3。
《铁路工程施工技术手册》隧道篇下册规定：
当作业时间在1h以内时，一氧化碳（CO）容许浓度可放宽到50mg/m3，0.5h以内可达到100mg/m3，15～20min可达200mg/m3。
在以上条件下反复作业时，两次作业时间应间隔2h以上。
（3）隧道内风量要求：
1）每人每分钟供应新鲜空气3m3，高原计算取4m3；
2）洞内使用柴油机械施工时，每1kW每分钟供风量不宜少于4.5m3。
表3-1空气中有害气体含量最大容许值
有害气体名称
体积浓度
重量浓度
％
×10-6（ppm）
mg／m3
二氧化碳（CO2）
<0.50
<5130
<10
一氧化碳（CO）
<0.0024
<24
<30
氮氧化合物换算成二氧化氮（NO2）
<0.00025
<2.5
<5
瓦斯
（甲烷）
（CH4）
总回风道
<0.75
从其它工作面进来的风流
<0.50
开挖面装药爆破前应小于1.0％。
当开挖面浓度超过2％时，人员必须全部撤走。
（4）洞内风速要求
全断面（包括斜井）开挖时，最小风速应不小于0.15m/s；导坑内最低风速，应不小于0.25m/s。
隧道内最大风速不得大于6m/s。
《煤矿安全规程》第107条规定架线电机车巷道容许最低风速为1m/s，采矿工作面、掘进中的煤巷和岩巷为0.25m/s。
当风速大于1m/s时，不会形成甲烷带。
（5）洞内温度要求：
隧道内温度一般不宜高于28℃。
当空气温度和相对湿度一定时，提高风速可以提高散热效果。
温度和风速之间的关系见表3-2。
表3-2温度和风速的适宜关系
空气温度（℃）
<15
15～20
20～22
22～24
24～28
适宜的风速（m/s）
<0.5
<1.0
>1.0
>1.5
>2.0
（6）空气中粉尘允许浓度
1）空气中含游离二氧化硅10％以上粉尘（含石英、石英岩等）的允许浓度为2mg/m3。
2）空气中含游离二氧化硅10％以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘的允许浓度为10mg/m3。
3）空气中含有游离二氧化硅10％以下水泥粉尘的允许浓度为6mg/m3。
（7）噪声
洞内作业点噪声不大于90分贝（dB）。
噪声接触时间见表3-3。
超过允许噪声值，应采取消音或其它防护措施。
表3-3接触噪声允许时间
每个工作日接触噪声时间（h）
8
4
2
1
最高不得超过
允许噪声（dB）
90
93
96
99
115
3.4瓦斯隧道安全要求
从瓦斯爆炸三要素可知，瓦斯隧道内瓦斯爆炸的必要条件是，：
瓦斯浓度处于爆炸范围内（5%-16%），氧气浓度超过失爆氧浓度（12%），引火源温度高于瓦斯引火温度（650~750摄氏度）。
瓦斯隧道环境中只要同时满足瓦斯浓度和引爆火源两项条件就会发生瓦斯爆炸事故。
3.4.1瓦斯积聚
瓦斯积聚是隧道内体积大于0.5m3的空间内积聚瓦斯浓度达到或超过2%的现象，瓦斯积聚是造成瓦斯爆炸的根源。
3.4.1.1瓦斯积聚原因
1.通风机停止运转；
2.通风管断开或漏风严重；
3.通风机出现循环风，通风机安装位置不合理，吸入的风量为循环风；
4.通风系统不合理，整体通风方案出现缺陷，开挖面风量不足，涌出瓦斯不能稀释到安全浓度；
5.瓦斯涌出异常。
3.4.1.2瓦斯积聚预防
通风异常和瓦斯异常是造成瓦斯积聚的根本原因。
防止瓦斯积聚的措施是避免这些异常发生，或者一旦发生异常采取措施，在造成事故或灾害前，使其恢复正常；如果经过处理不能恢复正常，应将其控制在局部地点使其异常局部化，并在异常区采取措施杜绝一切可能的火源或撤人，确保安全。
防止瓦斯积聚和超限的措施有：
1.加强通风。
隧道通风是防止瓦斯积聚的最有效和最基本措施。
按照相关要求建立和完善处理的、最佳的隧道通风系统，加强通风管理，保证隧道有足够的新鲜空气，把掌子面及其局部积聚的瓦斯冲淡到规范规定的浓度及以下并排出。
2.加强检查。
隧道内瓦斯浓度检查是发现事故隐患的眼睛，也是采取措施的防范和处理的依据。
准确掌握隧道内瓦斯浓度的变化，是防止瓦斯爆炸的基本手段之一。
所以，隧道必须建立瓦斯气体的检查制度，严格按照技术交底规定的次数检查瓦斯，严禁空班漏检。
3.局部瓦斯积聚的处理。
及时处理局部积聚的瓦斯，是预防瓦斯燃烧和爆炸的主要措施之一，也是瓦斯管理工作的重要内容。
严格执行相关规定中有关瓦斯浓度的规定和瓦斯超限时必须采取的安全措施，及时处理瓦斯超限和局部瓦斯集聚。
按瓦斯绝对涌出量计算风量时，对于低瓦斯工区，应将洞内各处的瓦斯浓度稀释到0.5%以下，对于高瓦斯工区和瓦斯突出工区，其长度较大的独头施工的瓦斯隧道，采用压入式通风，整个隧道都是回风流，考虑到电器设备，工作面还有后部工序作业，工作面风流中瓦斯浓度应在0.5%以下，对于有平行导坑的巷道式通风，回风风流中瓦斯浓度应在0.75%以下，但开挖工作面仍为独头，故风流中瓦斯浓度应控制在0.5%以下。
表3-4隧道内瓦斯浓度限制及超限处理措施
序号
地点
限值
超限处理措施
1
低瓦斯工区任意处
0.5％
超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风监测
2
局部瓦斯积聚（体积大于0.5m3）
2.0％
超限处附近20m停工、断电、撤人，进行处理，加强通风。
3
开挖工作面风流中
1.0％
停止电钻钻孔。
超限处停工、撤人、切断电源，查明原因，加强通风等。
4
回风隧道或工作面回风流中
0.5％
非防爆设备停止工作
5
回风隧道或工作面回风流中
1.0％
停工、撤人、处理
6
放炮地点附近20m风流中
1.0％
严禁装药放炮
7
放炮后工作面风流中
1.0％
继续通风，不得进入
8
局部通风机具及电气开关10m范围内
0.5％
停机、通风、处理
9
电动机及开关附近20m范围内
1.0％
停止运转、撤出人员、切断电源、进行处理
10
竣工后洞内任何处
0.5％
查明渗漏点，进行整治
3.4.2瓦斯引爆
火源是瓦斯燃烧和爆炸的必要条件之一，在隧道中要杜绝火源，是防止瓦斯引燃和爆炸的关键。
防止瓦斯引燃的原则是禁止一切非生产火源，对生产中可能发生的火源严格管理和控制。
洞内引爆瓦斯的火源有以下几种：
1.明火：
火柴的明火，香烟明火，电气焊明火，喷灯明火，火灾明火等，都可能引爆瓦斯。
2.炮火：
使用不合格炸药，炮孔封泥不足或不严，用可燃物做封炮眼填料等。
3.冲击、摩擦火源：
如金属器具冲击出火花，坚硬岩石撞击出火花，岩石与岩石、岩石与金属、金属与金属之间的强力撞击与摩擦都有可能引燃瓦斯。
4.电火花、电弧：
设备的隔爆性能丧失或带电作业、照明电灯泡破碎时，电焊作业，电缆与电路短路，蓄电池机车控制器防爆性能失效以及杂乱电流都能产生足以引燃瓦斯的电火花及电弧。
5.静电火花：
高电阻物体或处于电绝缘状态的物体在互相紧密寄出后分离或摩擦时，产生的静电可能引燃瓦斯。
控制火源的措施有：
1.严格明火管理。
严格洞口检查制度，严禁任何人携带烟草和引火物入洞，隧道内禁止吸烟和使用明火。
照明使用安全矿灯。
2.防止电火花。
洞内机械和电气设备及供电线路要符合相关要求，对电器设备的防爆性能应定期检查，不符合要求的及时更换和修理。
电缆接头不得有“鸡爪子”，“羊尾巴”和明接头。
3.防止爆破火焰。
严格炸药、爆破管理，严禁使用产生火焰的爆破器材和爆破工艺。
爆破作业必须选用煤矿许用炸药和许用电雷管。
炮眼要用黄泥装填满，推广使用水炮泥。
严格推行“一炮三检”制度。
4.防止摩擦火花。
装渣作业采用洒水措施。
5.防止静电火花。
通风管使用双抗风管，人员穿着纯棉衣物。
四、通风参数计算
4.1通风计算基础参数
表4-1通风计算基础参数表
项目
数量
单位
正洞工作面同时工作最多人数
50
人
一号斜井工作面同时工作最多人数
35
二号斜井工作面同时工作最多人数
35
正洞开挖面一次爆破炸药用量
360
kg
斜井开挖面一次爆破炸药用量
280
正洞隧道开挖面积
100（有仰拱）
90（不含仰拱）
m2
一号斜井开挖面积
80（有仰拱）
65（不含仰拱）
二号斜井开挖面积
80（有仰拱）
65（不含仰拱）
通风换气长度
250
m
风管平均百米漏风率
1
%
风管摩擦阻力系数
0.02
—
机械设备功率
装载机
125
kW
出碴汽车
200
挖掘机
122
爆破通风时间
15
min
隧道内最低允许风速
0.25
m/s
人员配风标准
4
m3/（人min）
内燃机械设备配风标准
3
m3/（kWmin）
4.2施工范围及送风距离
施工范围和送风距离如表4-2所示。
整个隧道施工通风可划分为四个区段，区段一为进口段，要求在独头掘进的距离不小于3500m，进口段按照3500m取值。
区段二为一号斜井段，一号斜井段施工分为三阶段：
首先开挖斜井，在斜井施工完毕后，设置两个工作面，同时向主洞入口和出口方向掘进，在入口方向掘进到与进口段预定贯通位置YK17+908后，保持出口方向工作面继续掘进至YK20+300。
区段三为二号斜井段，二号斜井段施工分为三个阶段：
首先开挖斜井，在斜井施工完毕后，设置两个工作面，同时向主洞入口和出口方向掘进，出口方向开挖至里程YK23+790后，保持入口方向持续掘进，直到YK20+300里程。
区段四为出口段，按照3500m取值，与二号斜井段ZK23+660里程贯通。
表4-2施工范围划分及送风距离统计表
序号
区段划分
隧道施工范围（m）
斜井
正洞
1
进口段
3500
2
一号斜井段
2365
492
2382
1900
3
二号斜井段
1673
2540
1778
820
4
出口段
3500
图4-1施工通风示意图
4.3开挖面需风量计算
隧道施工过程中所需风量与隧道断面，隧道工作人员数量，施工机械数量，以及爆破所用炸药量有关，与通风方式无关，故对于任意形式的通风方式隧道所需风量都是相同的。
由于XX隧道处于高海拔地区，在本次设计计算中先根据平原隧道施工通风需风量进行设计，之后再对计算结果进行修正得到该海拔高度下隧道施工通风所需设计风量。
施工通风所需风量按洞内同时作业最多人数、洞内允许最小风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量、内燃机设备总功率进行计算，取其中最大值作为控制风量。
（1）施工人员所需风量计算公式：
人
式中：
q——作业面每一作业人员的通风量，取4m3/（人·min）；
n——作业面同时作业的最多人数（按洞内同时作业最多人数计算）。
施工人员所需风量计算具体见表4-3。
表4-3XX隧道施工人员需风量计算结果表
序号
区段名称
q（m3/（人·min））
n（人）
Q人=qn（m3/min）
1
进口段
4
50
200
2
一号斜井段
第一阶段
4
35
140
第二阶段
4
100
400
第三阶段
4
50
200
3
二号斜井段
第一阶段
4
35
140
第二阶段
4
100
400
第三阶段
4
50
200
4
出口段
4
50
200
（2）隧道施工需风量计算公式：
Q风
式中:
S——隧道最大开挖断面积，m2；
V——洞内允许最小风速0.25m/s。
隧道施工需风量计算具体见表4-4。
表4-4XX隧道施工需风量计算结果表
序号
名称
S（m2）
V（m/s）
Q风
（m3/min）
1
正洞（有仰拱）
100
0.25
25
2
正洞（无仰拱）
90
0.25
22.5
3
斜井（有仰拱）
80
0.25
20
4
斜井（无仰拱）
65
0.25
16.25
《煤矿安全规程》第107条规定架线电机车巷道容许最低风速为1m/s，采矿工作面、掘进中的煤巷和岩巷为0.25m/s。
本隧道施工通风的最小风速按0.25m/s考虑。
（3）排除炮烟所需风量计算公式
式中：
G——同时爆破炸药量，kg；
t——通风时间，15min；
L0——通风换气长度，一般把爆破后炮烟的扩散长度乘一个安全系数作为通风长度，且
；
A——隧道断面积，m2。
XX隧道排除炮烟所需风量计算具体见表4-5。
表4-5XX隧道排除炮烟所需风量计算结果表
序号
区段名称
G
（kg）
t
（min）
L0
（m）
A
（m2）
（m3/min）
1
进口段
360
15
104
100
1762
2
一号斜井段
第一阶段
280
15
85
80
1621
第二阶段
720
15
191
100
2221
第三阶段
360
15
104
100
1762
3
二号斜井段
第一阶段
280
15
250
80
1621
第二阶段
720
15
250
100
2221
第三阶段
360
15
250
100
1762
4
出口段
360
15
250
100
1762
（4）按内燃机械设备总功率计算公式
内
式中：
H——内燃机械总功，kw；
q——内燃机械单位功率供风量，3m3/（kw·min）。
隧道内燃机械设备总功率计算具体见表4-6。
表4-6XX隧道内燃机械设备总功率计算结果表
部位
机械名称
配置台数
工作台数
单机功率
计算总功率H
Q内（m3/min）
进口段
装载机
1
1
125
847
2541
自卸汽车
3
3
600
挖掘机
1
1
122
一号斜井段
第一阶段
装载机
1
1
125
647
1941
自卸汽车
2
2
400
挖掘机
1
1
122
第二阶段
装载机
2
2
250
1694
5082
自卸汽车
6
6
1200
挖掘机
2
2
244
第三阶段
装载机
1
1
125
847
2541
自卸汽车
3
3
600
挖掘机
1
1
122
二号斜井段
第一阶段
装载机
1
1
125
647
1941
自卸汽车
2
2
400
挖掘机
1
1
122
第二阶段
装载机
2
2
250
1694
5082
自卸汽车
6
6
1200
挖掘机
2
2
2
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