陈家山隧道下沟斜井施工通风方案112.docx

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陈家山隧道下沟斜井施工通风方案112

陈家山隧道下沟斜井辅助正洞施工通风方案

1、工程概况

陈家山下沟斜井辅助正洞施工长度3870米，断面积150m2，坡度为2%，平均海拔高度2800米，施工采用钻爆法开挖。

斜井位于线路前进方向左侧，长714米，与线路平面交角约为78°。

斜井综合坡度为6%，井口与井底高差45.27m，按双车道无轨运输设计，断面积50m2。

斜井与正洞交汇于DK248+500，计划向乌鲁木齐方向施工距离1920米，向兰州方向施工距离1870米。

2、施工通风设计标准和原则

⑴施工通风设计标准

隧道内施工作业段的空气必须符合下列卫生标准：

①洞内空气成分（按体积计）：

凡有人工作的地点，氧气（O2）的含量不低于20%，二氧化碳（CO2）的含量不得大于0.5%。

②粉尘浓度：

每m3空气含有10%以上游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg；含游离二氧化硅在10%以下时，不含有害物质的矿性和动植物性的粉尘为10mg；含游离二氧化硅在10%以下的水混粉尘为6mg。

③一氧化碳（CO）浓度：

空气中一氧化碳（CO）浓度不得超过0.0024%（按体积计算即24ppm），按重量计算不得超过30mg/m3，施工人员进入洞内30min后，浓度应降至30mg/m3以下。

④氮氧化合物（换算成NO2）浓度：

氮氧化合物不得超过0.00025%，质量浓度不得超过5mg/m3。

⑤洞内温度：

隧道内最适宜劳动的温度是15～20℃，掘进工作面的温度不宜超过28℃。

⑥洞内风量要求：

每人每分钟供应新鲜空气不应少于3m3，柴油设备千瓦/分钟需要新鲜空气不小于3m3。

⑦洞内风速要求：

钻爆法施工，全断面开挖时洞内风速不得小于0.15m/s，坑道内部不得小于0.25m/s。

⑵通风设计原则

①在充分调研我国已建成和在建长大隧道施工通风的经验以及追踪国内外通风技术发展的基础上，进行通风系统设计比选、优化；

②长大隧道施工通风用电在隧道施工用电中占有相当的比重，优先选用节能型风机以降低能耗；

③在满足通风效果的前提下，减少风机的品种、型号；

④在净空允许的情况下，采用大直径风管，便于更换和施工管理，降低材料消耗；

⑤充分考虑高原高寒缺氧地区低气压对通风系统的影响；

3、数学模型

根据通风方案，利用斜井口一台185×2KW三级调频风机将新鲜空气送入正洞内的风室，再将风室内的空气利用两台110×2KW通风机送至掌子面。

洞内通风风室截面大小、风室长度、通过风室通风效果由风压、风速、洞内温度决定，下面根据这三个因素建立数学模型（通风布置图见下图）

PV/T=P1V1/T1+△P1△V1/△T1+P2V2/T2+△P2△V2/△T2

4、通风实施方案

依据隧道施工任务划分情况，隧道的总体施工组织设计方案和长斜井通风难度等条件，围绕经济、合理、有效，并符合施工通风的设计标准、主要通风参数和通风系统开展方案研究讨论，并通过借鉴国内长大隧道通风施工经验，确定了斜井辅助正洞施工通风采用分阶段管道压入式、风室分流、射流风机辅助的混合方式方案。

斜井设计长度714m，与正洞交汇后承担正向兰州方向约1900m、乌鲁木齐方向约2000m的开挖任务，通风难度大，由此考虑采取分阶段通风形式。

第一阶段：

斜井井身施工阶段

斜井洞口安设1台220kW轴流通风机，采用φ1800mm通风管，单管路独头压入式通风。

斜井口轴流风机距离进口距离不小于30m，采用φ1800mm负压风管接到斜井口，再采用φ1800mm软风管将新鲜空气单管路压入掌子面。

第二阶段：

斜井施工完毕，转入正洞初期施工阶段

辅助正洞施工两端各约200m范围内采用压入式通风，并将斜井口的220KW轴流风机更换为一台185KW×2的三级调配式轴流风机。

在斜井交叉口利用三通将φ1800mm风管分流到φ1500mm通风管软管向正洞两端掌子面压入式通风，三通采用钢管焊制，三通内设置活动风门，控制两个出风口的风量。

第三阶段：

风室分流、射流风机辅助施工阶段

待斜井辅助正洞两端各施工约200m后，在斜井与正洞交叉口附近乌鲁木齐方向二衬施做完成后，设置1个不小于600m3独立风室。

斜井洞口安设370KW的轴流风机，采用φ1800mm通风管单管路压入风室，风室两端各设置一个出风口，并在出风口处各设1台220KW轴流风机，采用φ1500mm通风管进行单管路压入式通风。

风机与风室连通处采用加工的定型圆弧钢管以减小风阻。

为了加快污风风速，采用射流风机辅助通风。

由于通风距离增长，洞内回流风阻大，射流风机安装位置选在风流需要导向处（如斜井交叉口），另外斜井每约360m安设射流风机1台，正洞每约600m安设射流风机1台进行导流。

4、风量及风压计算、确定

4.1、第一阶段系统配置为：

距斜井口不小于30m外安装1台SDF（B）-NO12.5轴流风机（参数为：

风量2088～4500m3/min；风压618～4049Pa；转速980r/min；电机功率110×2KW），配φl800mm软通风管，进行单机单管压入式通风。

新鲜空气自洞外经风机风管进入开挖面，污浊空气沿洞身排出洞外。

4.1.1、风量计算及确定

⑴按洞内最小风速计算风量（每个工作面）：

最小风速取为0.25m/s；

Q1＝60VA=60×0.25×50=750m3/min

V——最小风速，取0.25m/s；

A——洞内开挖面积，取50m2；

⑵按洞内最多工作人员数计算风量（每工作面）：

Q2=q×m×k=3×30×1.2=108m3/min

q——每人每分钟呼吸所需新鲜空气量，取为3m3/min。

m——同时工作人数，取为30人；

k——风量备用系数，取为1.2；

⑶按稀释爆破炮烟计算风量：

Q3=2.25[G（AL）2ΦBP2）1/3/T

T——爆破后的通风时间，取30min；

G——同时爆破药量，取105kg；

A——开挖断面积，取50m2；

Φ——与隧道潮湿程度有关的系数，Φ=0.3；

B——炸药爆破时的有害气体产生量，B=40L/㎏；

P——风管的漏风系数，取1.09（见后计算）

L——临界长度，按照将CO稀释到100mg/m3；

计算：

L=12.5G×B×K/（A×P2）=592m

式中，K为系统扩散系数，与风管口距工作面的距离及风管直径有关，K=0.67。

计算得Q3=821m3/min

⑷按稀释机械设备废气计算风量：

施工高峰期内燃机械使用情况为：

出碴汽车2辆（功率为213kw）；装载机1台（功率为162kw）；挖掘机1台（功率为112kw）。

总功率P=2×213+1×162+1×112=700kw。

Q4=V/K（m3/min）,其中V=∑βP

式中：

β——内燃机产生的有害气体，按照有净化装置机械产生的CO气体为0.09×10-3（m3/min·KW）；

P——内燃机功率，P=700KW；

K——允许浓度（0.008%）。

计算得：

Q4=788（m3/min）

⑸掌子面所需风量

取以上四种计算得到的最大通风量作为设计通风量，由计算可知最大风量Q计=Q3=821m3/min。

采用φ180cm的PVC高强软风管，百米漏风率取1.2%。

采用全程压入式通风，通风距离考虑为714m，据此计算系统漏风系数P:

P=1/（1-L/100×P100）=1.09

因此要求风机供风量不小于：

Q供=P×Q计=1.09×821=895m3/min

结论：

根据上述计算显示，Q供=895m3/min＜轴流风机设计风量（2088m3/min），所以第一阶段风机配备能满足斜井内通风风量要求。

4.1.2、风压计算及确定

P阻=6.5×α×L×（Q供/60）2/d5

式中：

α——风阻系数，取0.0003；

L——隧道通风长度，取714m；

Q供——风量，取895m3/min

d——配用风管直径，Φ1.8米计算；

计算得P阻=16.4Pa

考虑斜井拐弯及正洞坡度、海拔高度影响，则实际通风阻力为：

P总=1.2×P阻=20Pa

结论：

根据上述计算显示，P总=20Pa＜轴流风机设计风压（618Pa），所以第一阶段风机配备能满足斜井内通风风压要求。

4.2、第二阶段：

辅助正洞施工两端各约200m范围内采用压入式通风：

斜井洞口外安装1台SDF（C）-NO14三级调配式风机（参数为：

风量2113～4116m3/min；风压1078～6860Pa；转速1480r/min；电机功率185×2KW），采用φl800mm通风软管将新鲜空气送到斜井交叉口，在交叉口处接入三通，通过三通分流到正洞两个方向的φl500mm软风管，将新鲜空气送入掌子面，污浊空气从洞内、斜井排出，随着掌子面的掘进不断向前延伸风管。

4.2.1、风量计算及确定

⑴按洞内最小风速计算风量（每个工作面）：

最小风速取为0.25m/s；

Q1＝60VA=60×0.25×150=2250m3/min

V——最小风速，取0.25m/s；

A——洞内开挖面积，取150m2；

⑵按洞内最多工作人员数计算风量（每工作面）：

Q2=q×m×k=3×70×1.2=252m3/min

q——每人每分钟呼吸所需新鲜空气量，取为3m3/min。

m——同时工作人数，取为70人；

k——风量备用系数，取为1.2；

⑶按稀释爆破炮烟计算风量：

Q3=2.25[G（AL）2ΦBP2）1/3/T

T——爆破后的通风时间，取30min；

G——同时爆破药量，取420kg；

A——开挖断面积，取150m2；

Φ——与隧道潮湿程度有关的系数，Φ=0.3；

B——炸药爆破时的有害气体产生量，B=40L/㎏；

P——风管的漏风系数，取1.13（见后计算）

L——临界长度，按照将CO稀释到100mg/m3；

计算：

L=12.5G×B×K/（A×P2）=748m

式中，K为系统扩散系数，与风管口距工作面的距离及风管直径有关，K=0.67。

计算得Q3=3378m3/min

⑷按稀释机械设备废气计算风量：

施工高峰期内燃机械使用情况为：

出碴汽车4辆（功率为213kw）；装载机2台（功率为162kw）；混凝土罐车2台（功率为247kw）；挖掘机2台（功率为112kw）。

总功率P=4×213+2×162+2×247+2×112=1894kw。

Q4=V/K（m3/min）,其中V=∑βP

式中：

β——内燃机产生的有害气体，按照有净化装置机械产生的CO气体为0.09×10-3（m3/min·KW）；

P——内燃机功率，P=1894KW；

K——允许浓度（0.008%）。

计算得：

Q4=2131（m3/min）

⑸掌子面所需风量

取以上四种计算得到的最大通风量作为设计通风量，由计算可知最大风量Q计=Q3=3378m3/min。

采用φ1800mm的PVC高强软风管，百米漏风率取1.2%。

采用全程压入式通风，通风距离考虑为914m，据此计算系统漏风系数P:

P=1/（1-L/100×P100）=1.12

因此要求风机供风量不小于：

Q供=P×Q计=1.12×3378=3783m3/min

结论：

根据上述计算显示，Q供=3378m3/min＜轴流风机设计风量（4116m3/min），所以第二阶段风机配备能满足通风风量要求。

4.2.2、风压计算及确定

P阻=6.5×α×L×（Q供/60）2/d5

式中：

α——风阻系数，取0.0003；

L——隧道通风长度，取L=914m；

Q供——风量，取3783m3/min；

d——配用风管直径，取d=1.8m；

计算得P阻=375Pa

考虑斜井拐弯及正洞坡度、海拔高度影响，则实际通风阻力为：

P总=1.2×P阻=450Pa

结论：

根据上述计算显示，P总=450Pa＜轴流风机设计风压（1078Pa），所以第二阶段风机配备能满足通风风压要求。

4、3、第三阶段：

隧道正洞两端各掘进超过200m以后系统配置为：

隧道乌鲁木齐方向设置一个风室，风室采用彩钢板封闭，预留风门。

由斜井洞口外安装1台SDF（C）-NO14三级调配式风机（参数为：

风量2113～4116m3/min；风压1078～6860Pa；转速1480r/min；电机功率185×2KW），配φl800mm负压通风管，单管路压入式给风室供风。

风室外兰州、乌鲁木齐方向各设1台220KW轴流通风机，均采用φ1500mm软通风管进行单管路压入式给工作面通风，风机采用独立变压器供电。

另外斜井每约360m安设射流风机1台，正洞约每600m安设射流风机1台进行导流。

4.3.1、风室体积计算

为了更好的发挥风室在通风过程中的效果，考虑风室的长度要满足两台110×2KW风机的有效吸程和洞口185×2KW三级调频风机的有效吹程，防止吹程和吸程不满足条件时将风室破坏。

L1=1.5×A0.5

L1——风室的有效吸程

A——风室的截面面积（取35m2）

L1=8.87m

L2=5×S0.5

L2——风室的有效吹程

S——开挖断面面积（上台阶断面面积取100m2）

L2=50m

比较L1、L2，取L2长度为洞室的最小长度，因此洞室的体积为1750m3。

4.3.2、风量计算及结论

⑴按洞内最小风速计算风量（每个工作面）：

最小风速取为0.25m/s；

Q1＝60VA=60×0.25×150=2250m3/min

V——最小风速，取0.25m/s；

A——洞内开挖面积，取150m2；

⑵按洞内最多工作人员数计算风量（每工作面）：

Q2=q×m×k=3×70×1.2=252m3/min

q——每人每分钟呼吸所需新鲜空气量，取为3m3/min。

m——同时工作人数，取为70人；

k——风量备用系数，取为1.2；

⑶按稀释爆破炮烟计算风量：

Q3=2.25[G（AL）2ΦBP2）1/3/T

T——爆破后的通风时间，取30min；

G——同时爆破药量，取420kg；

A——开挖断面积，取150m2；

Φ——与隧道潮湿程度有关的系数，Φ=0.3；

B——炸药爆破时的有害气体产生量，B=40L/㎏；

P——风管的漏风系数，取1.46（见后计算）

L——临界长度，按照将CO稀释到100mg/m3；

计算：

L=12.5G×B×K/（A×P2）=440m

式中，K为系统扩散系数，与风管口距工作面的距离及风管直径有关，K=0.67。

计算得Q3=2703m3/min

⑷按稀释机械设备废气计算风量：

施工高峰期内燃机械使用情况为：

出碴汽车6辆（功率为213kw）；装载机2台（功率为162kw）；混凝土罐车2台（功率为247kw）；挖掘机2台（功率为112kw）。

总功率P=6×213+2×162+2×247+2×112=2320kw。

Q4=V/K（m3/min）,其中V=∑βP

式中：

β——内燃机产生的有害气体，按照有净化装置机械产生的CO气体为0.09×10-3（m3/min·KW）；

P——内燃机功率，P=1894KW；

K——允许浓度（0.008%）。

计算得：

Q4=2610（m3/min）

⑸掌子面所需风量

取以上四种计算得到的最大通风量作为设计通风量，由计算可知最大风量Q计=Q3=2703m3/min。

百米漏风率取1.2%。

采用全程压入式通风，通风距离考虑为2634m，据此计算系统漏风系数P:

P=1/（1-L/100×P100）=1.46

因此要求风机供风量不小于：

Q供=P×Q计=1.46×2703=3946m3/min

结论：

根据上述计算显示，Q供=3946m3/min＜轴流风机设计风量（4116m3/min），所以第三阶段风机配备能满足通风风量要求。

4.3、3、风压计算

P阻=6.5×α×L×（Q供/60）2/d5

式中：

α——风阻系数，取0.0003；

L——隧道通风长度，取L=2634m；

Q供——风量，取3946m3/min；

d——配用风管直径，取d=1.8m；

计算得P阻=1176Pa

考虑斜井拐弯及正洞坡度、海拔高度影响，则实际通风阻力为：

P总=1.2×P阻=1411P

结论：

根据上述计算显示，P总=1411Pa＜轴流风机设计风压（6860Pa），所以第三阶段风机配备能满足通风风压要求。

8、通风管理

⑴施工通风管理水平的高低是影响通风质量的关键因素之一。

以往不少隧道施工通风不好，除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外，主要问题是通风管理不善，管道通风阻力大，开挖工作面得不到足够的新鲜风流，沿途污浊空气不能及时排出洞外。

⑵以“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理、确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。

⑶建立以岗位责任制和奖惩制为核心的通风管理制度和组建专业通风小组管理、检查和维修，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。

⑷综合治理措施

以长代短：

调整风管节长，减少接头数量，即减少漏风量。

以大代小：

在净空允许的条件下，尽量采用大直径风管。

使用2#乳化炸药，实行科学钻爆，以减少炸药用量，降低爆破污染。

截弯取直，保持风管的平、直、顺，接头严密，破坏风管要及时修补或更换。

⑸定期测试粉尘和有害气体的浓度。

定期测试风量、风速、风压，检查通风设备的供风能力和动力消耗。

加强业务培训工作，提高操作管理人员素质和职业道德。

9、防尘措施

⑴为控制粉尘的产生，钻眼作业必须采用湿式凿岩。

钻眼时，必须先送水后送风，利用通风降尘是不经济的，因此长大隧道施工在不断优化通风方案的基础上采取一些有力的辅助性措施是十分必要的。

⑵采用湿式作业，出渣工程中应洒水，放炮后30min，由专人负责洒水，洒水顺序自上而下，先拱墙部岩壁，后渣堆，直至渣堆湿透为止。

⑶加强人体防护，进洞作业人员应佩戴必需的个人防护用品。

⑷进洞车辆应定期维护保养，以减少废气排放量。

积极推广使用减少污染的燃油添加剂和汽车废气净化器。

⑸采用潮喷技术进行喷射混凝土作业，减少回弹，以减少粉尘污染。

⑹由专职人员进行定期的洞内环境监测，及时反馈测试结果，以便改进。