1施工通风设计的原则.docx

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1施工通风设计的原则

1施工通风设计的原则

（1）适当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。

（2）风量的增加必然导致管道损失增加。

电能消耗增加。

为节约电能，必需采用较大直径的通风管道。

但管道直径增大也要求较大的斜井断面满足安装管道的要求，导致工程量及投资增加。

这必须权衡这两个方面作较优的选择。

为此，建议正洞和斜井中的通风管道直径为φ1.8m。

（3）为了实现较好的节能降耗的效果，尽量采用双级调速轴流式通风机。

当要求风量大时，风机以高转速运行；当要求风量较低时，风机可以较低转速运行。

（4）为降低设备购量和便于管理，同一标段的各工区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。

（5）坚持“以人为本”、改善环境、确保安全、节约能源、节约投资的设计原则。

2设计依据及参数

（1）铁道部《铁路隧道施工标准》TB10204-2002

（2）正洞全断面开挖，有效爆破深度取4.0m，3座隧道的开挖面积相同，A正=132m2；

斜井和平导的最大循环进尺取3.0m，斜井开挖面积取A斜=42m2，平导A斜=25.8m2。

（3）单位体积岩石炸药用量：

全断面开挖取1.3kg/m3；斜井或导洞开挖取1.5kg/m3。

（4）排除炮烟通风时间：

全断面开挖取30min，平导和斜井均取15min；

（5）软管百米漏风率，取=1.0%～2.0%之间；

（6）巷道通风时风门等漏风率取1.5%；

（7）洞内柴油机采用安装废气净化装置后的用风指标取；

（8）取管道的沿程摩擦阻力系数即达西系数0.012～0.015；

（9）对自卸汽车汽车内进行设计标准车速为10km/h，具有5°左右的坡度或者出现路面不平整时，车速为5km/h。

二、施工通风的工作面风量计算

1正洞施工通风风量计算

（1）按施工隧洞内的最多人数计算风量

洞内每人每分钟需要新鲜空气量按q=3m3/min，风量备用系k=1.2，同时最多工作人数按m=60人计算。

则

Q1=k·m·p=1.2×60×3=216m3/min

（2）按最低允许风速计算风量

按最低允许风速υ=0.15m/s，则工作面风量：

Q2=60V·S=60×0.15×132=1188m3/min

（3）按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量

单位炸药用量1.3kg/m3，循环进尺量3.5m。

开挖断面积A=132m2，则一次爆破炸药用量G=1.3×（132×4.0）=686.4kg。

炮烟抛掷长度：

L0=15+G/5=15+686.4/5=152.3m

取爆破后通风时间t=30min，压入式通风工作面要求新鲜风量计算公式，即：

Ｂ．Ｈ．伏洛宁公式：

=1696m3/min

从从以上计算结果比较，按排除炮烟计算风量是所有计算风量中最大的，工作面的设计风量暂取排除炮烟风量Q=1696m3/min。

平均风速：

==0.21m/s。

2斜井施工所需的风量

（1）按施工隧洞内的最多人数计算风量

洞内每人每分钟需要新鲜空气量按q=3m3/min，风量备用系k=1.2，同时最多工作人数按m=50人计算。

则

Q=k·m·p=1.2×50×3=180m3/min

（2）按最低允许风速计算风量

按最低允许风速υ=0.15m/s，则工作面风量：

Q=60V·A=60×0.15×40=360m3/min

（3）按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量

平导及斜井开挖断面取42m2，单位炸药用量1.5kg/m3，最大循环进尺量3.0m，一次爆破炸药用量G=1.5×（42×3.0）=189kg。

炮烟抛掷长度L0=15+G/5=15+189/5=52.8m，取爆破后通风时间t=15min。

压入式通风工作面要求新鲜风量计算公式，即：

Ｂ．Ｈ．伏洛宁公式：

=508m3/min

从各种计算结果比较，按稀释炮烟的计算风量是所有计算风量中最大的，工作面的设计风量取量Q=507m3/min。

平均风速：

==0.202m/s。

3、平导施工所需的风量

（1）按施工隧洞内的最多人数计算风量

洞内每人每分钟需要新鲜空气量按q=3m3/min，风量备用系k=1.2，同时最多工作人数按m=50人计算。

则

Q=k·m·p=1.2×50×3=180m3/min

（2）按最低允许风速计算风量

按最低允许风速υ=0.15m/s，则工作面风量：

Q=60V·A=60×0.15×25.8=232m3/min

（3）按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量

平导及斜井开挖断面取25.8m2，单位炸药用量1.5kg/m3，最大循环进尺量3.0m，一次爆破炸药用量G=1.5×（25.8×3.0）=116.1kg。

炮烟抛掷长度L0=15+G/5=15+116.1/5=38.2m，取爆破后通风时间t=15min。

压入式通风工作面要求新鲜风量计算公式，即：

Ｂ．Ｈ．伏洛宁公式：

=252m3/min

从各种计算结果比较，按稀释炮烟的计算风量是所有计算风量中最大的，工作面的设计风量暂取量Q=252m3/min。

平均风速：

==0.16m/s。

平导和斜井开挖断面积小，进入正洞施工后处于施工的后面面，其通风距离短，通风量小于正洞施工通风量，故在以后计算中，只计算正洞施工通风量，只要正洞满足风量要求，便能保证平导和斜井风量。

三、施工通风的工作面风量计算及风机选择

（一）、坡白山隧道通风方案

坡白山隧道施工工区划分及计划施工长度如表1。

隧道施工通风采用压入式通风。

表1通风设计距离一览表

隧道名称

工区

施工正洞长度（m）

最大通风距离（m）

坡白山隧道

进口工区

1715

1715

出口工区

1715

1715

1、风机的供风量按稀释内燃设备废气的要求来确定。

假设采用24tVoLvo自卸汽车出碴，装机功率225kW。

车辆在洞内行驶速度10km/h，考虑到隧洞较长时，每辆车装碴循环时间为5min。

采用ZL50型装载机装碴，其功率为150kW。

重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3，装载机的负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。

则重车的行车间距为：

时速10km/h：

；

洞内最大掘进长度1715m，洞内重车数量：

n1=1715/833=2.06，取n1=2辆，空车数量取n2=2辆

装运碴作业工序中内燃设备的实际使用功率分别为：

=225×2×0.8×0.8+225×2×0.3×0.8+150×0.7×0.8=480kW

取单位功率的风量供给系数为4.0m3/kW·min，则当通风长度为1715时，按稀释内燃机废气计算，压入式风机的供风量应分别为：

4.0×480=1920m3/min

隧道内风速：

v=Q/A=1920/132/60=0.24m/s

平均百米漏风率和摩擦阻力系数与管道的材质、直径联接形式、表面状况、制造及安装维护的质量密切相关，只有通过大量工程试验，才能获得较为准确的数值。

我国所有的通风系统设计文献只能提供直径800mm以下通风管道的技术性能数据。

对特长隧洞使用的新型大直径管道，目前尚无确切的实测数据。

根据秦岭Ⅱ线平导和长梁山隧洞进口段分别对DSR系列φ1.3m和φ1.5m直径软风管现场测试分析，在设计中可取分别取=（1.1～1.5）%，或=（1.5～2.0）%，=0.012～0.015或当时，取=1.8×10-3～2.25×10-3kg/m3。

对于φ1.8软风管，平均百米漏风率在=（1.0～2.0）%之间取值，故可取1.25%，则漏风系数为：

==1.273

当通风长度1715m时，漏风系数PL＝1.273，按排除炮烟时风机风量

=1.273×1696=2159m3/min

通风机的供风量：

Q=min{Q1、Q2、Q3、Q4}=2159m3/min

2、风压的确定

由流体力学的沿程阻力公式可导出摩擦阻力系数：

式中，λ——沿程阻力系数，又称达西系数，λ=0.012～0.015；ρ——气体密度（kg/m3）。

取ρ=1.20kg/m3。

==（1.800～2.25）×10-3kg/m3

通风长度为1715m，隧洞计算风量2159m3/min，管道通风长1750m，取管道直径Φ1.6m，摩擦阻力系数=2.025×10-3kg/m3，管道漏风系数1.273，取通风机设计风量Q=2250m3/min（37.5m3/s），管道风阻力系数：

工作面风量为

==1767.5m3/min（29.4m3/s）

沿程摩擦通风阻力损失

=1.13×29.4×37.5=1248Pa

3、风机选型

可选用天津市通创风机有限公司生产的152BD-2SE132型对旋式通风机。

设计风量22500m3/min，全压2300Pa，电动机功率2×66kW，双级调速。

在隧道进出口工区各设一台进行压入式通风。

也可选用山西侯马鑫丰康风机有限公司生产的SDF（B）-No14型隧道专用风机，可无级变速。

设计风量1399～3013m3/min，风压473～3200Pa，电动机功率2×75kW，可变频软启动，无极变速。

在隧道进出口工区各设一台进行压入式通风。

（二）、高青隧道通风方案

施工通风根据不同施工阶段的工区划分及长大隧道的施工经验，采用压入式通风。

各隧道通风设计距离见表2通风设计距离一览表。

表2通风设计距离一览表

隧道名称

工区

斜井、横洞、平导长度（m）

施工正洞长度（m）

最大通风距离（m）

高青隧道

进口工区

3744

3744

斜井工区

880

3565

2841

出口工区

3644

3644

1、进口（出口）工区

由于进口工区和出口工区最大通风距离仅差100m，所以可将二工区通风设备进行相同配置。

（1）风机的供风量按稀释内燃设备废气的要求来确定

假设采用24tVoLvo自卸汽车出碴，装机功率225kW。

车辆在洞内行驶速度10km/h，考虑到隧洞较长时，每辆车装碴循环时间为5min。

采用ZL50型装载机装碴，其功率为150kW。

重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3，装载机的负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。

行车时速为10km/h时，重车的行车间距为：

833m。

洞内最大掘进长度3744m，洞内重车数量：

n1=3744/833=4.49，取n1=4辆，空车数量取n2=3辆

装运碴作业工序中内燃设备的实际使用功率分别为：

=225×4×0.8×0.8+225×3×0.3×0.8+150×0.7×0.8=822kW

取单位功率的风量供给系数为4.0m3/kW·min，则当通风长度为3744时，按稀释内燃机废气计算，压入式风机的供风量应分别为：

4.0×822=3288m3/min

隧道内风速：

v=Q/A=3288/132/60=0.415m/s

平均百米漏风率=（1.1～1.5）%，摩擦阻力系数=1.8×10-3～2.25×10-3kg/m3。

对于φ1.8软风管，平均百米漏风率可取1.25%，则漏风系数为：

==1.880

当通风长度3744m时，漏风系数PL＝1.880，按排除炮烟时风机风量

=1.880×1696=3188m3/min

通风机的供风量：

Q=min{Q1、Q2、Q3、Q4}=3288m3/min

隧道内风速v=3288/（132×60）=0.42m/min

（2）、风压的确定

由流体力学的沿程阻力公式可导出摩擦阻力系数：

==（1.800～2.25）×10-3kg/m3

通风长度为3744m，隧洞计算风量3288m3/min，管道通风长3744m，取管道直径Φ1.8m，摩擦阻力系数=1.915×10-3kg/m3，管道漏风系数1.880，取通风机设计风量Q=3300m3/min（55m3/s），管道风阻力系数：

工作面风量为

==1755m3/min（29.3m3/s）

沿程摩擦通风阻力损失

=2.466×29.3×55=3974Pa

（3）、风机选型

可选用山西侯马鑫丰康风机有限公司生产的SDF（B）-No17型隧道专用风机，可实现无极变速。

设计风量2505～5100m3/min，风压697～4571Pa，电动机功率2×160kW，可无极变速。

在隧道进出口工区各设一台进行压入式通风。

在隧道进出口工区各设一台进行压入式通风。

2、斜井工区通风方案

斜井工区最大通风长度2841m。

（1）风机的供风量按稀释内燃设备废气的要求来确定

假设采用24tVoLvo自卸汽车出碴，装机功率225kW。

车辆在洞内行驶速度10km/h，每辆车装碴循环时间为5min。

采用ZL50型装载机装碴，其功率为150kW。

重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3，装载机的负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。

时速10km/h时，重车的行车间距为：

833m。

洞内最大通风长度2841m，洞内重车数量：

n1=2841/833=3.41，取n1=3辆，空车数量取n2=3辆

装运碴作业工序中内燃设备的实际使用功率分别为：

=225×3×0.8×0.8+225×3×0.3×0.8+150×0.7×0.8=678kW

取单位功率的风量供给系数为4.0m3/kW·min，则当通风长度为2841时，按稀释内燃机废气计算，压入式风机的供风量应分别为：

4.0×678=2712m3/min

隧道内风速：

v=Q/A=2712/132/60=0.34m/s

平均百米漏风率=（1.1～1.5）%，摩擦阻力系数=1.8×10-3～2.25×10-3kg/m3。

对于φ1.8软风管，平均百米漏风率可取1.25%，则漏风系数为：

==1.551

当通风长度2841m时，漏风系数PL＝1.551，按排除炮烟时风机风量

=1.551×1696=2630m3/min

通风机的供风量：

Q=min{Q1、Q2、Q3、Q4}=2712m3/min

（2）、风压的确定

由流体力学的沿程阻力公式可导出摩擦阻力系数：

==（1.800～2.25）×10-3kg/m3

通风长度为2841m，隧洞计算风量2712m3/min，管道通风长2876m，取管道直径Φ1.8m，取摩擦阻力系数=1.915×10-3kg/m3，管道漏风系数1.551，取通风机设计风量Q=3000m3/min（50m3/s），管道风阻力系数：

工作面风量为

==1934m3/min（32.2m3/s）

沿程摩擦通风阻力损失

沿程损失：

=1.872×32.2×50=3014Pa

局部损失：

=（1×32.22+0.46×502）/1.84=116Pa

总损失：

h=hf+hx=3130

（3）、风机选型

可选用可选用天津市通创风机有限公司生产的152BD-2FS132型对旋式通风机。

设计风量3000m3/min，全压4100Pa，电动机功率2×132kW，双级调速。

在施工初期可只开一个电机，正洞施工长度增加后，在需风高峰期，同时开动两台电机。

也可选用山西侯马鑫丰康风机有限公司生产的SDF（B）-No16型隧道专用风机，可无级变速。

设计风量2088～4500m3/min，风压618～4049Pa，电动机功率2×110kW，可实现无级变速节省电费。

这里仅考虑最长通风距离的通风方案，斜井的另一正洞开挖面通风可类似确定通风方案。

（三）洛香隧道施工通风方案

香隧道施工工区划分及最长通风距离如表3，采用压入式通风及巷道式通风。

表3通风设计距离一览表

隧道名称

工区

斜井、横洞、平导长度（m）

施工正洞

长度（m）

最大通风距离（m）

洛香隧道

进口工区

3084

2000（考虑巷道通风）

平导工区

2000

1602

2905（考虑巷道通风）

1#斜井工区

1668

1889

3557

2#斜井工区

734

3200

3200

出口工区

1457

1457

工区划分如图1。

1、进口及平导工区通风方案

（1）第一阶段：

第一阶段通风方案负责：

进口工区施工正洞进口段491m，平导通过横通道进入正洞施工平导工区803m正洞。

进口正洞通风长度491m，平导通风长度为1188m，如图1。

图1进口及平导工区第一阶段通风长度区段划分

①风机的供风量按稀释内燃设备废气的要求来确定

假设采用24tVoLvo自卸汽车出碴，装机功率225kW。

车辆在洞内行驶速度10km/h，每辆车装碴循环时间为5min。

采用ZL50型装载机装碴，其功率为150kW。

重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3，装载机的负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。

时速为10km/h时，重车的行车间距为：

833m。

洞内最大通风长度：

正洞：

491m；

平导：

1188m。

洞内重车数量：

正洞：

1台重车，1台空车；

平导：

1台重车，2台空车；

装运碴作业工序中内燃设备的实际使用功率分别为：

正洞：

=225×1×0.8×0.8+225×1×0.3×0.8+150×0.7×0.8=282kW

平导：

336kW

取单位功率的风量供给系数为4.0m3/kW·min，按稀释内燃机废气计算，压入式风机的供风量应分别为：

正洞：

4.0×282=1128m3/min

平导：

4.0×336=1344m3/min

平均百米漏风率=（1.1～1.5）%，取1.25%，则漏风系数为：

正洞：

==1.065

平导：

PL=1.174

按排除炮烟时风机风量：

正洞：

=1.065×1696=1806m3/min

通风机的供风量：

Q=min{Q1、Q2、Q3、Q4}=1806m3/min

平导：

=1.174×1696=1991m3/min

通风机的供风量：

Q=min{Q1、Q2、Q3、Q4}=1991m3/min

②、风压的确定

由流体力学的沿程阻力公式可导出摩擦阻力系数：

==（1.800～2.25）×10-3kg/m3

通风长度为491m（平导为1188m），隧洞计算风量1806m3/min（平导为1991m3/min），管道通风长526m（平导为1223m），取正洞管道直径Φ1.8m（平导为Φ1.6m），取摩擦阻力系数=2.025×10-3kg/m3，管道漏风系数1.065（平导为1.174）。

取正洞和平导是通风机设计风量Q=2000m3/min（33.3m3/s），管道风阻力系数：

正洞：

平导：

Rf=1.491Ns2/m8

工作面风量为：

正洞：

==1878m3/min（31.3m3/s）

平导：

Q0=1704m3/min（28.4m3/s）

沿程摩擦通风阻力损失：

正洞：

总损失：

h==0.342×31.3×33.3=356Pa

平导：

沿程损失：

=1.491×28.4×33.3=1410Pa

局部损失：

=（1×28.42+0.46×33.32）/1.64=174Pa

第一阶段施工中，平导开挖面最长通风距离2000m。

装碴重车2辆，空车1辆；

按稀释内燃机废气所需空气：

1704m3/min，漏风系数PL=1.333.

取风量Q=2000m3/min（33.3），开挖面风量1500m3/min（25）

管道阻力系数Rf=2.51Ns2/m8

压力损失：

hf=2092Pa

风机选型见表4。

总损失：

h=hf+hx=1584Pa

③、风机选型

风机选型见表4。

（2）第二阶段通风方案

进口和平导第二阶段通风方案负责如图2所示的两个正洞工作面。

工作面I的最大通风长度为803+35=838m（考虑平导与正洞间距35m）；工作面Ⅱ的最大通风长度905+803+35=1743m。

Ⅱ

ⅠⅡ

图2进口及平导工区第二阶段通风区段长度划分

①风机的供风量按稀释内燃设备废气的要求来确定

假设采用24tVoLvo自卸汽车出碴，装机功率225kW。

车辆在洞内行驶速度10km/h，每辆车装碴循环时间为5min。

采用ZL50型装载机装碴，其功率为150kW。

重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3，装载机的负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。

时速10km/h时，重车的行车间距为833m。

洞内最大通风长度：

工作面I：

838m；

工作面Ⅱ：

1743m。

洞内重车数量：

工作面I：

1台重车，2台空车；

工作面Ⅱ：

2台重车，2台空车；

装运碴作业工序中内燃设备的实际使用功率分别为：

工作面I：

=225×1×0.8×0.8+225×2×0.3×0.8+150×0.7×0.8=336kW

工作面Ⅱ：

480kW

取单位功率的风量供给系数为4.0m3/kW·min，按稀释内燃机废气计算，压入式风机的供风量应分别为：

工作面I：

4.0×336=1344m3/min

工作面Ⅱ：

4.0×480=1920m3/min

平均百米漏风率=（1.1～1.5）%，取1.25%，则漏风系数为：

工作面I：

=1.117

工作面Ⅱ：

PL=1.278

按排除炮烟时风机风量：

工作面I：

=1.117×1696=1894m3/min

通风机的供风量：

Q=min{Q1、Q2、Q3、Q4}=1894m3/min

工作面Ⅱ：

=1.278×1696=2167m3/min

通风机的供风量：

Q=min{Q1、Q2、Q3、Q4}=2167m3/min

②、风压的确定

由流体力学的沿程阻力公式可导出摩擦阻力系数：

==（1.800～2.25）×10-3kg/m3

对φ1.6m风管（工作面I），取摩擦阻力系数=2.025×10-3kg/m3，对φ1.8m风管（工作面II），取摩擦阻力系数=1.915×10-3kg/m3。

取工作面I的通风机设计风量Q=2000m3/min（33.3m3/s），工作面Ⅱ的通风机设计风量Q=2200m3/min（36.7m3/s）。

工作面I的通风管路采用直径φ1.6m的软管，工作面Ⅱ风管直径取φ1.8m。

管道风阻力系数：

工作面I：

工作面Ⅱ：

Rf=1.148Ns2/m8

工作面风量为：

工作面I：

==1791m3/min（29.8m3/s）

工作面Ⅱ：

Q0=1721m3/min（28.7m3/s）

沿程摩擦通风阻力损失：

工作面I：

总损失：

h==1.052×29.8×33.3=1044Pa

局部损失：

=（1×29.82+0.46×33.32）/1.64=213Pa

总损失：

h=hf+hx=1257Pa

工作面Ⅱ：

沿程损失：

1209Pa

局部损失：

=80Pa

总损失：

h=1289Pa

③射流风机选择

巷道通风采用常规轴流风机时，一般都需要设置风门而影响交通，射流风机可以避免或减轻这一缺点，因此在隧洞施工中，射流风机逐步得到应用。

从上面的巷道通风计算中可以看出，洛香隧道洞径较大，在大风量的巷道中风阻并不很大，因此有必要针对本工程具体情况对以射流风机的通风进行讨论。

射流风机的最大台数是射流风机机群提供的总推力能够克服风流流动的总阻力。

射流风机产生的通风压力（隧道横断面上的平均压强）简称为射流风机压力，设在隧道的一个横断面上并列安装x台射流风机（简称一组风机），则其射流风机压力Pj的计算式如下（一组、x台风机），每台射流风机产生的推力：

式中，——断面积比，即射流风机出口面积与风道面积之比；

φ——流速比，υ/υi即隧道风速与射流风机出