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隧道施工通风方案

渝黔铁路YQZQ-6标段天坪隧道施工通风专项设计方案

1设计依据

（1）渝黔铁路XCZQ-6标施工组织设计；

（2）渝黔铁路XCZQ-6标天坪隧道施工图；

（3）《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）；

（4）《铁路瓦斯隧道施工技术规范》（TB10120-2002）；

（5）《煤矿安全规程》（国家煤矿安全监察局18号令）；

（6）《现代隧道施工通风技术》。

2计算参数

2.1通风计算基础参数

表2-1通风计算基础参数表

项目

数量

单位

备注

正洞工作面同时工作最多人数

100

人

依据施组和图纸

平导、斜井、横洞工作面同时工作最多人数

泄水洞

正洞开挖面一次爆破炸药用量

300

平导和横洞开挖面一次爆破炸药用量

105

斜井开挖面一次爆破炸药用量

130

泄水洞开挖面一次爆破炸药用量

正洞隧道开挖断面积

130

平导开挖断面积

斜井开挖断面积

横洞开挖断面积

泄水洞开挖断面积

7.5

通风换气长度

250

风管平均百米漏风率

1.5

风管摩擦阻力系数

0.02

—

正洞绝对瓦斯涌出量

5.66

m3/min

平导绝对瓦斯涌出量

2.94

机械设备功率

装载机

150

出碴汽车

215

空气密度

1.2

Kg/m3

依据文献

爆破通风时间

min

依据规范

隧道内最低允许风速

0.25

m/s

人员配风标准

m3/（人•min）

内燃机械设备配风标准

m3/（kw•min）

隧道内瓦斯允许浓度

0.5%

—

2.2工程量划分

表2-2工程量划分

序号

名称

隧道工程量

斜井/横洞

正洞

平导

进口工区

380m

5242m

655m、3402m

斜井工区

2138m

3360m

4640m

横洞工区

主、副洞

1135m、1120m

3140m

3060m

出口工区

—

2236m

—

图2-1渝黔铁路天坪隧道施工组织图

3风量计算及通风方式确定

3.1开挖面风量计算

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、内燃机械设备总功率和瓦斯涌出量分别计算，取其中最大值作为控制风量。

（1）按洞内同时作业最多人数计算

式中：

——作业面每一作业人员的通风量，取3m3/（人·min）；

——作业面同时作业的最多人数。

经计算，正洞开挖面需风量300m3/min，斜井、横洞和平导开挖面需风量90m3/min，泄水洞开挖面需风量45m3/min。

（2）按洞内允许最小风速0.25m/s计算

式中:

隧道最大开挖断面积，m2；

洞内允许最小风速0.25m/s。

经计算，正洞开挖面需风量1950m3/min，平导和横洞开挖面需风量525m3/min，斜井开挖面需风量750m3/min，泄水洞开挖面需风量113m3/min。

关于最小风速的说明：

①《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）第15.1.4条规定：

隧道施工通风的风速，全断面开挖时不应小于0.15m/s,在分布开挖的坑道中不应小于0.25m/s。

②《煤矿井工开采通风技术条件》（AQ1028-2006）第4.2.4条规定：

采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷最低风速为0.25m/s。

因本隧道横洞工区为瓦斯突出工区，其他工区也不排除出现瓦斯溢出现象的可能，本隧道施工通风的最小风速按0.25m/s考虑。

（3）按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算

式中：

——同时爆破炸药量，kg；

——通风时间，30min；

——通风换气长度，250m；

——隧道断面积，m2。

经计算，正洞开挖面需风量1773m3/min，平导和横洞开挖面需风量521m3/min，斜井开挖面需风量709m3/min，泄水洞开挖面需风量123m3/min。

（4）按内燃机械设备总功率计算

式中：

—内燃机械总功，kw；

—内燃机械单位功率供风量，3m3/（kw·min）。

经计算，正洞开挖面需风量2190m3/min，平导和斜井开挖面需风量1095m3/min，泄水洞开挖面需风量300m3/min。

（5）按瓦斯涌出量计算

式中：

—相关系数，取2；

—瓦斯涌出量，m3/min；

—送风瓦斯浓度，取0.00%；

—隧道内允许瓦斯浓度，取0.5%。

经计算，正洞开挖面需风量2264m3/min，平导开挖面需风量1176m3/min。

表3-1开挖面需风量计算结果表

非瓦斯工区正洞需风量

泄水洞需风量

非瓦斯工区平导需风量

斜井需风量

横洞需风量

瓦斯工区正洞需风量

瓦斯工区平导需风量

内燃机械作业需风量作为控制风量

瓦斯涌出量计算需风量作为控制风量

2190m3/min

300m3/min

1095m3/min

1176m3/min

2264m3/min

1176m3/min

3.2通风方式确定及风机供风量计算结果

（1）进口段供风量

采用主扇巷道式通风，依据施组进度安排可知：

正洞最长风管长度约为1300m，需要风机提供风量约为2665m3/min；

平导最长风管长度约为1900m，需要风机提供风量约为1460m3/min。

（2）斜井段供风量

采用主扇巷道式通风，依据施组进度安排可知：

斜井最长风管长度约为2200m，需要风机提供风量约为1527m3/min；

正洞最长风管长度约为2800m，需要风机提供风量为3344m3/min；

平导最长风管长度约为3400m，需要风机提供风量约为2357m3/min。

（3）横洞段供风量

采用射流巷道式通风，依据施组进度安排可知：

横洞最长风管长度约为1170m，需要风机提供风量约为1404m3/min；

正洞最长风管长度约为1700m，需要风机提供风量约为2927m3/min；

平导最长风管长度约为1900m，需要风机提供风量约为1568m3/min。

（4）出口段供风量

采用压入式通风，依据施组进度安排可知：

正洞最长风管长度约为2300m，需要风机提供风量约为3100m3/min。

表3-2各工区通风方式及需风量计算结果表

序号

名称

通风方式

需要风机提供的最大风量（m3/min）

斜井/横洞

正洞

平导

进口段

压入式和巷道式

—

2665

1406

斜井段

压入式和巷道式

1527

3344

2357

横洞（瓦斯）段

压入式和巷道式

1404

2927

1509

出口段

压入式

—

3100

—

4设备配置

4.1天坪隧道各工区通风设备配置

天坪隧道通风设备配置情况见表4-1，其中横洞段为瓦斯工区，必须采用防爆风机和抗静电阻燃型风管，各工区均采用变频节能风机，大功率风机和大直径风机要求购买进口高性能设备。

表4-1天坪隧道通风设备配置表

项目

设备名称

规格型号

数量

备注

进口段

变频轴流风机

SDF-№12.5，

2×110kw

3台

使用2台备用1台

SFC-10-№30

2台

使用1台备用1台

PVC软风管

Φ1.8m

7000m

斜井内风管采用双吊环

Φ1.6m

4200m

斜井、平导内风管采用双吊环

Φ1.1m

900m

斜井段

变频轴流风机

2×AVH180，

2×200kw

2台

使用1台备用1台

2×AVH160，

2×132kw

2台

使用1台备用1台

PVC软风管

Φ2.0m

9000m

斜井内风管采用双吊环

Φ1.8m

4000m

斜井、平导内风管采用双吊环

横洞（瓦斯）段

变频轴流风机

2×AVH160，

2×110kw

3台

使用2台备用1台，防爆

SDF-№11.5，

2×75kw

2台

使用1台备用1台，防爆

射流风机

SSF-№16，

55kw，6p

4台

使用3台备用1台，防爆

PVC软风管

Φ1.8m

10000m

用于正洞通风，双抗

Φ1.5m

7500m

用于平导通风，双抗

出口段

变频轴流风机

2×AVH160，

2×132kw

2台

使用1台备用1台

PVC软风管

Φ2.0m

3000m

—

4.2通风阻力计算与设备匹配验证

通风阻力因选择的风管直径和风机型号以及送风距离的不同会有很大差距，需要指出的是，如果选择的风管直径过小，会导致通风阻力过大，不能满足送风需要；如果选择的风管直径过大，又会造成浪费，且不利于施工组织。

通风管路的阻力与风机风量的关系式如下，这也是通风管路的阻力曲线。

式中：

—风管阻力，Pa；

—摩阻系数；

—空气密度，kg/m3；

—风管直径，m；

—风管平均百米漏风率；

—管路长度，m；

—风机工作点风量，m3/s。

各工区通风阻力及风机与风管匹配情况如下：

（1）进口段设备匹配

进口正洞采用SDF-12.5型风机匹配Φ1.8m风管，风机叶片角度+3°、功率2×110kw，风管风阻R=1.1543

，风管出口风量2251m3/min＞2190m3/min，风机风压2407Pa，风机风量2740m3/min＞2665m3/min，满足通风要求，如图4-1所示。

图4-1进口段正洞风管长度1300m

采用SDF-№12.5型风机匹配Φ1.6m和Φ1.1m风管，公用一路风管在斜井井底分风往平导进出口方向同时送风，风机叶片角度+3°、功率2×37kw，风管风阻R=1.93274

，平导出口方向风管出口风量1171m3/min>1095m3/min；泄水洞方向风管出口风量243m3/min<300m3/min，不能满足泄水洞工作面通风需求，采用三通分风装置按照工序分配风量。

风机风压1587Pa，风机风量1719m3/min，如图4-2所示。

进口平导采用SDF-№12.5型风机匹配Φ1.6m风管，风机叶片角度+3°、功率2×37kw，风管风阻R=2.73878

，风管出口风量1195m3/min＞1095m3/min，风机风压1929Pa，风机风量1593m3/min＞1460m3/min，满足通风要求，如图4-3所示。

图4-2一路风管在井底分风，同时往平导和泄水洞作业面供风

图4-3进口平导风管长度1900m

图4-4进口正洞风管长度1368m

进口正洞小里程方向未完成施工前，其大里程方向采用SDF-№12.5型风机匹配Φ1.8m风管，风机叶片角度+3°、功率2×110kw，风管风阻R=1.20036

，风管出口风量2240m3/min＞2190m3/min，风机风压2531Pa，满足通风要求，如图4-4所示。

（2）斜井段设备匹配

斜井段实际投入使用的风机只有2台，虽然平导和斜井开挖面配置小功率小风量风机即可满足通风要求，但是正洞开挖面需要大功率大风量风机，为了保证通风设备的通用性，节省设备投入，则重点针对正洞开挖面配置2台大功率大风量风机，在开挖斜井和平导时可以低频小功率运转来实现风机设备的通用性。

所以斜井段配置了1台2×AVH160型风机（功率为2×132kw），一台2×AVH180型风机（功率为2×200kw）。

斜井正洞风管长度2800m时，采用2×AVH160型风机匹配Φ2.0m风管，风机叶片角度52°、功率2×132kw，风管风阻R=1.16573

，风管出口风量2243m3/min＞2190m3/min，风机风压3800Pa，风机风量3426m3/min＞3344m3/min，满足通风要求，如图4-5所示。

图4-5斜井正洞风管长度2800m

一路风管在井底分风，同时往平导进出口作业面供风，进口方向送风距离3360m，出口方向送风距离3100m，采用2×AVH180型风机，斜井段用Φ2.0m风管，平导内用1.8m风管，风机叶片角度40°、功率2×200kw，风管风阻R=1.26251

，平导出口方向风管出口风量1252m3/min>1095m3/min；平导进口方向风管出口风量998m3/min<1095m3/min，不能满足平导进口工作面通风需求，采用三通分风装置按照工序调节分配风量。

风机风压4692Pa，风机风量3658m3/min，如图4-6所示。

（3）横洞段设备匹配

横洞段实际投入使用的风机共有3台，正洞配置的2台风机型号和功率相同，平导单独配置1台功率稍小一些的风机。

横洞段正洞采用2×AVH160型风机匹配Φ1.8m风管，风机叶片角度48°、功率2×110kw，风管风阻R=1.40318

，风管出口风量2331m3/min＞2264m3/min，风机风压3539Pa，风机风量3013m3/min＞2927m3/min，满足通风要求，如图7所示。

图4-6一路风管在井底分风，同时往平导进出口作业面供风

图4-7横洞段正洞风管长度1700m

横洞段平导采用SDF-№11.5型风机匹配Φ1.5m风管，风机叶片角度+3°、功率2×75kw，风管风阻R=3.77849

，风管出口风量1385m3/min＞1176m3/min，风机风压3576Pa，风机风量1846m3/min＞1509m3/min，满足通风要求，如图4-8所示。

图4-8横洞段平导风管长度1900m

（5）出口工区设备匹配

出口段正洞采用2×AVH160型风机匹配Φ2.0m风管，风机叶片角度52°、功率2×132kw，风管风阻R=1.0276

，风管出口风量2485m3/min＞2190m3/min，风机风压3533Pa，风机风量3518m3/min＞3100m3/min，满足通风要求，如图4-9所示。

图4-9出口正洞风管长度2300m

4.3进口、斜井段主扇风机匹配验证

通风系统总阻力的计算按几条风量较大、路线较长的线路计算，以计算的最大通风阻力作为计算依据。

考虑到漏风、自然风压和局部阻力的影响，通风系统总阻力须有30%的增量。

因此，主扇风机所能提供的风量应能达到9000m3/min、风压884Pa。

图4-10进口和斜井段通风系统网络图

主扇采用SFC-10-№30型风机，风机叶片角度+3°，功率220kw，风阻R=0.03599

，风机风压915Pa＞884Pa，风机风量9622m3/min＞9000m3/min，满足通风要求，主扇风机性能匹配如图4-11所示。

图4-11主扇风机匹配图

5通风布置

天坪隧道共划分为四段，各段依据通风方式和施组进度进行阶段划分，具体通风布置情况分别如下。

5.1进口段通风布置

进口段施工通风布置共分为五个阶段：

第一阶段，开挖斜井采用压入式通风，采用2×110kw风机匹配Φ1.8m风管送风，用变频柜控制送风量，通风布置见图5-1。

图5-1进口段第一阶段通风布置

第二阶段，正洞一个开挖面、平导两个开挖面，平导大里程和泄水洞公用一路风管，各工作面均采用压入式通风，风机全部设置在斜井口，正洞采用2×110kw风机匹配Φ1.8m风管送风；平导开挖面和泄水洞开挖面采用2×110kw（风机中速运转）风机匹配Φ1.6m和Φ1.1m风管送风，采用三通分风装置按照工序调节分配风量。

通风布置见图5-2。

图5-2进口段第二阶段通风布置

第三阶段，泄水洞已贯通，仍然采用压入式通风，2台风机全部设置在斜井口，正洞采用2×110kw风机匹配Φ1.8m风管送风；平导开挖面采用2×110kw（风机中速运转）风机匹配Φ1.6m风管送风。

通风布置见图5-3。

图5-3进口段第三阶段通风布置

第四阶段，正洞与平导间的4通已贯通，正洞有2个开挖面，平导1个开挖面，斜井与平导交接处利用风桥形成巷道式通风，风桥长度为60m，风桥下部过车通道面积不小于30m2，风桥上部风流过流面积不小于30m2，同时应保证风桥有足够的承压能力，且风桥处不能漏风，风桥纵向示意图如图5-5所示。

在风桥下风向安装主扇风机，风量大小用变频器控制，通风布置见图5-4。

当其它连接平导和正洞的横通道贯通后，局部风机依次前移。

图5-4进口工区第四阶段通风布置

图5-5风桥纵断面示意图

第五阶段，进口平导和斜井平导已贯通，正洞有两个开挖面，在8通处用风墙把风机封住，并在风墙上设置调风窗，当8通处的风机停机时，则打开风窗，并根据需风量调节风窗的开启大小，通风布置见图5-6。

图5-6进口工区第五阶段通风布置

5.2斜井段通风布置

斜井段通风布置共分为五个阶段：

第一阶段，开挖斜井井身时，只有一个斜井开挖面，采用1台2×200kw风机匹配Φ2.0m风管送风，风量大小用变频柜进行调节。

通风布置见图5-7。

图5-7斜井段第一阶段通风布置

第二阶段，进入正洞和平导施工，采用压入式通风，正洞一个开挖面、平导两个开挖面，平导大小里程公用一路风管，采用2×200kw风机匹配Φ2.0m、Φ1.8m风管送风，正洞开挖面采用2×132kw风机匹配Φ2.0m风管送风，通风布置见图5-8。

图5-8斜井段第二阶段通风布置

第三阶段，斜井平导与进口平导已贯通，形成主扇巷道式通风，有两个正洞开挖面和一个平导开挖面，斜井与平导交叉口处利用风桥形成巷道式通风，风桥长度为60m，风桥下部过车通道面积不小于30m2，风桥上部风流过流面积不小于30m2，同时应保证风桥有足够的承压能力，且风桥处不能漏风，风桥纵向示意图如图5-5所示。

13通正洞采用2×132kw风机匹配Φ1.8m风管送风，用变频柜调节送风量大小，平导和15通正洞两个开挖面公用一台2×200kw风机匹配Φ2.0m、Φ1.8m风管送风，采用三通分风装置按照工序调节分配风量，通风布置见图5-9。

为了减少通风能耗，改善通风效果，尽量按设计要求增加横通道，随横通道的增加，逐步前移局部风机。

图5-9斜井工区第三阶段通风布置

第四阶段，局部风机移至15横通道处，有两个正洞开挖面和一个平导开挖面，15通正洞采用2×132kw风机匹配Φ1.8m风管送风，用变频柜调节送风量大小，平导和17通正洞两个开挖面公用一台2×200kw风机匹配Φ2.0m、Φ1.8m风管送风，采用三通分风装置按照工序调节分配风量，通风布置见图5-10。

图5-10斜井工区第四阶段通风布置

第五阶段，斜井平导与横洞平导已贯通，有两个正洞开挖面，15通正洞采用2×132kw风机匹配Φ1.8m风管送风，15通正洞采用2×200kw风机匹配Φ2.0m风管送风，均使用变频柜调节送风量大小，通风布置见图5-11。

图5-11斜井工区第五阶段通风布置

当斜井平导与横洞平导贯通后，必须利用密封墙进行封闭，保持各自独立的通风系统，避免瓦斯工区与非瓦斯工区之间串风。

5.3横洞段通风布置

横洞段通风布置共分为三个阶段：

第一阶段，开挖横洞洞身时，只有主、副井两个开挖面，主井采用2×110kw风机匹配Φ1.8m风管送风，副井采用2×75kw风机匹配Φ1.5m风管送风。

平导最长通风距离1900m，正洞最长通风距离1700m，通风布置见图5-12。

该阶段进行揭煤施工，必须加强通风，并且采取局部防范措施。

图5-12横洞段第一阶段通风布置

第二阶段，将主、副井之间的24号横通道用密封墙封闭，为两个开挖面送风的风机设置在距23通50m的平导内大里程一侧，正洞采用2×110kw风机匹配Φ1.8m风管送风，平导采用2×75kw风机匹配Φ1.5m风管送风，在副井内设置两台55kw射流风机，新鲜风由副井引入、污风全部经主井排出，通风布置见图5-13。

图5-13横洞段第二阶段通风布置

第三阶段，随着平导的推进，在19通增设正洞开挖面，平导内风机随横通道的贯通前移至22通，将23通封闭并在此增设1台为大里程正洞送风的风机，在22通和23通之间再增设1台55kw射流风机，正洞采用2×110kw风机匹配Φ1.8m风管送风，平导采用2×75kw风机匹配Φ1.5m风管送风，当横洞平导与斜井平导贯通时，仍然保持此通风布置，直到正洞贯通，通风布置见图5-14。

图5-14横洞段第三阶段通风布置

横洞工区为瓦斯突出工区，所有通风设备必须配置防爆型，风管为防静电阻燃型，局部地段为防止瓦斯集聚可采用局部风机或空气引射器使风流速度达到1m/s，空气引射器的安设情况见图5-15。

空气引射器的主要设置位置如下：

（1）正洞与回风横通道连接处的拱顶；

（2）回风区内的硐室；

（3）衬砌台车和各种作业台架形成的通风死角；

（4）未衬砌的超挖处；

（5）隧道断面变化形成的通风死角。

图5-15空气引射器布置图

5.4出口段通风布置

出口段只有正洞一个开挖面，施工长度2236m，采用压入式通风，利用2×132kw风机匹配Φ2.0m风管送风，通风布置见图5-16。

图5-16出口段通风布置

5.5风管布置对辅助坑道断面的要求

（1）斜井内风管布置

依据设计斜井断面净空为7.66m×6.5m（宽×高），布设两路Φ2.0m风管后的断面图见图5-17，送风时为交通运输车辆（高3.85m）预留了4.26m的高度，能够保证风管顺畅通过，无需对斜井进行断面优化，但是必须使用双吊环风管，并对风管进行托吊处理，防止停风时风管下垂被过往车辆刮破。

（2）平导内风管布置

依据设计平导断面净空为5.36m×6.0m（宽×高），进口平导布置一路Φ1.5m风管。

横洞平导内均布设一路Φ1.8m风管和Φ1.5m风管，其断面图见图5-18，送风时为交通运输车辆（高3.85m）预留了4.09m的高度，安全距离有24cm，基本可以保证风管顺畅通过，如果采用无轨运输方式，建议横洞平导PDK125+550～PDK127+050段拱部加高40cm。

斜井平导内需要布设一路Φ2.0m风管，其断面图见图5-19，送风时为交通运输车辆（高3.85m）预留了4.00m的高度，不能够保证风管顺畅通过，必须对斜井平导进行断面优化，建议斜井平导PDK122+330～PDK124+360段拱部加30cm。

所有平导内风管必须使用双吊环，并进行托吊处理，防止停风时风管下垂被过往车辆刮破。

图5-17斜井内风管布置断面图图5-18平导内风管布置断面图

图5-19平导内风管布置断面图图5-20横洞内风管布置断面图

（3）横洞内风管布置

依据设计横洞断面净空为5.4m×5.6m（宽×高），布设一路Φ1.8m风管后的断面图见图5-20，横洞工区采用有轨运输施工，送风时为交通运输车辆（高2.8m）预留了3.7m的高度，能够保证风管顺畅通过，无需对横洞进行断面优化，但是必须使用双吊环风管，并对风管进行托吊处理，防止停风时风管下垂被过往车辆刮破。

如果横洞工区改成无轨运输方式，横洞主洞拱顶建议加高40cm。

6质量保障措施

6.1通风管理

6.1.1管理机构设置及人员编制原则

（1）专业化原则。

技术人员、通风工人等均要专业化。

（2）统一管理原则。

技术、人员、设备和材料统一管理。

（3）机构和人员以满足通风需要为原则。

6.1.2

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