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桐梓隧道专项通风方案

兰州至海口国家高速重庆至遵义段（贵州境）扩容工程

YK34+530～YK40+546

桐梓隧道

通风专项设计方案

贵州省公路工程集团有限公司

重遵扩容项目T7合同段项目经理部

桐梓隧道（进口端）专项通风设计方案

一、工程概况

兰海高速公路重庆至遵义段（贵州境）扩容工程CZTJ-7合同段，起点位于桐梓县大河镇开肩堡大桥桥尾，桐梓隧道右洞YK34+530~YK40+546，全长6.016Km，左洞ZK34+508~ZK40+510，全长6.002Km，1#斜井1448m，排风道长178.88m，斜井全长1626.88m；2#斜井1499m，排风道长117.25m，斜井全长1616.25m。

其中ZK39+890～ZK40+090段，长200m，顶板埋深469～518m；YK39+970～YK40+210段，长240m，顶板埋深464～498m，本段隧道穿过高瓦斯煤系地层段，为高瓦斯工区，隧道开挖过程中极易产生瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等灾害。

绝对瓦斯涌出量为1.37～7.17m3/min，瓦斯压力最大达到1.5MPa。

二、作业工区划分

桐梓隧道进口端分两个作业工区，第一作业工区范围：

主洞左洞ZK34+508～ZK37+545（3037m），右洞YK34+530～YK37+665（3135m）。

第二作业工区范围：

1#斜井1626.88m，2#斜井1616.25m；正洞：

主洞左洞ZK37+545～ZK40+510（2965m）；右洞YK37+665～YK40+546（2881m）。

各工区掘进长度列表如下表：

桐梓隧道进口端工区划分表

隧道名称

作业工区划分

范围

长度（m）

备注

桐梓隧道

第一作业工区

ZK34+508～ZK37+540

3037

非瓦斯

YK34+530～YK37+665

3135

非瓦斯

第二作业工区

ZK37+540～ZK40+510

2965

高瓦斯

YK37+665～YK40+546

2881

高瓦斯

1#斜井

1626.88

高瓦斯

2#斜井

1616.25

高瓦斯

三、总体施工组织安排

桐梓隧道（进口端）分两个作业工区进行掘进。

主洞进口端为第一作业工区；斜井端为第二作业工区。

第一作业工区：

由进口向遵义端独头掘进，左洞掘进至1#斜井与主洞交叉口起点（ZK37+545）位置，并与第二作业工区贯通，掘进长度3037m；右洞掘进至6#人行横洞（YK37+665）位置，并与第二作业工区贯通，掘进长度3135m。

第二作业工区施工组织安排如下：

1、由1#、2#斜井向主洞方向独头掘进。

2、1#斜井掘进至送、排风道与右洞交叉位置（即变坡点）停止掘进，掘进长度1581.08m，剩余送、排风道段（长度45.8m）待1#斜井与左洞交叉段施工完毕后，从左洞反向剥皮施工掘进至贯通。

3、2#掘进至与主洞右洞贯通，掘进长度1616.25m，利用送风道作为施工通道，右洞分两头掘进，向进口端方向掘进至YK37+665处6#人行横洞位置，掘进长度35m，另一头向出口方向掘进至合同段结束，掘进长度2881m。

4、6#人行横洞加大为车行横洞作为左洞施工通道，由右洞向左洞掘进6#横洞至与左洞贯通，掘进长度40.43m；左洞在6#横洞处分别向进出口两个方向掘进，往进口端方向掘进至1#斜井与主洞交叉起点ZK37+545位置，掘进长度120m，往出口端方向掘进至合同段结束，掘进长度2965m。

四、技术难点

1、长距离通风是桐梓隧道工程的技术难点，特别是斜井端左洞最长通风距离为4592m。

2、瓦斯涌出量大、瓦斯压力大是施工通风解决的重点，绝对瓦斯涌出量为1.37～7.17m3/min，瓦斯压力最大达到1.5MPa。

3、通风管理时关键，是重点也是难点，合理的通风管理制度尤为重要。

内燃作业，无轨运输，要想达到安全、快速施工，须从通风方案，通风设备，通风管理三方面着手，如果计算风量准确、通风方式先进。

又采用了当前国内先进设备；新型叶片风机、高效率、节能风机。

气密性好的螺旋风管。

再加严格的通风管理，将总漏风率控制在50％之内，使平均百米漏风率1.5%左右，长距离施工通风困难是能够克服的，瓦斯隧道施工是安全的。

五、设计依据

1、《贵州省高速公路瓦斯隧道设计技术指南》JTT52/03-2014；

2、《煤矿安全规程》（2016版）；

3、《公路隧道施工技术规范》F60-2009；

4、《公路工程施工安全技术规范》（JTGF90-2015）；

5、《公路隧道通风设计细则》D70/2-02-2014；

6、《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）；

7、兰州至海口国家高速重庆至遵义（贵州境）扩容工程T-7标段桐梓隧道两阶段施工设计图；

8、兰州至海口国家高速重庆至遵义（贵州境）扩容工程T-7标段实施性施工组织设计；

9、《铁路隧道工程施工安全技术规程》TB10304-2009；

10、《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）；

11、桐梓隧道施工组织设计

六、通风设计标准

1、设计计算采用的劳卫标准：

①一氧化碳最高允许浓度30mg/m3。

②二氧化碳不得大于0.5%（按体积计）。

③氮氧化物为5mg/m3以下。

④洞内最高平均温度不大于28℃。

⑤洞内噪音不得大于90dB（A）。

⑥洞内最小排尘风速不得小于0.5m/s。

⑦粉尘浓度小于2mg/m3（含有10%以上游离SiO2的粉尘）,水泥尘小于6mg/m3（含有10%以下游离SiO2水泥粉尘）。

⑨瓦斯浓度小于0.5%。

2、通风设计参数取值标准：

①爆破后掌子面20m回风流中瓦斯浓度小于0.5%；

②最小需风量每人不小于4m3/min；

③最小风速不小于0.25m/s；

④瓦斯浓度小于0.5%。

七、通风方案

1、主洞进口端通风

主洞进口向遵义方向独头掘进，设计采用压入式通风。

主洞左洞通风长度3037m，主洞右洞通风长度3135m。

在隧道主洞左右洞洞口各设置1台轴流风机进行压入式通风，风机距离洞口不小于20m。

2、斜井端通风

桐梓隧道斜井端施工通风分四个阶段通风：

第一阶段通风：

1#、2#斜井独头掘进，斜井与主洞未贯通，1#斜井掘进至风道与右洞交叉处，2#斜井掘进至斜井与主洞右洞交叉口位置，设计采用压入式通风。

通风长度1#斜井1581.08m，2#斜井1616.25m，在斜井交叉口处采用三通连接分别向送、排风道作业面送风。

在1#、2#斜井隧道洞口各设置1台轴流风机进行压入式通风，风机距离洞口不小于20m。

第二阶段通风：

2#斜井进入主洞后，右洞向进口端和出口端两个方向掘进，向进口端掘进至YK37+665处6号人行横洞位置，掘进长度35m。

6号人行横洞加大为车行横洞向左洞掘进，利用6号横洞作为施工通道进入左洞施工。

左洞分别向进口端和出口端两个方向掘进，向进口端掘进至1#斜井与主洞交叉的2#交叉口起点ZK37+545位置，掘进长度120m。

在1#斜井与主洞交叉位置通过主洞反向剥皮施工，施工完1#斜井送、排风道剩余部分45.8m直至1#斜井贯通。

采用压入式通风，通风长度左洞1860m，右洞1980m。

在2#斜井洞口设置2台轴流风机进行送风，风机距离洞口不小于20m，1台负责左洞施工通风，1台负责右洞施工通风，向两端掘进时采用三通风管分别向两端掌子面送风，在6#人行横洞与主洞右洞交叉处和2#斜井与右洞交叉处各安设1台射流风机，帮助和引导污风的排放。

利用2#斜井作为回风道。

此阶段施工至1#斜井与主洞贯通，贯通前左洞使用2#斜井作为回风道，贯通后使用1#斜井作为回风道。

第三阶段通风：

1#斜井与主洞左洞贯通后，左右洞掌子面向出口端掘进，施工至主洞进口端第一作业工区与斜井端贯通，但未进入瓦斯段施工，即进入第三阶段通风。

通风采用压入式通风，通风长度右洞3243m，左洞3226m。

在1#、2#斜井洞口各设置1台轴流风机进行压入式通风，风机距离洞口不小于20m，1#斜井负责左洞施工通风及回风，2#斜井负责右洞施工通风及回风。

在1#斜井与主洞左洞交叉口位置及2#斜井与主洞右洞交叉口位置个设置1台射流风机，共计4台，帮助和引导污风的排放，1#斜井作为左洞回风道，2#斜井作为右洞回风道。

注：

根据施工进度编排，当主洞进口与斜井贯通时，第二作业工区右洞掌子面掘进至YK39+357，左洞施工至ZK39+200，右洞距瓦斯段开始YK39+970相距613m（后附工期斜率图）。

第四阶段通风：

主洞进口端与斜井端贯通，左右洞掌子面向出口端掘进，经过瓦斯段施工直至合同段结束，即第四阶段通风。

本阶段通风第二作业工区为高瓦斯工区，通风采用巷道式通风。

将第三阶段斜井洞口风机移至进口端主洞洞内，在左右洞洞内各设置2台轴流风机从主洞送入新鲜空气，1台使用1台备用，污风分别从1#、2#斜井排出洞外。

在左洞ZK37+545位置及右洞YK37+665位置设风门，保证瓦斯段施工时回风不进入第一作业工区非瓦斯工区，风机设置距风门50m。

即左洞风机安设在1#斜井与主洞交叉口起点（ZK37+545）位置前50m，左洞瓦斯段通风长度2545m，左洞新鲜空气由左洞进入，污风由1#斜井排出；右洞风机安设在6#人行横洞（YK37+665）位置前50m，右洞瓦斯段通风长度2555m，新鲜空气由右洞进入，污风由2#斜井排出。

在斜井与主洞交叉处各安设1台防爆型射流风机。

6#人行横洞在左洞段采用风门封闭，防止左洞污风进入右洞，保证左右洞各自形成独立通风系统。

在1#斜井、2#斜井井底起点位置设置风道隔离板，保证回风的污风不进入第一作业工区（非瓦斯工区）。

采用5mm厚的铁板进行封闭，封闭高度为拱顶下3.5m，与洞身纵向60度角相交，在风道隔离板处加设局扇防止瓦斯积聚。

本阶段回风段距离长，根据实际情况在斜井洞身段加设45KW射流风机，加快污风排放风速。

在拱顶下3.5m位置二衬两侧预埋1.4cm厚20cm*20cm钢板，采用I10工字钢横梁两端焊于二衬预埋钢板上，横向用4cm宽厚8mm的扁钢连接工字钢横梁；环向用4cm宽厚8mm的扁钢并用膨胀螺栓固定在二衬混凝土面上，扁钢与二衬混凝土间缝隙进行堵塞，防止回风污风串流到主洞进口作业工区，钢板与扁钢间采用满焊密封，局部采用密封胶封闭。

风道隔离板示意图

风机设置在距风门前50m位置，风机与风门间风管采用3mm铁板卷制加工，端头超出风门1m距离，铁板卷制风管一段与风机相连，另一端与洞内常用送风管相连，铁皮卷制风管与风机采用软连接。

铁皮卷制风管下端采用14工字钢支架支撑，每10m一道。

风机电源使用主洞进口端电源，发电机及原有10KV农网作为备用电源。

洞内风机布置示意图

八、施工通风设计

1、通风设计主要参数确定

1）巷道通风长度或临界长度L，临界长度L取值200m；

2）开挖面积S，按不同施工阶段断面尺寸和作业面多少计；

3）洞内最多工作人数，按不同施工阶段断面尺寸和作业面多少计；

4）风管直径φ2000mm风管

5）每一工作人员所需新鲜空气Qn=4m3/min

6）管道百米漏风率β=1.5%；漏风率p根据通风长度计算；

7）空气密度ρkg/m3=1.2

8）一次爆破耗药量约G，

9）爆破后通风排烟时间：

t=30min

10）各内燃机功率（kW），1台ZL50型装载机功率162kw，1台小松PC220挖掘机功率110kw，出碴车功率55kw，机械数量根据不同施工阶段确定，取机械设备的平均利用率为70%。

2、施工通风计算

（1）风量计算

1）计算公式

风量计算按压入式通风考虑，确定工作面需风量，需计算出稀释炮烟所需空气量Q1，满足洞内工作人员呼吸所需空气量Q2，满足洞内最小风速所需空气量Q3，稀释内燃机械废气所需空气量Q4，按瓦斯涌出量计算需风量Q5，取其最大者即为压入式通风系统出风口的所需风量Q需。

①按炸药量计算工作面风量

Q1=7.8/t×3√[G（A×L）2]

式中：

G-一次爆破耗药量

A-开挖断面积

L-通风临界长度（m）,以各通风阶段实际最大长度计算。

t-排烟时间30min。

②按照隧道内的最多工作人数计算风量

《隧道施工规范》规定：

每人供应新鲜空气为4m3/min,则Q=4NK

式中：

Q---工作面风量，m3/min；

N---隧道内最多人数；

K--风量备用系数取1.25，

③按照允许最低风速计算风量

《隧道施工规范》规定：

风速在全断面开挖时不小于0.15m/s,坑道内不小于0.25m/s，但均应不大于6m/s，则Q=vA

式中：

Q---工作面风量，m3/min；

V---允许最低风速，本隧道按0.25m/s考虑；

A---掘进隧道的断面积。

④按照掌子面稀释和排出内燃机废气计算供风量

使用内燃机动力设备时，隧道的通风量应足够将设备所排出的废气全部稀释和排除，使隧道内各主要作业地点空气中有毒和有害气体的浓度降至允许浓度以下。

根据工程中同时运行的内燃设备总功率，并考虑机械的负荷率和时间利用率，及按柴油机额定功率系数法计算。

稀释内燃设备废弃所需的总风量为Q=P×q×∑N

式中：

P—修正系数，取0.7

q—每Kw需风量，取4.5m3/min；

N—各内燃机功率（kW）；

ΣN---洞内同时作业的内燃设备的总功率，kw；

Q---洞内内燃设备废气所需要的总风量，m3/min；

⑤按瓦斯涌出量计算需风量

Q5=100×q×K/（n-n0）

q—瓦斯绝对涌出量（7.17m3/min）；

K—瓦斯涌出不均衡系数，介于1.5～2，取值1.5；

n—隧道内最大允许瓦斯含量的百分数0.5；

n0—进风中瓦斯含量的百分数，取值0。

根据上述五种计算方法，采用工作面风量取最大值来确定工作面的供风量，根据上列计算满足回风风速最大值，取其为隧道工作面所需新鲜风量。

考虑风管漏风，则风机提供的风量应分别为：

Q机=Q需/（1-β）L/100

2）计算结果

①主洞进口端

主洞进口端施工共计左、右洞两个作业面，均采用独头掘进，压入式通风。

主洞进口右洞通风长度3135m，通风临界长度335m；左洞通风长度3037m，通风临界长345m。

按上下台阶法开挖最大断面面积120m2，需风量计算结果如下表：

主洞左、右洞需风量计算表

计算项目

计算公式

系数说明

计算结果

右洞

左洞

最大炸药爆破量所需风量（m3/min）

Q1=7.8/t×3√[G（A×L）2]

t—通风时间30min

G—同一时间爆破耗药量，360kg

A—断面面积120m2

L—临界长度m，L=200m

1539

洞内同时工作最多人数所需风量（m3/min）

Q2=4NK

N—同时工作人数，按80人计算

K—风量备用系数，取1.25

400

洞内施工机械最多时内燃设备功率计算风量（m3/min）

Q3=P×q×∑N

P—修正系数，取0.7

q—每Kw需风量，取4.5m3/min

N—各内燃机功率（kW），2台ZL50台装载机，1台小松PC220挖掘机，2辆出碴车，∑N=544kW。

1714

最小风速所需风量（m3/min）

Q4=VA

V—洞内允许最低风速，取0.25m/s

A—隧道断面面积120m2

1800

漏风系数

P=1/（1-β）L/100

β—通风损失，取1.5%

L—通风区段长度右洞3135m，左洞3037m。

1.89

1.84

风机供风量（m3/min）

Q供=QmaxP

P—百米漏风率

3402

3312

②斜井口端

斜井端施工分1#、2#斜井两个作业面进行掘进，斜井进入主洞后由两个作业面变为三个作业面在变为两个作业面向出口端掘进，根据施工进度的通风要求，施工通风分四个阶段：

第一阶段通风：

1#、2#斜井向主洞方向独头掘进，1#斜井通风长度1581m，断面面积84m2；2#斜井通风长度1616m,断面面积120m2。

斜井按全断面开挖计算断面面积，需风量计算结果如下表：

斜井端第一阶段需风量计算表

计算项目

计算公式

系数说明

计算结果

1#斜井

2#斜井

最大炸药爆破量所需风量（m3/min）

Q1=7.8/t×3√[G（A×L）2]

t—通风时间30min

G——同一时间爆破耗药量，1#斜井84kg，2#斜井360kg

A—断面面积1#斜井84m2，2#斜井120m2

L—临界长度m，L=200m

746

1539

洞内同时工作最多人数所需风量（m3/min）

Q2=4NK

N—同时工作人数，按60人计算

K—风量备用系数，取1.25

300

洞内施工机械最多时内燃设备功率计算风量（m3/min）

Q3=P×q×∑N

P—修正系数，取0.7

q—每Kw需风量，取4.5m3/min

N—各内燃机功率（kW），1台ZL50台装载机，1台小松PC220挖掘机，2辆出碴车，∑N=382kW。

1203

最小风速所需风量（m3/min）

Q4=VA

V—洞内允许最低风速，取0.25m/s

A—断面面积1#斜井84m2，2#斜井120m2

1260

1800

漏风系数

P=1/（1-β）L/100

β—通风损失，取1.5%

L—通风区段长度1#斜井1581m，2#斜井1616m。

1.31

1.32

风机供风量（m3/min）

Q供=QmaxP

P—百米漏风率

1981

2519

第二阶段通风：

2#斜井与主洞贯通，1#斜井进入贯通段施工，左洞向两头掘进，左洞通风长度1860m，主洞与斜井断面面积总计144m2;右洞通风长度1980m,断面面积120m2。

左洞主洞按三台阶开挖，1#斜井风道全断面开挖；右洞按上下台阶开挖计算断面面积，需风量计算结果如下表：

斜井端第二阶段需风量计算表

计算项目

计算公式

系数说明

计算结果

右洞

左洞

最大炸药爆破量所需风量（m3/min）

Q1=7.8/t×3√[G（A×L）2]

t—通风时间30min

G——同一时间爆破耗药量，左洞346kg（进尺2.4m），右洞288kg（进尺2.4m）

A—断面面积左洞144m2，右洞120m2

L—临界长度m，L=200m

1715

1429

洞内同时工作最多人数所需风量（m3/min）

Q2=4NK

N—同时工作人数，左洞按100人，右洞按80人计算

K—风量备用系数，取1.25

400

500

洞内施工机械最多时内燃设备功率计算风量（m3/min）

Q3=P×q×∑N

P—修正系数，取0.7

q—每Kw需风量，取4.5m3/min

N—各内燃机功率（kW），1台ZL50台装载机，小松PC220挖掘机1台，2辆出碴车，∑N=382kW。

1203

最小风速所需风量（m3/min）

Q4=VA

V—洞内允许最低风速，取0.25m/s

A—断面面积右洞120m2，左洞144m2

1800

2160

漏风系数

P=1/（1-β）L/100

β—通风损失，取1.5%

L—通风区段长度右洞1980m，左洞1860m

1.42

1.39

风机供风量（m3/min）

Q供=QmaxP

P—百米漏风率

2256

3002

第三阶段通风：

1#斜井与主洞贯通，左、右洞单向向出口端掘进，且施工为进入瓦斯段，斜井端与进口端主洞贯通。

右洞通风长度3243m，断面面积120m2;左洞通风长度3226m,断面面积120m2。

右洞按上下台阶开挖计算断面面积，需风量计算结果如下表：

斜井端第三阶段需风量计算表

计算项目

计算公式

系数说明

计算结果

右洞

左洞

最大炸药爆破量所需风量（m3/min）

Q1=7.8/t×3√[G（A×L）2]

t—通风时间30min

G——同一时间爆破耗药量，右洞360kg（进尺3m），右洞360kg（进尺3m）

A—断面面积均为120m2

L—临界长度m，L=200m

1539

洞内同时工作最多人数所需风量（m3/min）

Q2=4NK

N—同时工作人数，左右洞均按80人计算

K—风量备用系数，取1.25

400

洞内施工机械最多时内燃设备功率计算风量（m3/min）

Q3=P×q×∑N

P—修正系数，取0.7

q—每Kw需风量，取4.5m3/min

N—各内燃机功率（kW），2台ZL50台装载机，1台小松PC220挖掘机，2辆出碴车，∑N=544kW。

1714

最小风速所需风量（m3/min）

Q4=VA

V—洞内允许最低风速，取0.25m/s

A—断面面积右洞106m2，左洞106m2

1800

漏风系数

P=1/（1-β）L/100

β—通风损失，取1.5%

L—通风区段长度右洞3243m，左洞3226m

1.95

1.94

风机供风量（m3/min）

Q供=QmaxP

P—百米漏风率

3510

3492

第四阶段通风：

主洞进口端与斜井端贯通，左、右洞单向向出口端掘进，施工进入瓦斯直至合同段结束。

风机移至主洞洞内，右洞通风长度2881m，断面面积120m2;左洞通风长度2965m,断面面积120m2。

该段需风量最大为瓦斯段瓦斯浓度稀释，左洞瓦斯段结束最大通风长度为2545m，右洞瓦斯段结束最大通风长度为2555m，右洞按上下台阶开挖计算断面面积，需风量计算结果如下表：

斜井端第四阶段需风量计算表

计算项目

计算公式

系数说明

计算结果

右洞

左洞

最大炸药爆破量所需风量（m3/min）

Q1=7.8/t×3√[G（A×L）2]

t—通风时间30min

G——同一时间爆破耗药量，右洞360kg（进尺3m），右洞360kg（进尺3m）

A—断面面积均为120m2；L—临界长L=200m

1539

洞内同时工作最多人数所需风量（m3/min）

Q2=4NK

N—同时工作人数，左右洞均按80人计算

K—风量备用系数，取1.25

400

洞内施工机械最多时内燃设备功率计算风量（m3/min）

Q3=P×q×∑N

P—修正系数，取0.7

q—每Kw需风量，取4.5m3/min

N—各内燃机功率（kW），2台ZL50台装载机，1台小松PC220挖掘机，2辆出碴车，∑N=544kW。

1714

最小风速所需风量（m3/min）

Q4=VA

V—洞内允许最低风速，取0.25m/s

A—断面面积右洞120m2，左洞120m2

1800

瓦斯涌出需风量

Q=100×q×K/（n-n0）

q—瓦斯绝对涌出量（7.17m3/min）、K—瓦斯涌出不均衡系数，介于1.5～2，取值1.5、

n—隧道内最大允许瓦斯含量的百分数0.5%、n0—进风中瓦斯含量的百分数，取值0。

2151

漏风系数

P=1/（1-β）L/100

β—通风损失，取1.5%；

L—通风区段长度右洞2555m，左洞2545m

1.62

风机供风量（m3/min）

Q供=QmaxP

P—百米漏风率

3485

全阶段隧道通风最低风速不小于0.25m/s，对于瓦斯易于积聚处，采用局扇实施局部通风，风速不小于1m/s。

本隧道本阶段按通风最低风速不小于0.25m/s计算，对于塌腔、衬砌

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