隧道巷道式射流通风技术.docx

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隧道巷道式射流通风技术

3-1-31隧道巷道式射流通风技术

1前言

巷道通风技术发展

在隧道施工中，良好的洞内环境往往关系到隧道的安全施工、施工人员的身心健康，以及工程的施工进度。

施工通风是改善洞内作业环境的主要措施和方法，也是长大隧道工程进度的控制因素之一。

隧道施工通风分管道通风和巷道式通风两种。

管道通风有压入式、吸出式、混合式三种形式。

巷道式通风指有两个以上互相连通的隧洞，利用隧洞做风道的通风方式。

随着通风技术的发展，巷道式通风由矿山巷道通风发展到目前使用比较多的无风门巷道式射流通风，它是由公路隧道运营通风引入到隧道施工通风中来的，目前技术水平日渐成熟，并已达到一个较高的水平。

巷道式通风原理

矿山巷道式通风原理

当隧道施工设有辅助坑道（如平行导坑、横洞、斜井等）时，通常是借鉴矿井巷道通风的方法，利用辅助坑道来进行巷道通风，例如：

一座设有平行导坑的隧道，在平导口设置风门，另需要施作风道、风机房、安装大功率主扇风机。

如图1-1所示。

在京广复线铁路大瑶山隧道，南昆铁路米花岭隧道，侯月线云台山隧道等长大隧道中均使用这种方法。

这种方法供风量比长距离风管供风的风量大，功率省。

与无风门射流巷道式通风比较，有风门巷道式通风存在以下弊病：

①主扇风机功率大，能耗高；

②风门漏风多，约15%—30%，降低了通风效率，浪费大；

③需修建风机房、风道、风门等临时工程，增加成本；

④风门干扰交通，使进料出渣运输受干扰，影响施工进度。

巷道式射流通风原理

隧道通风的射流技术先用于公路隧道的运营通风中，在已建成的隧道中由多个射流风机组成供风系统，提供贯穿全隧的纵向风流，稀释运输和车辆排放的废气。

隧道施工通风工作者利用了射流风机的升压原理，将射流风机的正压力转化为侧压力，把风流引入另一巷道（隧道），1998年在华蓥山隧道做了射流风机替代轴流风机试验，取消了原矿山巷道通风的风机房、风道、风门。

只需安装一定数量的小直径射流风机，即可达到矿山巷道通风同样的效果。

如图1-2所示。

工艺特点

隧道无风门射流巷道式施工通风方法，与传统的矿山巷道式通风比较有以下几方面优点：

①采用多台射流风机代替轴流主风机，风管路少；

②不需设置风门（洞口附近），风向反向简单，风量用开启射流风机台数控制；

③没有风道局部阻力，风阻损失小，能耗低；

④电器设备配套简单，工艺易操作；

⑤通风量、通风阻力计算两种方法相同；

⑥减少了风门漏风，通风效果更好。

无风机房、风道，降低土建成本。

适用范围

设置辅助施工坑道或多巷道共同施工的隧道，例如：

设有平行导坑的铁路隧道、上下行分离公路隧道、设多条单线通道纵横的地下大型人防工程等，均可采用本通风方式。

2巷道式射流通风工艺

隧道施工无风门射流式通风工艺流程见图2-1。

3巷道式通风计算与风机选型及布置

计算依据

依据相关规范和标准进行风量计算。

计算主要考虑的因素和标准有：

①巷道最低风速不低于s、最大风速不大于6m/s；

②掌子面工作的柴油机车辆需要的空气量不小于3m3/、地下开挖范围内每个作业人员不小于3m3/min；

③CO含量不高于30ppm，一般控制在24pmm及以下；NO2含量不超过；H2S不超过；

④粉尘中SiO2含量不超过1mg/m3；

⑤空气中适合人呼吸的O2控制在21%左右，要求不低于20%；

⑥需风量计算跟施工方法相关。

当采用有轨运输时，控制风量为爆破时的炮烟稀释与工作面作业人员用风；当采用无轨运输时，通常为装运作业与工作面作业人员用风。

巷道式通风风量计算

经验公式计算

⑴射流通风量计算

射流通风技术引入施工通风之中，计算方法与运营通风略有不同：

N=

                                                       （3-1）

式中：

N—射流风机台数；

pc—通风阻力（Pa）；

pc=

                               （3-2）

式中：

—局部阻力系数，计算时可以忽略；

λi—隧道内不同地段沿程摩擦阻力系数，隧道在喷护后可按～取值；

                           （3-3）

式中：

δ—隧道壁粗糙度（mm）

Li——隧道内不同洞段长度（m）；

di—隧道内不同洞段水力直径（m）；

                                       （3-4）

式中：

Ar及C分别为隧道面积（m2）和周长（m）

Vi—隧道内所需满足的风速（m/s）；

ρ—空气容重（kg/m3），取。

pj—射流风机推力（Pa）。

pj=

                                      （3-5）

式中：

K—喷流系数取；

Vj—射流风机出口风速（m/s）；

φ——面积比；  

φ=

                                               （3-6）

式中：

Fj—射流风机的出口面积（m2）；

Fs—隧道横断面积（m2）。

—速度比。

                                              （3-7）

式中：

VS—隧道内风速（m/s）；

⑵轴流风机通风量计算

采用巷道式通风，掌子面通风距离不会大于1000m，一般小于800m，当大于这个距离时，风机必须前移，因为横向施工通道距离通常控制在500～600m，故此掌子面通风量不必计算，直接按经验选择风机即可。

一般选择2×55kw～2×135kw足够，且宜选择多速风机，即钻孔作业时开低档；爆破出碴时开高档；其它情况可开中档。

经验法确定

射流通风所需台数，一般计算只能作为参考，通常按经验进行布置。

其所需风机数量与断面大小、通风要求、通风距离、工序安排相关。

巷道式通风可安排多工序平行作业，即进出风洞均可安排工序。

断面小于50m2及以下，进风洞可按1000～1200m布置一台；出风洞可按500～800m布置一台，其洞内平均风速可达～s。

断面在50～150m2时，进风洞按500～800m布置一台；出风洞可按300～500m布置一台，其洞内风速可达～s。

当平均风速要求高于s时，可以缩短射流风机间距，其实际间距通过现场试验确定。

风机数量按上述原则进行布置即可。

风机、风管选型

风机选型

选择风机原则上应该综合考虑：

噪声低、风量大、风压大、电能消耗低、重量轻、成本相对低。

具体选择时主要应该考虑其风量、风压、节能以及可实现变速控制。

射流风机应该考虑其升压和最大风速等技术指标，原则选择出风口平均风速度不低于30m/s。

风管选型

风管选择应该考虑经久耐用，管节要长且连接方便。

根据经验螺旋形风管比较符合风在风管的流动原理，可减少风阻、风流通畅。

风管一般长度20～40m，管节间用拉链连接较方便。

风管选择在修补时可以使用热风焊接的材料。

风机布置与安装

射流风机布置

⑴进风洞射流风机布置

进风洞风机数量原则上相对于出风洞风机要少得多，风机数量必须考虑进风洞的长度和工作量。

当进风洞只是进风需要且在横向通道都全部封堵的情况下，则射流风机可在轴流风机后方布置1～2台即可；若进风洞长于3000m或有其它多工序作业时，则应该在其后方按1台/km增加风机。

风机一般布置在隧道（洞）的一侧，离地约2m高，当风机重量或体积较小时可布置在隧道（洞）的顶部。

注意在横向通道附近布置风机时，风机宜靠洞口方向布置且离横向通道中线一般在10～15m左右，具体合适位置应根据通道是否串风来调整1～2次即可满足。

⑵出风洞射流风机布置

出风洞原则上按500～800m布置1台风机，当通风距离大于5000m时，宜500～600m布置一台，当洞身大于8000m时应该缩短至300～500m布置一台风机。

风机位置布置同进风洞。

⑶射流风机摆放注意事项

①射流风机应安放在风机托架上，风机托架应结实牢固，距地面和侧壁的距离不小于。

②风机摆放应牢固不能晃动，方向应与巷道轴线基本平行，夹角应小于3º。

③应设专人看守，在值班工程师的指导下操作风机，无关人员不得随意启闭风机。

④定期对风机的机械部分和电气部分进行检修养护，一般以三个月为一个周期，特殊情况下可缩短周期。

轴流风机布置

⑴风管弯头选择

因位于掌子面第一个横通道后方的其中1台轴流风机要穿过横向通道，主风管要经过两道转弯后才能到达另一隧道（洞）的掌子面，为此必须通过弯管变向才能实现。

根据多个工程经验，当横向通道与正线夹角合适时可使用软弯管，否则一般使用硬弯管。

软弯管材料同风管材料，不过管壁稍厚，而硬风管只能用铁皮弯制。

但无论如何，弯管制作时一定要尽量考虑较大的弯管半径，这样有利于通风。

⑵风管到掌子面的最佳距离确定

风管口到掌子面的最佳距离L必须满足设计要求。

一般10～15m2的巷道（如平导等）L=10～15m；30～50m2的巷道（单线铁路隧道等）L=20～30m；70～100m2的巷道（双线铁路隧道、公路隧道等）L=30～50m。

⑶轴流风机与风管的安装

1）轴流风机安装

轴流风机安装在紧靠隧道（洞）掌子面的第一个横通道后方约80～100m位置，原则上左右隧道（洞）交替布置，但也可以在同一隧道（洞）内布置；若是单一的平行导坑，在正常情况下因其远超前正洞掌子面开挖，故轴流风机将一直设置在平导内且根据需要移动轴流风机的位置。

2）风管安装

风管宜从隧道（洞）顶通过，但为了安装方便通常置于一侧，其安装高度以便于维修方便及洞内车辆不至于碰到为原则，通常高于5m及以上位置。

风管安装用吊环钩挂在预先铺设好的铁丝上，铁丝铺设要平直牢固且与洞线平行。

巷道式射流通风平面布置实例参考图

图3-1为独头通风距离8500m时的两条相互平行的某隧道巷道式通风布置图。

4通风辅助系统

通风供电系统

射流风机功率较小的20～30kw，较大的75kw，一般在其附近100～600m左右必须有变压器供电，变压器容量必须根据照明与结合其它用电设备统一考虑，常配置315KVA、500KVA、630KVA几种。

风门设置

巷道式射流通风不在主洞口附近设置风门，但所有横向通道必须设置风门，有时也根据进风巷道的工序安排需要，少量通道不封堵。

风门封堵采用工字钢或其它型钢结合使用木板或竹制材料进行封堵，并有足够的刚度要求。

风门要尽量封堵严密，对预留进人洞要设置活动小风门或门帘，以减少污浊空气混入新鲜空气中及减少漏风率。

检查与维护系统

必须设置专人经常性对通风系统进行检查与维护，工作内容包括风机使用正常与否、风机摆放位置正确与否、风管漏风情况、控制柜、供电线路、变压器负荷、风机噪声检查、风速是否在正常范围等等。

5风机运转控制

轴流风机的分级供风控制

一般都选用多级变频风机，当掌子面仅钻孔作业时，可开低速档；当爆破后出碴期间开高速档；在钻孔与掌子面后方喷护作业时可开中速档。

射流风机供风控制

风机在爆破出碴期间可全部开启；仅钻孔作业时可关闭一半风机；钻孔过程中当其它工序同时作业时可少关。

总的原则要保证巷道的回风速度不低于规范的要求和需要的最小风量控制要求。

6通风质量控制要点

风机、风管的安装质量控制

①压入通风机应摆设在新鲜风流中，四周无障碍物。

②风机安装应牢固，风机与风管的连接应密封，如果截面变化过于剧烈可以制作铁皮接头避免增大阻力。

③定期对风机的机械部分和电气部分进行检修养护，一般以三个月为一个周期，特殊情况下可缩短周期。

④应保证接头的密封，注意使风向与风管上标注的风向箭头保持一致。

⑤风管吊挂应平、直、顺。

⑥破损的风管应及时拆换、修补，尤其是靠近风机段的风管严禁出现漏洞，应能保证管路的漏风在20%以下。

施工中可先将新风管用在靠近风机段，出现破损更换下来修补后用于中段，确实无法修补的可以用在靠近工作面的部位。

污染源控制

减少污染源是搞好通风质量控制的关键。

一是运输设备选型时尽量考虑低污染车辆；二是在装碴等待时间内尽量不开发动机；三是运输车辆尽量均匀拉开距离，保证在洞内同时通行的重车不宜过多；四是爆破后采取降尘措施。

通风效果的检查与风机状态的监测

①应定期对通风效果进行监测检查，尤其是变换通风方案后，以确保通风效果达到设计要求并符合劳动卫生标准。

②通风效果检测常指风速、有害气体等，风压很少检测。

风速检测在断面不同位置都应该有检测点，并注意风门处风速测试，做好通风效果监测数据记录，整理后可用来进行效果分析。

③风机性能监测设备每台风机配备一套，由风机司机定时观测记录。

瓦斯隧道施工中还需注意的问题

①洞外主风机应安装在距洞口30m以外，进风口应在新鲜风流中，并由专人值守。

②在施工期间，风机应有双电源，以保持连续通风。

特殊情况下停风时，必须同时停止工作，撤出人员，切断一切电源。

③局部通风机应安装在新鲜风流中，进风口瓦斯浓度不得大于%，并安装风电闭锁设备。

7机具设备

项目名称

机具设备

型号参数

备注

通风设备

射流风机

PAG叶片

数量根据设计计算确定，需有备用，瓦斯隧道需防爆。

局部通风机

低噪、节能隧道专用风机变极双速风机

辅助通风设备

引射器、水幕降尘器等

螺旋通风软管

拉链接头、低漏风率，节长10～40m

瓦斯隧道需“双抗”

辅材

吊挂风管材料

铁丝、短钢筋、膨胀螺栓等

小工具

冲击钻、钢丝钳、扳手等

修补风管材料

拉链、风管布材、焊接工具

通风系统

监测

风机性能监测

可采用U型压力计、风速仪

通风效果监测

风速计、有害气体监测计

主要机具设备与材料见表7-1。

表7-1   施工通风主要机具设备表

8通风管理与操作及劳动力配置

①设置通风管理工班，最好是专业的通风队伍。

负责通风系统中各种设备材料的管理和检修，并进行相应的通风测试和反馈；全面推行全面质量管理制度，人人爱护通风设备与管道。

②风机、风管应有备用，风机安装位置应开阔、无污风，与风管的连接应密封、变断面应平缓。

③风机配电系统的线路布设应合理、清晰，便于维修更换。

开启、关闭风机应由风机司机严格按照规程操作，及时观察记录风机监测设备，其他无关人员禁止启闭风机。

④通风管路应按照设计布设，吊挂应平、直、顺，无急弯，无破损。

通风工班人员应经常巡查，及时更换修补破损风管，检查风管是否有被堵、挤压变形的情况并及时处理。

⑤人员数量根据隧道施工规模确定，除专业技术人员和电工外，通风工大概15人左右，其中通风机司机2～3人，分早、中、晚三班，昼夜值班。

通风施工劳动组织人员配置见表8-1。

9主要安全措施

风机操作安全注意事项

①安装风机宜用起重设备，当隧道（洞）内条件有限时可使用装载设备配合安装。

②安装位置不影响交通运输，以防车辆行驶过程中碰撞风机。

③风机必须安放在隧道（洞）安全和视线开阔及断面稍宽的位置。

④风机的启动电流较大，在其附近有其它用电设备时，注意开启顺序，以确保其它供电设施的安全。

风管挂拆安全注意事项

①注意洞壁是否稳定、是否有安全隐患，若有必须先排除后安装。

②高度大于3m时要用人字梯或升降设备进行风管安装。

③高空作业拴安装带。

④洞内动力线、照明线不得安装在风管同一侧。

⑤风管出风口随掘进及时延伸，爆破时做好保护，防止风管损坏。

⑥通风管上不允许加挂重物，风管周围不堆放尖锐物体。

⑦隧道贯通后分节拆除风管，对每节进行检查修补，入库妥善保管。

工种

人数

职责

技术人员

2～3

全面技术管理，根据通风效果及时修正通风设计

工班长

2～3

协助技术人员工作，负责劳动力安排

通风工

6～9

负责通风系统中各种设备材料的管理和检修

风机司机

2～3

负责通风机的操作和记录

辅助工

2

修补更换下来的旧风管、进行通风效果的测试等

电工

2

通风系统的电气部分的维修、安拆

合计

16～22

表8-1   通风施工劳动组织人员表

用电安全注意事项  

①控制柜等必须设置于干燥环境，并离地用托架放稳。

②变压器按隧道（洞）用电要求设置。

③通往风机的电线通常要跨越隧道（洞），因此要求敷设稳定，其离地高度按隧道（洞）安全用电相关要求执行。

其它事项

①遵守隧道施工规范、特别是瓦斯隧道技术规程的要求。

②开展有害气检测和通风效果测定，及时反馈信息，根据测试结果改变通风方式，或加强通风管理，减少漏风。

③瓦斯隧道施工中，必须做到先通风，瓦斯浓度达到标准以下后才允许进洞作业。

④排放瓦斯时，必须严格按照要求开启变极多速风机的速度选择，以保证瓦斯排放的安全。

10工程实例

⑴工程实例一：

广（安）～渝（重庆）高速公路华蓥山隧道（东口），双孔，断面70m2，全长4700m。

东口：

6台30kw射流风机、2台轴流风机2×37kw，风管φ130mm。

⑵工程实例二：

重庆忠（县）～石（柱）高速公路方斗山隧道，双孔，断面70m2，全长7000m。

进口：

4台75kw射流风机、2台轴流风机2×37kw，风管φ130mm。

⑶工程实例三；锦屏水电枢纽工程辅助洞，A、B线，线间距35m，隧道断面34～55m2，A、B线长均为。

辅助洞西端无轨运输，独头通风8500m（正在施工，可能突破9800m），采用无风门巷道式与轴流混合式通风方案。

射流风机17台75kw、2×110kw和2×135kw轴流风机供掌子面通风，风管直径，螺旋风管，管节长20m。

通风效果：

平均回风速度～s，CO平均在12～30ppm，两洞同时出碴能见度60～80m，掌子面爆破10min后可达到出碴条件，出碴完成后20～30min掌子面200m范围空气清晰。

噪音80～100dB。

同时进风洞安排系统支护、路面与衬砌砼施工，并在出风的洞内安排锚杆与二次衬砌施工。

采用专业通风班组管理，8500m时施工通风操作人员达到15人。

⑷关键图片

图10-1～10-4为锦屏水电站辅助洞洞内通风典型图片。