特长隧道高压供风计算书.docx
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特长隧道高压供风计算书
特长隧道高压供风
详细计算书
一、特长隧道高压供风存在的问题
隧道为特长隧道，单端掘进，双向六车道，左、右线分离布设，左线长4011m；右线长3880m。
高压风是风动凿岩机的动力,对于特长隧道,如何合理地配置高压供风系统,显得尤为重要。
产生这种现象的原因,主要有四个方
面的问题:
（1）隧道长度的不断增加,管道漏风系数增大,使供风量减小,工作面动态风压不足;
（2）管道安装不平顺,阻力增大,压力损失增多;
（3）设计空压站总供风量不够,随隧道延伸,漏风量增大,动态供风量和压力不足就体现出来;
（4）风管直径选择偏大或偏小,直径偏大会使经济损失加大,直径偏小会使供风阻力增加,流量减小,动态压力达不到要求;
二、总耗风量计算
1．根据施工经验，Ⅴ级和Ⅳ级围岩分别采用双侧壁导坑法和上下台阶留核心土法，高峰期同时使用凿岩机数量为10台；Ⅲ级围岩采用半断面开挖法，高峰期同时使用的凿岩机数量为18台，Ⅱ级围岩采用半断面开挖法，高峰期同时使用的凿岩机数量为25台。
实际施工中一般喷砼与钻孔不同时进行,因此不计算砼喷射机用风量,只计算风钻最大耗风量，即凿岩机钻孔高峰期同时开钻台数。
2．由《公路隧道施工技术规范》第十一章“风水电作业和通风防尘”可知空气压缩机生产能力Q计算公式如下：
Q=（1+K备）（ΣqK+q漏）·km
式中：
K—同时工作系数（见规范）；
km—空气压缩机所处海拨高度对空气压缩机生产能力的影响系数（见规范）；
K备—空气压缩机备用系数，一般采用75%--90%；
Σq—风动机具所需风量；
q漏—管路及附件的漏耗损失，其值为：
q漏=αΣL（m3/min）
其中：
α—每公里漏风量，平均为1.5～2.0m3/min；
L—管路总长（km）。
对于隧道右线，各级围岩阶段所需风量计算如下：
（1）Q1=Q2=（1+0.8）（3.5×10×0.9+1.8×0.041）×1.03
=58.54m3/min
（2）Q3=（1+0.8）（3.5×18×0.85+1.8×0.258）×1.03
=100.14m3/min
（3）Q4=（1+0.8）（3.5×25×0.85+1.8×3.096）×1.03
=148.4m3/min
（4）Q5=（1+0.8）（3.5×18×0.85+1.8×3.156）×1.03
=109.8m3/min
（5）Q6=（1+0.8）（3.5×10×0.9+1.8×3.256）×1.03
=69.27m3/min
（6）Q7=（1+0.8）（3.5×18×0.85+1.8×3.834）×1.03
=112.1m3/min
（7）Q8=（1+0.8）（3.5×10×0.9+1.8×3.857）×1.03
=71.27m3/min
因为一般情况喷砼与钻孔不同时进行,因此不计算砼喷射机用风量,只计算风钻最大耗风量，即为用风最大使用量。
由以上计算可知，在Ⅱ级围岩处所使用的风量最大，达到140.3m3/min。
对于隧道左线，各级围岩阶段所需风量计算如下：
（1）Q1=Q2=（1+0.8）（3.5×10×0.9+1.8×0.094）×1.03
=58.72m3/min
（2）Q3=（1+0.8）（3.5×18×0.85+1.8×0.308）×1.03
=100.31m3/min
（3）Q4=（1+0.8）（3.5×25×0.85+1.8×3.147）×1.03
=148.39m3/min
（4）Q5=（1+0.8）（3.5×18×0.85+1.8×3.2）×1.03
=109.96m3/min
（5）Q6=（1+0.8）（3.5×10×0.9+1.8×3.29）×1.03
=69.38m3/min
（6）Q7=（1+0.8）（3.5×18×0.85+1.8×3.95）×1.03
=112.46m3/min
（7）Q8=（1+0.8）（3.5×10×0.9+1.8×3.983）×1.03
=77.69m3/min
由以上计算可知，在Ⅱ级围岩处所使用的风量最大，达到140.28m3/min。
综上可得，左右两线隧道压缩空气量须大于141m3/min，才能保证隧道的供风质量和正常的施工生产。
3.根据总耗风量确定空压站总供风量
根据总耗风量选取总排气量（即总供风量）为140m3的7台空压机,具体性能参数见表1。
根据负荷情况确定开机台数,一般负荷开4台,高峰负荷时开7台,1台备用。
名称
型号
功率（kw）
尺寸
（mm）
排气量
（m3/min）
风压（Mpa）
冷却方式
数量（台）
空压机
135
20
0.8
水冷
8
三、选择风管长度
（1）计算管路理论长度（L）:
L=实铺长度+配件当量长度
根据预定供风管长度4000m,按规范要求每500m装一个闸阀,每隔200m加设三通接头,由《局部阻力当量长度表》计算得:
配件当量长度=（4000/500）×4.3+（4000/200）×14.1+14.2×2
=344.8（m）
管路理论长度L=4000+344.8=4344.8（m）
注：
按两个掌子面计算，即设两个分风器。
（2）高压供风管直径:
由实施性总体施工组织设计高压供风可知，空气压缩机送风管路前1500米采用Φ200mm钢管，1500～3000米采用Φ180mm钢管，3000米以后采用Φ180mm钢管。
四、压力损失的计算
空气压缩机的排气压力一般为0.8Mpa（中队提供数据，其所配置空压机排气压力为0.8Mpa）,工程中所选用风动机具（主要是开挖用凿岩机）工作压力要求不小于0.5Mpa；为保证风动机具的风压，要求钢管终端的风压不得小于0.6Mpa。
在≥0.7MPa的排气压力下,根据最大用风量ΣQ和风管直径查表得,直径为200mm的风管每1000m管长的压力损失为0.01MPa,长为4345m的风管压力损失
△P1=0.04345MPa
工作面附近胶管长一般定为30m,内径25mm,根据7655风动凿岩机耗风量查《高压风通过胶管中的压力损失表》得其最大压力损失为△P2=0.045MPa
则至工作面压力损失为
△P=△P1+△P2≈0.08845（MPa）
工作面风压为：
P=0.8-0.08845=0.712（MPa）
P-0.6=0.13（MPa）;
满足风动机具工作压力（≥0.5MPa）的要求。
五、高压用电
1．主要施工用电设备
序号
名称
型号
数量
单台功率/千瓦
合计功率/千瓦
1
砼喷射机
12
5.5
66
2
空压机
16
135
2160
3
通风机1
SD-II-180
8
220
1760
4
通风机2
SD-II-150
4
132
528
5
输送泵
4
75
300
6
拌合机
2
50
100
7
搅拌站
2
50
100
8
衬砌台车
8
22
176
10
水泵
10
22
220
11
其它用电设备及照明
200
12
总功率
总计
5610
2.变压器负荷的计算方法
（1）确定好变压器的总容量后，按需要系数法确定三相用电设备组负荷的基本公式如下:
确定好用电设备组用量之后，按以下方法计算：
有功计算负荷：
Pjs=KxPs=0.8×5610=4488（kw）
无功计算负荷：
Qjs=Pjstanφ=4488×0.7=3141.6（kvar）
视在计算负荷：
Sjs=
=
=3142（KVA）
用电设备组的计算电流：
Ijs=Sjs/（
Un）=3142/（
×400）=4535（A）
（2）可从相关手册中查得：
Kx=0.8（同时系数，设备组在最大负荷时工作着的用电设备用量与该组用电设备的总量之比）。
tanφ=0.7（与功率因数cosφ相对应的正切值）
U0：
为用电设备的额压电压；
3．用电设备投入情况
根据施工进度的延伸，用电设备分三期投入。
（1）第一阶段（0～258m）
1）隧道掘进到Ⅲ级围岩时，掘进距离为258m；此时空压机供风量为100m3/min，投入空气压缩机数量为五台；进入隧道100m以后开始通风，此时开始投入使用三台通风机，投入用电设备见表3.1。
表3.1
名称
数量/台
总功率/千瓦
空压机
5
675
砼喷射机
6
33
通风机1
2
440
通风机2
1
132
衬彻台车
2
66
砼输送泵
2
150
拌合机
1
50
水泵
4
88
其它用电设备
50
总计
1684
2）变压器负荷的计算
确定好变压器的总容量后，按需要系数法确定三相用电设备组负荷的基本公式如下:
确定好用电设备组用量之后，按以下方法计算：
有功计算负荷：
Pjs=KxPs=0.8×5610=4488（kw）
无功计算负荷：
Qjs=Pjstanφ=4488×0.7=3141.6（kvar）
视在计算负荷：
Sjs=
=
=3142（KVA）
用电设备组的计算电流：
Ijs=Sjs/（
Un）=3142/（
×400）=4535（A）
（2）第二阶段（258～2000m）
1）隧道掘进到Ⅱ级围岩时，掘进长度从258m开始时，空压机供风量为140m3/min，达到最大用风量，投入空气压缩机数量为7台；在2000m以内洞内通风投入风机数量为3台，投入用电设备见表3.2。
表3.2
名称
数量/台
总功率/千瓦
空压机
7
945
砼喷射机
6
33
通风机1
2
440
通风机2
1
132
全液压衬彻台车
2
100
砼输送泵
2
150
拌合机
1
50
水泵
4
88
其它用电设备
100
总计
2038
2）变压器负荷的计算方法
确定好变压器的总容量后，按需要系数法确定三相用电设备组负荷的基本公式如下:
确定好用电设备组用量之后，按以下方法计算：
有功计算负荷：
Pjs=KxPs=0.8×5610=4488（kw）
无功计算负荷：
Qjs=Pjstanφ=4488×0.7=3141.6（kvar）
视在计算负荷：
Sjs=
=
=3142（KVA）
用电设备组的计算电流：
Ijs=Sjs/（
Un）=3142/（
×400）=4535（A）
（3）第三阶段（2000～3096m）
1）隧道掘进到Ⅱ级围岩时，掘进距离从2000m开始，空压机供风量为140m3/min，达到最大用风量，投入空气压缩机数量为7台；此时洞内通风开始接力，再投入通风机三台，此时投入通风机数量一共6台，投入用电设备见表3.3。
表3.3
名称
数量/台
总功率/千瓦
空压机
7
945
砼喷射机
6
33
通风机1
4
880
通风机2
2
264
全液压衬彻台车
2
100
砼输送泵
2
150
拌合机
1
50
水泵
6
132
其它用电设备
150
总计
2704
2）变压器负荷的计算方法
确定好变压器的总容量后，按需要系数法确定三相用电设备组负荷的基本公式如下:
确定好用电设备组用量之后，按以下方法计算：
有功计算负荷：
Pjs=KxPs=0.8×5610=4488（kw）
无功计算负荷：
Qjs=Pjstanφ=4488×0.7=3141.6（kvar）
视在计算负荷：
Sjs=
=
=3142（KVA）
用电设备组的计算电流：
Ijs=Sjs/（
Un）=3142/（
×400）=4535（A）
（4）第四阶段（3096～3857m）
1）隧道掘进由Ⅱ级围岩到Ⅲ、Ⅳ级围岩时，由于凿岩机同时使用台数减少，需风量也随着降低，此时空压机供风量为100m3/min，投入空气压缩机数量为5台；洞内通风机数量为6台，投入用电设备见表3.4。
表3.4
名称
数量/台
总功率/千瓦
空压机
5
675
砼喷射机
6
33
通风机1
4
880
通风机2
2
264
衬彻台车
4
88
砼输送泵
2
150
拌合机
1
50
水泵
8
176
其它用电设备
200
总计
2528
2）变压器负荷的计算方法
确定好变压器的总容量后，按需要系数法确定三相用电设备组负荷的基本公式如下:
确定好用电设备组用量之后，按以下方法计算：
有功计算负荷：
Pjs=KxPs=0.8×5610=4488（kw）
无功计算负荷：
Qjs=Pjstanφ=4488×0.7=3141.6（kvar）
视在计算负荷：
Sjs=
=
=3142（KVA）
用电设备组的计算电流：
Ijs=Sjs/（
Un）=3142/（
×400）=4535（A）
（5）《公路隧道施工技术规范》中要求导线断面应使线路末端的电压降不得大于10%，这在中、短隧道较易办到。
但在特长隧道施工中，由于输电线路长，不能满意足电压降，220V使用的有效距离为800—1300m。
所以为了减少输电过程中的电压降，在石鼓隧道施工中采用移动式变压器进洞供电，即在成洞段1200m开始采用6～10kv高压电缆送电，随着隧道的掘进深度的增加而向前移动，移动式变压器主要给两台220kw的通风机供电，因为通风机功率大，这样做有利于减少输电过程中的电压降和电能损耗。
（6）电动机的起动电流，一般为其额定电流的5～7倍。
如果供电电流是单台变压器，即当单台电动设备容量超过变压器容量的1/3时，可能影响到电网中其它电动机的正常运转。
所以为保证供电质量，应适当考虑增加起动附加容量。
石鼓隧道投入一台1600KVA变压器和一台500KVA洞内移动式变压器。
而用电设备组中最大功率为220kw，远远小于变压器的容量值，符合规范要求。
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