施工通风设计原则.docx

1、施工通风设计原则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1.8m。(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

2、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%；(

3、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 0.0120.015；(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 =3 m3/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=kmp=1.2603=216m3/min(2)按最低允许风速计算风量按最低允许风速=0.15m/s，则工作面风量：Q2=60VS=600.15132=1188 m3/m

4、in(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(1324.0)=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：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

5、要新鲜空气量按q =3 m3/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=kmp=1.2503=180m3/min(2)按最低允许风速计算风量按最低允许风速=0.15m/s，则工作面风量：Q=60VA=600.1540=360 m3/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(423.0)=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：伏洛宁

6、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 =3 m3/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=kmp=1.2503=180m3/min(2)按最低允许风速计算风量按最低允许风速=0.15m/s，则工作面风量：Q=60VA=600.1525.8=232 m3/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，

7、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(25.83.0)=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：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

8、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17151715出口工区171517151、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24t VoLvo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

9、。 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：=22520.80.8 + 22520.30.8 + 1500.70.8=480kW取单位功率的风量供给系数为4.0m3/ kWmin，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：4.0480=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

10、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。根据秦岭线平导和长梁山隧洞进口段分别对DSR系列1.3m和1.5m直径软风管现场测试分析，在设计中可取分别取 =(1.11.5)%，或 =(1.52.0)%， =0.0120.015或当 时，取 =1.810-32.2510-3kg/m3。对于1.8软风管，平均百米漏风率在 =(1.02.0)%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PL1.273，按排除炮

11、烟时风机风量=1.2731696=2159m3/min通风机的供风量：Q=minQ1、Q2 、Q3 、Q4=2159m3/min2、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，沿程阻力系数，又称达西系数，=0.0120.015；气体密度(kg/m3)。取=1.20kg/m3。= =（1.8002.25）10-3 kg/m3通风长度为1715m，隧洞计算风量2159 m3/min，管道通风长1750m，取管道直径1.6m，摩擦阻力系数 =2.02510-3kg/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

12、为= =1767.5 m3/min(29.4m3/s)沿程摩擦通风阻力损失=1.1329.437.5=1248Pa3、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266kW，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13993013m3/min，风压4733200Pa，电动机功率275kW，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

13、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37443744斜井工区88035652841出口工区364436441、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24t VoLvo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

14、，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：=22540.80.8 + 22530.30.8 + 1500.70.8=822kW取单位功率的风量供给系数为4.0m3/ kWmin，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：4.0822=3288m3/min隧道内风速：v =Q/A=328

15、8/132/60=0.415m/s平均百米漏风率 =(1.11.5)%，摩擦阻力系数 =1.810-32.2510-3kg/m3。对于1.8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PL1.880，按排除炮烟时风机风量=1.8801696=3188m3/min通风机的供风量：Q=minQ1、Q2 、Q3 、Q4=3288m3/min隧道内风速v=3288/(13260)=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：= =（1.8002.25）10-3 kg/m3通风长度为3744m，隧洞计算风量328

16、8 m3/min，管道通风长3744m，取管道直径1.8m，摩擦阻力系数 =1.91510-3kg/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= =1755 m3/min(29.3m3/s)沿程摩擦通风阻力损失=2.46629.355=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25055100m3/min，风压6974571Pa，电动机功率2160kW，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

17、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24t VoLvo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：=22530.80.8 +

18、22530.30.8 + 1500.70.8=678kW取单位功率的风量供给系数为4.0m3/ kWmin，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：4.0678=2712m3/min隧道内风速：v =Q/A=2712/132/60=0.34m/s平均百米漏风率 =(1.11.5)%，摩擦阻力系数 =1.810-32.2510-3kg/m3。对于1.8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PL1.551，按排除炮烟时风机风量=1.5511696=2630m3/min通风机的供风量：Q=minQ1、Q

19、2 、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：= =（1.8002.25）10-3 kg/m3通风长度为2841m，隧洞计算风量2712 m3/min，管道通风长2876m，取管道直径1.8m，取摩擦阻力系数 =1.91510-3kg/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= =1934 m3/min(32.2m3/s)沿程摩擦通风阻力损失沿程损失： =1.87232.250=3014Pa局部损失： =(132.22+0.46502)/1.84=116 Pa总

20、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2132kW，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20884500m3/min，风压6184049Pa，电动机功率2110kW，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

21、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30842000（考虑巷道通风）平导工区2（考虑巷道通风）1#斜井工区1668188935572#斜井工区73432003200出口工区14571457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风机的供风量

22、按稀释内燃设备废气的要求来确定假设采用24t VoLvo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：=22510.80.8 + 22510.30.8 + 1500.70.8=282kW平导

23、：336kW取单位功率的风量供给系数为4.0m3/ kWmin，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： 4.0282=1128m3/min平导： 4.0336=1344m3/min平均百米漏风率 =(1.11.5)%，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： =1.0651696=1806m3/min通风机的供风量：Q=minQ1、Q2 、Q3 、Q4=1806m3/min平导： =1.1741696=1991m3/min通风机的供风量：Q=minQ1、Q2 、Q3 、Q4=1991m3/min、风压的确定由流体力

24、学的沿程阻力公式可导出摩擦阻力系数：= =（1.8002.25）10-3 kg/m3通风长度为491m（平导为1188m），隧洞计算风量1806 m3/min（平导为1991 m3/min），管道通风长526m（平导为1223m），取正洞管道直径1.8m（平导为1.6m），取摩擦阻力系数 =2.02510-3kg/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： = =1878 m3/min(31.3m3/s)平导：Q0=1704 m3/m

25、in(28.4m3/s)沿程摩擦通风阻力损失：正洞：总损失：h= =0.34231.333.3=356Pa平导：沿程损失： =1.49128.433.3=1410Pa局部损失： =(128.42+0.4633.32)/1.64=174 Pa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1500 m3/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 、

26、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)；工作面的最大通风长度905+803+35=1743m。图2 进口及平导工区第二阶段通风区段长度划分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24t VoLvo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，

27、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：1743m。洞内重车数量： 工作面I：1台重车，2台空车； 工作面：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：=22510.80.8 + 22520.30.8 + 1500.70.8=336kW工作面：480kW取单位功率的风量供给系数为4.0m3/ kWmin，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： 4.0336=1344m3/min工作面： 4.0480=1920m3/min平均百米漏风率 =(1.11.5)%，取1.25%，则漏风系数为：工作面I： =1.117

28、工作面：PL=1.278按排除炮烟时风机风量：工作面I： =1.1171696=1894m3/min通风机的供风量：Q=minQ1、Q2 、Q3 、Q4=1894m3/min工作面： =1.2781696=2167m3/min通风机的供风量：Q=minQ1、Q2 、Q3 、Q4=2167m3/min、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：= =（1.8002.25）10-3 kg/m3对1.6m风管(工作面I)，取摩擦阻力系数 =2.02510-3kg/m3，对1.8m风管(工作面II)，取摩擦阻力系数 =1.91510-3kg/m3 。取工作面I的通风机设计风量Q=2000m

29、3/min(33.3m3/s)，工作面的通风机设计风量Q=2200m3/min(36.7m3/s)。工作面I的通风管路采用直径1.6m的软管，工作面风管直径取1.8m。管道风阻力系数：工作面I： 工作面：Rf=1.148Ns2/m8工作面风量为：工作面I： = =1791 m3/min(29.8m3/s)工作面：Q0=1721 m3/min(28.7m3/s)沿程摩擦通风阻力损失：工作面I： 总损失：h= =1.05229.833.3=1044Pa 局部损失： =(129.82+0.4633.32)/1.64=213 Pa总损失：h=hf+hx=1257Pa工作面：沿程损失： 1209Pa局部

30、损失： =80 Pa总损失：h=1289Pa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； 流速比，/i即隧道风速与射流风机出口风速之比； 每处并