特长隧道通风技术研究_陈乾.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言我国隧道施工通风技术起步较晚，经验不足。且由于建设初期隧道的长度较短从业人对其不够重视，隧道施工通风发展相对较慢。在我国拥有复杂地形的多山脉西南部，各种长距离大断面的隧道开始出现，长大隧道施工期间的通风问题开始得到我国隧道建设参与者的重视1-2。在隧道施工中，为了确保设备的正常运行，确保工人的身体和心理健康，必须进行通风，尤其是对于特殊复杂的隧道建设3-4，如瓦斯隧道、高原高寒隧道等，必须保证洞内尤其是掌子面附近的空气质量与温度。这给隧道施工通风带来了新的挑战和机会，要求应用更高水平的通风理论和技术，以及更严格的通风管理和优化方案。施工通风的好坏不但会直接影响工程的施工进度，而且也会左右工程的设计与成本等5-7。因此，对于长大隧道而言，施工通风及优化是我国亟须解决的问题之一。长大隧道的通风系统具有分阶段性。在隧道掘进初期，由于掘进深度较浅，通风方式也较为单一，一般以压入式通风为主8；随着隧道的不断掘进，此时就需要考虑辅助坑道进行巷道式通风，这也是通风系统的重点和难点。而西部高海拔地区存在低气压和低含氧量的问题，在此环境下，作业人员的身体机能将会下降。本文依托剑河至黎平高速公路青山界特长隧道工程对特长隧道的通风方式和方案进行研究，确定了风机、风管安装方式，并通过风量计算确定风机的型号。2工程重难点剑黎高速青山界隧道按照双车道分离式隧道设计，隧道全长约4 800 m。隧道最大埋深约552.96 m，属于特长隧道。隧道右线K38+686K38+720段、K39+446K40+613段、左线Z2K38+708Z2K38+826段、Z2K39+528Z2K40+619段 存 在地温危害，应采取降温措施。由于隧道过长，也有部分段落存在地温危害，再加上爆破、机械产生大量的热量，所以一定要制订合适的通风方案。3通风设计3.1隧道施工通风方法隧道建设的通风模式大体可分为两类9-10：自然通风和机【作者简介】陈乾（1990），男，江苏盐城人，工程师，从事土木工程施工管理研究。特长隧道通风技术研究Study on Ventilation Technology of Extra-Long Tunnel陈乾（中国铁建昆仑投资集团有限公司，成都 610000）CHEN Qian（China ailway Construction Kunlun Investment Group Co.Ltd.,Chengdu 610000,China）【摘要】以青山界隧道为背景，对青山界隧道的通风方式进行了简要介绍，并对其进行了分析，根据相应规范确定了风机、风管的安装形式，最终通过通风量的计算，确定其通风方案、通风机型号，解决了本隧道的通风问题。【Abstract】Based on the background of Castle Peak Boundary Tunnel,this paper briefly introduces and analyzes the ventilation mode ofCastle Peak Boundary Tunnel.Then according to the corresponding specifications,the fan,duct installation form are determined;Finally,through the calculation of ventilation volume,the ventilation scheme and type of ventilator are determined,which solves the ventilationproblem of this tunnel.【关键词】特长隧道；通风；风量计算【Keywords】extra-long tunnel；ventilate；air quantity calculation【中图分类号】U453.5【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）04-0106-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.032106械通风。青山界隧道采用机械通风，主要采用管道通风、巷道通风和风道式通风。管道式通风方式大体上又可分为3种：压入通风、抽出通风和混合通风，其中压入通风的费用最低。该隧道采用了压力通风的方法，在一定程度上降低了隧道的温度。图1为隧道通风方法分类图。图 1隧道通风方法分类图3.2风机安装为了保证通风系统有足够的气流，在距洞口20 m处安装一台鼓风机，再用砖砌成1.5 m高的基座，并用螺钉固定通风机，保证风机的稳定。风管悬吊于入洞右侧的岩石或衬砌壁，距地面1.5 m左右。施工前，每5 m挖一孔，装一根锚杆，再用6 mm钢丝拉紧，用紧线器将风管吊在一根缆绳下面，风管和风机之间用钢丝缠绕加强，可提高风机、风管的稳定性。3.3通风计算与选择3.3.1隧道施工环境标准隧道内主要包含的气体有粉尘、氮氧化合物和洞内空气。为了保证隧道内工人的安全施工，隧道内规定：（1）空气中游离二氧化硅的粉尘不得大于2 mg/m3；（2）隧道空气内氮氧化合物的体积分数不得超过0.00025，浓度不得超过5 mg/m3；（3）有人工作的地点，氧气的体积分数不得低于22，二氧化碳的体积分数不大于0.4。因此，在青山界隧道的施工中，按照JTG/T 36602020公路隧道施工技术规范，要求提供每个人每分钟必须达3 m3的新鲜空气，而柴油机每分钟必须提供3 m3的新鲜空气。3.3.2通风设计原则通风的设计原则是在保证通风能力的前提下，降低造价，在净空允许时，使用大口径风管，以减少能耗，提高通风效率。3.3.3设计参数开挖断面积：S=100 m2。一次爆破用药量：a=135 kg。3.3.4风量计算从4个角度出发，即隧道的最小允许风速Q1；隧道中的最大员工数量所需要的风量Q2；排除爆炸后的烟雾而得到的风量Q3；在稀释运输车辆行驶过程中所产生的空气稀释度的风量Q4。通过计算后，取其中几个数据最大值为风量Q计。按洞内最小风速计算风量（每个工作面），其中，V为隧道的允许最低平均风速，m/min：Q1=60SV（1）故正洞最小允许风速Q1正洞0.2410060=1440m3/min。根据隧道中的最大员工数量（单位工作面）来计算：Q2=qmk（2）式中，q为每人每分钟呼吸所需空气量；m为同时工作人数；k为风量备用系数。故Q2=3.1281.24=107.632m3/min。根据爆炸后的稀释性烟雾计算出的空气流量即稀释流量Q3-1：Q3-1=5ab/t=513540/40=675m3/min（3）式中，t为通风时长，根据设计参数，此处按40 min考虑；b为1 kg炸药爆破时所构成的CO体积。压入通风工作面的有害气体降低到容许浓度即容许浓度流量Q3-2的计算：Q3-2=7.8/ta（SL）23=7.8/40135（100100）21/3=464m3/min（4）式中，L为工作面至炮烟稀释到允许浓度的距离即临界长度，取100 m。爆破工作所需风量：Q3=Qmax（Q3-1，Q3-2）=Qmax（675，464）=675 m3/min。Q4=nP（5）式中，n为应供给的风量，n=5.0 m3/（minkW）；P为隧道内的工程机械及其他设备的功率的合计，本工程为500 kW。P=10.6115+0.51145+0.454150+20.585=496.5，取500 kW。MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计107Construction&DesignForProject工程建设与设计故Q4=nP=5.0 m3/（minkW）500 kW=2 500 m3/min。洞内需风量Q计=Qmax（Q1，Q2，Q3，Q4）=Qmax（1 440，107.632，675，2 500）=2 500 m3/min。由计算可知，最大风量Q计为2 500 m3/min。由Q6Q计1（1-2 300/100）计算求得无轨运输所配风机的风量。式中，Q6为无轨运输所配风机的风量；为百米平均漏风率。Q6=2 500 m3/min1（1-2 300/100 0.012）=3 453 m3/min。3.3.5风压计算从以往的经验来看，在隧道截面上，采用性能稳定的风机，采用统一的通风管的直径，便于管理和维修，采用的是直径为1.8 m，管的阻力系数为1.187。管道阻力损失HfHf=RfQjQi3 600+HD+H（6）式中，Rf为管道沿程摩擦风阻；Qj为通风机供风量，取设计风量3 453 m3/min；Qi为管道末端流出风量，m3/min；HD为隧道内阻力损失，取50 Pa；H为其他阻力损失，取60 Pa。风机设计全压H=Hf=RfQjQi/（3 600+110）。根据1 m3/min=10 Pa换算各洞口风机全压计算如下：隧道进口通风H=（1.1873 4532 250）/（3 600+110）=2 672 Pa；隧 道 出 口 通 风H=（1.1873 4532 250）/（3 600+110）=2 672 Pa。3.3.6风机功率计算风机功率计算公式：W=Q风机H风压K60（7）式中，Q风机为风机供风量；H风压为风机工作风压；K为功率储备系数，取1.05；为风机工作效率，取80%。隧道进口风机功率W进口=8602 6721.05/（60）/1 000=50.3 kW。隧道出口风机功率W出口=8602 6721.05/（60）/1 000=50.3 kW。3.3.7通风设备选择隧道进口：风机应满足风量Q3453m3/min，风压2672Pa，风机功率50.3 kW。隧道出口：风机应满足风量Q3453m3/min，风压2672Pa，风机功率50.3 kW。3.3.8通风系统设备配置同时，还综合考虑了施工距离、出碴方式及经济性等因素。所以，每个洞口通风设备为SDF（C）-NO14型轴流风机，风管直径为1.8 m。4结语本文从风机安装、风管悬挂安装、散热量计算角度对青山界隧道通风设计方法进行研究，确定风机、风管的安装方式；风机安装在距隧道洞口20 m左右位置，通风管道吊挂在入口处右侧的岩石或衬砌墙壁上，距地面1.5 m；在机械排热计算的基础上，选用SDF（C）-NO14型轴流式风机。本研究总结的通风方案及热量计算方法能够为类似工程提供参考。【参考文献】1王帅帅,许前顺,郭春.圭嘎拉超长高海拔公路隧道进出口工区施工通风方案研究J.现代隧道技术,2018,55(S2):337-342.2令狐勇生.大秦铁路花果山隧道通风降尘设计试验研究C/中国铁道学会重载委员会,山西省铁道学会,北京铁道学会.2017 铁路重载运输建设与装备安全学术研讨会论文集.中国铁道学会重载委员会:中国铁道学会,2017:229-232.3罗燕平,韩景科,文展,等.金家庄特长螺旋隧道施工通风方案优化分析J.隧道建设(中英文),2019,39(S1):385-391.4李波.公路瓦斯隧道施工通风模拟及优化研究D.长沙:中南大学,2014.5曹正卯.长大隧道与复杂地下工程施工通风特性及关键技术研究D.成都:西南交通大学,2016.6王莉.长大铁路隧道施工通风案例分析D.成都:兰州交通大学,2018.7李鸿博,郭小红,乔春江.公路隧道CO设计浓度限值的分析研究J.地下空间与工程学报,2013,9(4):788-793.8张廷彪,张祉道.高海拔公路隧道运营通风卫生标准初探J.现代隧道技术,2014,51(3):23-29.9罗春红.长大隧道施工通风系统优化研究与应用D.昆明:昆明理工大学,2009.10项海燕.超长瓦斯隧道斜井-单通道组合式通风技术研究J.交通世界,2021(19):99-101.【收稿日期】2022-10-24108