某输水隧洞通风设计方案.doc

输水隧洞施工通风设计
某工程XXX标三阶段剩余段施工约4492m，本阶段施工由钻爆法分别自12#与13#支洞进入主洞相向施工代替TBM独头掘进。12#支洞全长2600m，进入主洞后上游施工2400m，下游施工约2600m；13#支洞全长1390m，下游已施工1140m，上游已施工1762m，还需向上游施工1892m。洞身埋深多在250～400m左右，开挖断面51.063m2，具有深埋、超长、断面大的特点，受地形条件限制，单工作面施工长度
达5200m，施工难度大，施工通风是其中的关键技术问题之一。
1.国内外长隧洞施工通风现状及发展趋势
隧洞施工通风的过程是不断向洞内提供新鲜空气，用新鲜空气冲淡和排除各种有害气体、粉尘和烟尘，使其浓度降到规定的允许范围以内，给施工人员创造相对较好的气候条件，改善洞内的施工环境。
2.隧洞施工通风方式
隧洞施工通风方式主要有管道式通风（即独头通风）和巷道式通风两大类，它们在长隧道施工的应用中都有新的发展，管道式通风一般用于单口掘进长度3km以内的隧洞，增加通风长度的途径是采用大风量风机和大直径管道，并且设法减少风管的漏风，在此条件下我国已经实现单管单机通风长度7.5km，国外管道通风长度已超过10km。超过3km的隧洞较多采用巷道式通风，凡长隧道用管道式通风比较困难的都可以采用巷道通风。这些方面国内外许多长隧道的施工通风可以借鉴。
本段施工通风仅能采取管道式通风。
3.管道式通风
管、压入和吸出可逆式以及混合式等四种，其中压入式和吸出式还有管道通风系统由风机和风管组成。其通风方式通常分为压入式、吸出式和采用局扇之分。为在较短时间内解决集中于开挖工作面的炮烟污染，以采用吸出式通风为好；当运输车辆内燃机排出的有害气体，散布于全隧洞，为避免装碴工作面的环境条件恶化，以压入式通风为好；采用钻爆法和无轨运输方式施工的隧洞，最好采用混合式或可逆式通风，即爆破排烟时进行吸出式通风，出碴时进行压入式通风。使用局扇有助于消除开挖工作面的炮烟涡流停滞区。
管道通风受风管的阻力和漏风影响，通风距离一般不能太长。原因是随着风管的延伸，接头增多，除风量漏失量增加外，同时风管的摩擦阻力增大，压力下降，送到工作面的有效风量也就减少。
4.施工通风
施工通风设计依据《铁路隧道施工规范》和本施组的施工工作面安排进行设计。
4.1.通风设计
洞内施工所需风量根据洞内同时工作的最多人数所需要的空气量、或使同一时间爆破的最多炸药用量产生的有害气体降低到允许浓度所需要的空气量、或使同时在洞内作业的内燃机械产生的有害气体稀释到允许浓度所需要的空气量、或满足洞内允许最小风速要求等条件进行计算确定。以其中最大者选择通风设备。
(1).按洞内同时工作的最多人数计算风量

q——洞内每人每分钟所需新鲜空气量，m3/min，《隧规》规定按每人每分钟3m3计算；
m——洞内同时工作最多人数，按50人/工作面考虑；
K——风量务用系数，取1.10～1.15。
(2).按满足洞内允许最小风速要求计算风量

S——隧洞断面，m2；
V——允许是小风速，全断面开挖取0.15m/s；
(3).按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量

—爆破排烟所需风量，m3/min；—通风时间；—一次爆破炸药消耗量,kg；b—一公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积（L），一般采用b=40L；
(4)接照爆破后稀释一氧化碳至许可最高浓度的计算风量
采用混合式通风：a.B.H.伏洛宁公式：

Q混压—压入风机送入的风量，m3/min；L吸—吸出式风管末端到工作面的距离，m；—一次爆破炸药消耗量,kg；S—隧洞断面，m2；
Q混吸=1.1～1.2 Q混压
Q混吸—吸出风机应吸出的吸风管口风量，m3/min
(5).按内燃机械作业所需风量计算

供风量不小于3m3/（min·KW）
式中：—内燃机械作业所需风量，m3/min；—装碴机械总功率，KW； —装碴机械的工作效率；—运输类汽车总功率，KW； — 运输类汽车的工作效率；—其他类机械总功率，KW； —其他类机械的工作效率；—内燃机械单位功率供风量，m3/（min·KW）。
风量计算结果
①按人数计算风量时所需要风量为172.5m3/min。
②按最小风速计算风量时所需要风量为459.9m3/min。
③按爆破使用的最多炸药用量所需要风量为1655m3/min。
④接爆破后稀释一氧化碳至许可最高浓度所需风量为：
Q混压109.26m3/min,Q混吸131.11 m3/min。
⑤按内燃机械作业所需风量为2415m3/min。
4.2.风阻计算
通风阻力则因选择的风管直径和风机型号以及送风距离的不同会有很大差距，这里选择了直径1.6 m的通风管通过理论计算，其通风阻力表达式如下：
当送风距离L=2000m时，通风阻力H=7.21Qf2（Qf为风机出口风量）；
当送风距离L=3000m时，通风阻力H=9.18Qf2；
当送风距离L=4000m时，通风阻力H=10.49Qf2。

图 风机性能曲线验证图

通过图和风机性能曲线的交点验证可知是比较合理的，图中(1)线为L=2000m时；(2)线为L=3000m时；(3)线为L=4000m时。需要指出的是，如果选择的风管直径过小，会导致通风阻力过大，不能满足送风需要；如果选择的风管直径过大，又会造成浪费。
4.3.通风设备选择及配置
根据上面的计算结果，轴流风机选择了NO12.5型通风机，风管选择了便于装卸和维修的PVC拉链式软风管。各通风设备的性能参数和配置数量见下表。
4.4.施工通风布置
12#、13#两个工区施工通风布置见附图。

主要通风设备参数表
名称
型号
技术参数
数量
速度r/min
风压（Pa）
风量m3/min
功率（KW）
轴流风机
NO12.5
1480
4000
2800
110×2
12#、13#支洞口各一台，主支洞交叉段：12#主洞内内两端各一台，13#主洞内上游一台
射流风机
SSF- No10
功率30 KW，出口风速33.8 m/s。
12#、13#支洞末端各一台
拉链式软风管
PVCФ1600㎜
平均百米漏风率0.02，摩阻系数0.02，每节长度20m/节或10m/节（20m/节占75%以上）。
13#需3280m
12#需7500m
4.5.施工通风管理
a.由专业队伍进行现场施工通风管理和实施，风管安装必须平、直、顺，通风管路转弯处安设刚性弯头，并且弯度平缓，避免转锐角弯，以减小管路沿程阻力和局部阻力，并且要加强日常维修和管理。
b.必须配有专业技术人员对现场通风效果进行检测，根据检测结果及时进行阶段调整。
c.必要时可以根据检测结果及时对通风系统作局部调整，必须保证洞内气温不得高于28℃、一氧化碳（CO）和二氧化氮（NO2）浓度在通风20 min后分别降到20mg/m3和5mg/m3以下，以满足施工需要。
d.风机必须配有专业风机司机负责操作，并作好运转记录，上岗前必须进行专业培训，培训合格后方可上岗。
e.电工必须定期检修风机，及时发现和解决故障，保证风机正常运转。
4.6.对施工的要求
a.为了保证风机能够正常启动和运转，必须为风机提供合适的供电设备。
b.加强日常通风检测，保证足够的风量和风压，并且要爱护通风管路，避免对通风管路的破坏，降低漏风率。
c.要求通风管每节长度大部分为20m/节，根据掌子面衔接风管长度的需要可以配置少量10m/节的风管。
d.洞口风机需要安设在距离洞口20m以外的上风向，避免发生污风循环；风管出风口距开挖工作面的距离不超过30m。
e.因为所选择的风管直径较大，必须保证隧道有足够的净空，避免发生过往车辆和机械刮破风管而影响施工。
f.由于采用无轨运输，运输车辆的尾气排放口应安设净化装置，以降低对隧道内施工环境的污染程度。
g.行人和运输车辆必须按照设计线路行走。涉及到三通阀门配风的要合理调整施工工序，避免两个工作面同时放炮出碴、同时送风。
h.要求封闭的横通道必须及时封闭，并且要封堵严密，避免发生污风循环。
4.7.其它措施
因为该隧道为特长隧道，采用的内燃设备较多、功率较大，运输车辆排放的尾气量很大，隧道开挖产生的有害气体和粉尘也较多。为了避免对施工人员和大气造成危害，计划对洞内排出的污风进行空气质量监测，如果发现不符合排放标准，及时采取有效的处理措施，以满足环境保护的要求
①水幕降尘器降尘
水幕降尘器具有喷水颗粒细，产雾量大，能够封锁整个隧道断面，除降尘外还可以吸收易溶于水的有害气体（S02、NH3等）。
②隧道干式除尘机除尘
隧道干式除尘机除尘用于喷砼和装碴时的除尘。通过调整供风的风速控制粉尘，根据经验，当洞内风速达到1.5～3.0m/s时，作业地点中空气粉尘的含量会降低至最低。
③隧道施工照明
照明和动力线分层架设，电缆线悬挂高度距行人地面不小于2m。
动力干线上的每一分支线装设开关及保险，禁止在动力线路上加挂照明设施。同时做到“一机一闸一漏保”。
36V低压变压器设在安全、干燥处，机壳接地。
抽水机、照明双回路双电源双保险。
④管线布置
在施工中除了质量标准化、规范化外，还特别对工地文明施工做出规范化、形象化，尤其对洞内“三管两线”提出标准化。洞内“三管两线”按要求布设，作好洞内排水、洞内路面清理及道路维护，加强洞内通风。