實踐探討隧道施工通風方案

羅文松

摘要:隧道通風是把隧道內有害氣體、粉塵、污染的空氣排出洞外,或者送入新鮮空氣進行稀釋。本文筆者根據多年來的隧道施工通風的實踐經驗,探討了隧道施工中最理想的通風方法。

1、隧道施工通風方式的選擇要點分析

隧道施工通風方式的選擇應針對污染源的特性進行,在選擇時應注意的幾個要點:

◆自然通風因其影響因素多、通風效果不穩定且不易控制,盡量避免使用。故除短直隧道外,有軌運輸隧道宜采用吸出式或混合式通風,無軌運輸隧道宜采用壓入式或變換式通風。

◆壓入式通內能將新鮮空氣直接輸送至工作面,有利于工作面施工,但污染空氣將流經整個坑道,若采用大功率、大管徑設備,該通風方式適用范圍較廣。

◆吸出入通風的風流方向與壓入式相反,但其排煙速度較慢,且易于在工作面形成炮煙停滯區,故一般很少采用,因此,常在工作面處另設局扇以構成混合式通風系統。

◆混合式通風具有壓入式和吸入式的優點,但管路、風機等設施增多,在管徑較小時可采用,若有大管徑、大功率風機時,其經濟性不如壓入式。

◆有平行導坑施工的隧道應采用巷道式通風,其通風效果主要取決于通風管理的好壞。

2、隧道施工所需風量的計算

確定隧道施工過程中所需風量的因素包括:隧道內同時工作最多人數;一次爆破所用最多炸藥量;隧道內規定的最小風速;瓦斯、二氧化碳等有毒有害氣體涌出情況及隧道內所用內燃機械數量等。

2.1按隧道內同時工作的最多人數需要的新鮮空氣計算風量

Q=4N (1)

式中:Q為隧道內所需風量,m3/min。

4為每人每分鐘應供給的最小風量,m3/min?人。

N為隧道內同時施工(指導施工)的最多人數,人。

2.2按炸藥量計算

Q=25A(2)

式中:25為在規定時間內將每千克炸藥爆炸所產生的有害氣體稀釋到允許濃度以下,每分鐘所需的最小風量,m3/min?kg。

A為一次爆破所需的最大炸藥量,kg。

2.3按隧道內規定的最小風速計算

Q≥Vmin?S(3)

式中:Vmin為隧道內規定的最小風速,m/min。

S為施工隧道的最小斷面積,m2。

2.4按有毒有害氣體(瓦斯、二氧化碳等)涌出量計算

Q=100?q?k(4)

式中:100為按規定(瓦斯、二氧化碳涌出隧道工作面瓦斯、二氧化碳濃度不高于1%)得出的系數。

q為隧道內有毒有害氣體的絕對涌出量,m3/min。根據實測統計數值的平均值取值。

k為隧道內有毒有害氣體涌出的不均衡系數。它是最大涌出量與平均涌出量之比,由實測統計而得。一般在1.5～2.0之間。

按以上4種方法計算后,選取Q值最大者作為隧道內施工通風所需風量值,并根據此數值選擇通風設備。此外,還要考慮隧道內內燃機械設備的使用數量,適當加大通風量。

３、通風設備的選擇

３.1風筒相關參數的計算

3.1.1風筒的風阻

風筒的風阻理論上包括風筒的磨擦風阻、接頭風阻、彎頭風阻、風筒出口風阻(壓入式通風)或風筒入口風阻(抽出式通風),且根據通風方式的不同,各有相應繁瑣的計算公式。但在實際應用中,風筒風阻除與上述因素有關外,還與風筒的吊掛、維護、風壓大小等管理質量密切相關,因此,很難用相應的計算公式進行精確計算,一般都根據實測風筒百米平均風阻(包括局部風阻)作為衡量風筒管理質量和設計的數據。其百米平均風阻由風筒生產廠家在出廠產品參數說明中給出。故風筒風阻計算式:

R=R100?L/100Ns2/m8(5)

式中:R為風筒風阻,Ns2/m8。

R100為風筒百米平均風阻,簡稱百米風阻,Ns2/m8。

L為風筒全長,m,L/100構成R100的系數。

3.1.2風筒的漏風

正常情況下,金屬和透氣性極小的塑料風筒的漏風主要發生在接頭處,只要加強接頭處理,漏風較少,可忽略不計。而膠布風筒等不僅接頭而且全長的壁面和針眼都有漏風,故其風筒漏風屬連續的不均勻漏風。漏風使風筒和風機連接端的風量Qf與風筒靠近出口端的風量(即隧道內所需風量)Q不等。因此,應按始末端風量的幾何平均值作為通過風筒的風量Qa,則:

Qa=√Qf?Qm3/min。(6)

顯然,Qf與Q之差就是風筒和漏風量QL。即:

QL=Qf－Q(7)

QL與風筒的種類、接頭的數目、方法和管理質量以及風筒直徑、風壓等有關,但更主要是與風筒的維護和管理密切相關。反映風筒漏風程度的指標參數有三:

①風筒漏風率Le:風筒漏風量占風機工作風量的百分數,即:

Le=QL/Qf×100%=(Qf－Q)/Qf×100%(8)

Le雖然能反映某一風筒的漏風情況,但不能作為比較的指標。故常用百米漏風率Le100表示:

Le100=[(Qf－Q)/(Qf?L/100)]×100% (9)

風筒的百米漏風率由風筒生產廠家在出廠產品的參數說明中給出。

②風筒的有效風量率Ef:即掘進工作面風量占風機工作風量的百分數。

Ef=(Q/Qf)×100%=[(Qf－QL)/Qf]×100%=(1－Le)×100%(10)

由式(9)得:

Qf=100Q/(100－L?Le100)(11)

式(11)代入式(10)得:

Ef=[(100－L?Le100)/100]×100%=(1－L?Le100/100)×100% (12)

(3)風筒漏風備用系數ф:即風筒有效風量率的倒數。

ф=Qf/Q=1/Ef=1/(1－Le)=100/(100－L?Le100) (13)

3.1.3風筒直徑

風筒直徑的選擇取決于送風量、送風距離及隧道斷面的大小等因素,實際應用中,多是根據與風機出口直徑的匹配情況,選取標準直徑。隨著隧道施工技術日益發展,長大隧道采用全斷面開挖越來越多。利用大口徑風管進行施工通風可大大簡化隧道施工工序,有利于全斷面開挖的推廣使用,便于一次成洞,可節約大量的人力和物資,并使通風管理大大簡化,是解決長大隧道施工通風的主要途徑。

3.2確定所需風機的工作參數

①確定風機的工作風量Qf

Qf=ф?Q=[100/(100－L?Le100)]?Q (14)

②確定風機的工作風壓hf

hf=R?Qa2=R?Qf?Q(15)

3.3設備的選擇

通風設備的選擇,首先要考慮通風方式,要滿足所采用通風方式的要求。同時,在選擇設備時,還要考慮到隧道內所需風量與以上計算風筒、風機的各項性能參數相匹配,以確保通風機械設備達到最大的工作效率和減少能量浪費。

3.3.1風機的選擇

①在風機的選擇上,由于軸流式風機具有體積小、質量輕、噪聲低、便于安裝和效率高等優點而被廣泛應用。

②風機的工作風量應滿足Qf的要求。

③風機的工作風壓應滿足hf的要求,

但不宜大于風筒的允許工作壓力(風筒出廠參數)。

3.3.2風筒的選擇

①隧道掘進通風使用的風筒分無骨架柔性風筒、帶剛性骨架的柔性風筒和硬質風筒。

②風筒的選擇考慮風筒直徑與風機的出口直徑相匹配。

③其它條件相差不多時,易選擇百米風阻小和百米漏風率低的風筒。

4、通風效果

隧道通風由于在工程實踐中加強了通風管理,尤其在“防漏降阻”上采取了嚴防風管接頭漏風、局部破損部位及時粘補、管路安裝做到平、順、直等有效措施,使風管百米漏風率控制在設計的1.3%以下,加上風管模型試驗成果提供了依據,最終確定采用單機單管壓入通風方案。某隧道按此方案進行通風施工,取得了良好的施工效果,達到了預期的通風目標。

參考文獻：

[1]李鵬.淺談公路隧道通風方式的選擇.山西建筑,2009.

[2]趙以蕙.礦井通風與空氣調節.中國礦業大學出版社.

[3]李英,韓常領.法國公路隧道通風量計算方法.中外公路,2009.

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。