長大公路隧道施工通風技術研究

王 玉 艷

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.山西應用科技學院建工學院，山西 太原 030032)

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長大公路隧道施工通風技術研究

王 玉 艷1，2

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.山西應用科技學院建工學院，山西 太原 030032)

結合某長大公路隧道通風的長度和要求，介紹了隧道進口正洞壓入式通風與隧道斜井壓入式通風兩種方案，并對兩種方案下不同的通風工況進行了計算分析，有利于比選出最佳的通風方案。

隧道，通風方案，斜井，通風機

1 工程概況

某隧道設計為分離式隧道。全長11 377 m，為超長隧道。本標段施工隧道進口端其長度為5 730 m。1號通風斜井，斜長1 129 m，施工中可兼作施工輔助導坑。

2 隧道通風長度和通風要求

2.1 通風長度

1)根據工期計劃，隧道正洞左右線通風長度3 230 m。2)由1號斜井向正洞四個掘進斷面通風，根據工期計劃，左右線向出口方向通風長度為1 700 m，向進口方向通風長度為800 m，斜井本身通風長度為1 129 m。

2.2 通風要求

按國家衛生標準規定，隧道施工期間，洞內空氣質量：

1)給隧道內作業人員提供足夠的新鮮空氣，空氣中氧氣含量按體積計不得低于20%；2)洞內人均每分鐘必須供給不得少于3 m3、內燃機每千瓦不得少于4.5 m3的新鮮空氣，洞內不得小于0.25 m/s的風速等。結合本項目計劃通風長度和通風要求，進行通風方案設計計算。

3 通風方案

3.1 隧道進口正洞壓入式通風

1)第一種工況(見圖1)。

左右洞獨頭式通風，通風距離按不大于1 500 m計算。

a.按允許最低平均風速計算。

取開挖平均斷面積85 m2，允許最低平均風速0.25 m/s。工作面要求新鮮風量：

Q1=vs=0.25×85×60=1 275 m3/min。

b.按洞內最多工作人數計算。

Q2=kmq=1.2×3×54=194.4 m3/min。

c.按排除炮煙計算。

取循環進尺3.5 m，單位炸藥用量1.0 kg/m3,一次爆破炸藥用量G=3.5×85×1.0=297.5 kg。

取爆破后通風時間30 min。

炮煙拋擲長度l0=15+G/5=74.5 m。

則工作面要求風量Q3按下式計算：

Q3= (5Gb-Al0)/t=(5×297.5×40-85×74.5)/30=1 772 m3/min。

d.按稀釋內燃廢氣計算。

設自卸車在洞內行駛速度15 km/h,循環裝碴時間4 min/車，運碴車功率216 kW，裝碴機功率150 kW。當洞內運輸距離為1 500 m時，洞內運行運碴車4輛，裝載機1輛。柴油機利用率系數k=0.55。各種內燃機設備的總功率為：

∑Nk=(216×4+150)×0.55=1 014×0.55=557.7 kW。

稀釋內燃廢氣所需供風量：

Q4=3∑Nk=3×557.7=1 673.1 m3/min。

綜合上述a.～d.風量計算得知，Q3排除炮煙所需風量最大，取其作為隧道需風量的標準，考慮漏風損失，則要求通風機供風量為：

Q供=pQ需。

其中，p為漏風系數，p=1/(1-β)L/100=1/(1-0.015)1 500/100=1/(1-0.015)15=1.254。

Q供=pQ需=1.254×1 772=2 222.1 m3/min。

e.管道通風阻力和通風機全壓。

摩擦風阻。取通風管摩阻系數α=0.001 8 kg/m3,風阻系數計算式：

Rf=(6.5αL)/D5。

其中，L為每臺通風機送風長度，m；D為通風管直徑，m。

Rf=(6.5αL)/D5=(6.5×0.001 8×1 500)÷1.55=2.31 Ns2/m8。

通風管道通風阻力損失。

H全長=RfQ供Q需。

其中，Q為通風機設計風量，m3/s；p為管道漏風系數。

H全長=RfQ需Q供=2.31×1 772×2 222.1÷3 600=2 526.6 Pa。

風筒出口局部阻力。

其中，ξ為局部阻力系數，取ξ=1。

需要風機全壓。

H全壓=H全長+H局部=2 526.6+172.3=2 698.9 Pa。

f.通風機的選型。

通風機選型應滿足Q機>Q供，H機>H全壓。

目前隧道進口左右洞已分別安裝SDF(B)-№13型號軸流風機(電機功率為2×132 kW，高效風量為2 691 m3/min>2 222.1 m3/min；全壓為5 920 Pa>2 698.9 Pa)，均滿足需要。

2)第二種工況(見圖2)。

當左右洞掘進長度超過1 500 m時，因距離過長，使得壓入式通風排煙效果變差，洞內施工作業環境質量達不到規范要求，將左右洞洞口風機移進右洞洞內，利用右洞成洞地段巷道通風，此時左洞排煙，直到進口正洞與3號斜井貫通。

此具體方案是：封閉2號人行橫通道及其以前所有的橫通道，在隧道右線的2號人行橫通道和2號車行橫通道之間放置2臺功率2×110 kW的軸流式通風機,在左線成洞地段按200 m～400 m間隔放置1臺射流風機，具體方案見圖2。隨著掘進長度的增加，通風機的位置可以相應的向前移動，原理相同，以達到工作面空氣質量符合要求。

3.2 某隧道1號斜井壓入式通風

1號斜井進入正洞之后，需向進出口方向左右洞四個掘進面通風，共分兩種工況：

1)第一種工況。

由1號斜井向進出口方向左右洞四個掘進面施工，且未到達車行(人行)橫通道時，即向出口方向掘進不大于300 m，向進口方向掘進不大于150 m時，因正洞掘進長度短，直接采用1號斜井洞口軸流式通風機壓入式通風。通風方案如圖3所示。

注意事項如下：

a.1號斜井左右洞壓入式供風系統各自獨立，即一套管路只負責左洞或右洞的進出口兩個方向，互不影響，便于在鉆爆與出碴作業工序上調整，并避免出現供風高峰。

b.1號斜井左右洞四個工作面輪番爆破、出碴，斜井內的空氣環境將會異常惡劣，為此必須增設射流風機，以加速炮煙及污濁空氣的排放。

2)第二種工況。

由1號斜井向進出口方向左右洞四個掘進面施工到達車行(人行)橫通道，但進口方向與正洞尚未貫通時，采用巷道式通風，即把連接左右洞的聯絡排風道左右線之間段隔離密閉成風室，新鮮空氣在這里中轉交換；左洞工作面的污濁空氣由橫通道進入右洞，再通過斜井排出。通風方案見圖4。該工況條件下，1號斜井洞口處僅布置1臺2×132 kW軸流式通風機往風室壓入新鮮空氣，以滿足四個工作面施工的需要，可能出現風量不足的情況，故有必要采取增加通風機和加大風管直徑的措施，待施工時相應確定。

4 結語

在隧道施工期間，不間斷的對隧道內的有害氣體進行檢測，空氣質量在通風20 min時達到國家標準，比國家要求的30 min提前了10 min，NO2濃度最高值為0.3 mg/m3，遠低于國家標準5 mg/m3。

良好的施工通風，保證了正常的安全生產，并改善了勞動條件，保障施工作業人員身體健康，提高了勞動生產率，所以我們必須重視和研究施工通風技術。

[1] 宋宇新.隧道長距離獨頭通風施工技術[J].西部探礦工程,2004,12(20)：76-77.

[2] 王立琛.長大公路隧道施工通風技術研究[J].山西建筑, 2009，35(11)：317-318.

[3] 陳 曦,江 宇.公路隧道通風設計實例[J].山西建筑, 2009，35(26)：313-314.

Research on ventilation technology of long highway tunnel construction

Wang Yuyan1,2

(1.TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ArchitecturalandCivilEngineeringInstitute,ShanxiAppliedScienceandTechnologyInstitute,Taiyuan030032,China)

Combining with the ventilation length and requirements of a long highway tunnel, this paper introduced the tunnel entrance main tunnel press-in type ventilation and tunnel inclined shaft press-in type ventilation two schemes, calculated and analyzed different ventilation conditions under two kinds of schemes, to choose the best ventilation scheme.

tunnel, ventilation scheme, inclined shaft, ventilator

1009-6825(2016)27-0150-02

2016-07-19

王玉艷(1982- )，女，在讀工程碩士，工程師

U453.5

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