白巖腳隧道橫洞通風方案

 白巖腳隧道橫洞通風方案

　　關鍵詞：長大,隧道,通風,方案

　　前言

　　無論是在隧道施工開挖時，還是在并巷工程的巷道掘進中，為了稀釋和排出巖體涌出的有害氣體、爆破產(chǎn)生的炮煙和粉塵，保持良好的空氣條件，必須對開挖工作面進行通風，即向工作面送人新鮮風流，稀釋和排出污濁空氣。但是，如何才能充分利用現(xiàn)有條件，使通風效果達到最佳、成本降到最低呢?這就需要首先對通風方式進行合理的選擇。

　　1.工程概況

　　白巖腳隧道位于貴州省貴定縣城關鎮(zhèn)境內(nèi)，全長4480m，是系巖溶、瓦斯于一體的Ⅱ級風險隧道。隧道于D1K641+000處設置一橫洞，長419m。橫洞中線與正洞左線中線小里程方向平面夾角65°，橫洞與正洞交點里程對應關系為D1K641+000=HD1K0+000。橫洞段施工1500m，其中小里程方向施工530m，大里程方向施工970m。

　　2.白巖腳隧道施工通風方案

　　結(jié)合已建成的隧道施工通風經(jīng)驗，在橫洞施工期間采用壓入式通風方式；橫洞貫通后在橫洞與正洞交叉口設置抽出式風機，采用混合式通風方式供給施工通風。

　　為確保隧道內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，保證一線職工和施工人員健康，必須加大通風除塵措施，降低各種作業(yè)產(chǎn)生的粉塵和有害氣體。

　　2.1施工通風控制條件

　　坑道中氧氣含量：按體積計，不得低于20%。粉塵允許濃度：每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg；含有10%以下游離二氧化硅的水泥粉塵為6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物質(zhì)的礦物性和動植物性的粉塵為10mg。

　　有害氣體濃度：

　　一氧化碳：不大于30mg/m3。當施工人員進入開挖面檢查時，濃度可為100mg/m3，但必須在30min內(nèi)降至30mg/m3。

　　二氧化碳：按體積計，不超過0.5%。

　　氮氧化物換算成NO2為5mg/m3以下。

　　隧道內(nèi)氣溫不得超過28℃。

　　隧道施工時，供給每人新鮮空氣量，不應低于3m3/min，采用內(nèi)燃機械作業(yè)時，1kw功率的機械設備供風量不宜小于3m3/min。

　　隧道開挖時全斷面風速不應小于0.15m/，但不得大于6m/S。

　　2.2施工通風計算

　　2.2.1施工通風需風量計算

　�、偈┕ね�風計算前提：

　　設定參數(shù):

　　開挖斷面積S=150m2（主洞）

　　一次開挖長度L=3.5m

　　單位體積耗藥量0.7Kg/m3

　　一次爆破用藥量G=319.2kg

　　洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)m=150人

　　出碴車輛(按洞內(nèi)4臺自卸車計算)4×173KW

　　爆破后通風排煙時間t=30min

　　通風管直徑Φ1.8m，管節(jié)20m

　　風管百米漏風率β=1.3%

　　漏風系數(shù)P1.05

　　風管內(nèi)摩阻系數(shù)0.019

　　風量備用系數(shù)k=1.15

　　最小洞內(nèi)風速V=0.15m/s

　　則，炮煙拋擲長度LS=15+G/5=15+319.2/5=78.84m

　　風量計算從四個方面予以考慮，即按洞內(nèi)要求最低風速計算得Q1；按洞內(nèi)最多工作人員數(shù)計算得Q2；按排除爆破炮煙計算得Q3；按稀釋內(nèi)燃機廢氣計算得Q4。通過計算，取Q計=Max（Q1Q2Q3Q4）。

　�、谛栾L量的計算：

　　a.按洞內(nèi)要求最低風速計算得Q1

　　Q1=V·S×60=0.15×150×60=1350m3/min

　　b.按洞內(nèi)最多工作人員數(shù)計算得Q2

　　Q2=k·m·q=1.15×150×3=517.5m3/min

　　一般標準為每人每分鐘需要新鮮空氣量3m3。

　　c.按排除爆破炮煙計算得Q3

　　Q3=V1-(KV1t+1/V2)1/t

　　=V1[1-(KV1/V2)1/t]

　　=11826×[1-(100×10-6×11826/12.768)1/30]=901.664m3/min

　　V1--一次爆破產(chǎn)生的炮煙體積V1=S·Ls=150×78.84=11826m3

　　V2--一次爆破產(chǎn)生的有害氣體V2=a·G=40×10-3×319.2=12.768m3

　　t--通風時間取30min；k--允許濃度取100ppm

　　a----單位重炸藥爆破產(chǎn)生的有害氣體換算成的CO體積取40×10-3m3/kg

　　d.按稀釋內(nèi)燃機作業(yè)廢氣計算得Q4

　　根據(jù)裝碴作業(yè)工序中內(nèi)燃設備分布，工作面暫按4臺斯太爾自卸車，每臺作業(yè)時的功率為173KW。

　　Q4=ni·A=3×4×173=2076m3/min

　　ni--洞內(nèi)同時使用內(nèi)燃機作業(yè)的總功率數(shù)；

　　A--洞內(nèi)同時使用內(nèi)燃機每KW所需的風量，一般取3m3/min。

　　通過計算、比較，正洞工作面需風量由稀釋內(nèi)燃機作業(yè)廢氣控制，需風量為2076m3/min。

　　③考慮漏風的風量計算：

　　通風機的供風量除滿足上述計算的需要風量外，還應考慮漏失的風量(風管最長狀態(tài)下的漏風系數(shù))。

　　Q=1.05×2076=2179.8m3/min

　　④橫洞進入正洞施工洞口風機計算：

　　由上述計算，設計中暫確定工作面計算風量(Q計)為K2179.8m3/min，風速0.15m/s，根據(jù)最不利的情況下計算的最大風量值(Q總)選擇洞口處的風機。

　　Q總=KQ計/(1-β)L/100=1.0×2179.8/(1-0.013)1954/100=2814.877(m3/min)

　　結(jié)論:根據(jù)以上計算結(jié)果,橫洞洞口選擇風量為2814.877m3/min的風機才能滿足正洞施工通風需求。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,可選擇一臺風量為3000m3/min的風機在橫洞口。

　　2.2.2風壓計算

　　通風阻力包括摩擦阻力和局部阻力，摩擦阻力在風流的全部流程內(nèi)存在，如拐彎、分支及風流受到其他阻礙的地方。為保證將所需風量送到工作面，并達到規(guī)定的風速，通風機應有足夠的風壓以克服管道系統(tǒng)阻力，即h>h阻。H總阻=Σh摩+Σh局

　�、倬植繅毫�損失：

　　在橫洞通風方案中，主要有轉(zhuǎn)彎引起的局部壓力損失，按下列公式計算：

　　h局=ξ×ρ×ν2/2pa

　　式中：

　　ξ---局部阻力系數(shù)

　　ρ---空氣密度，取1.2

　　ν---轉(zhuǎn)彎管道風速，取30.54m/s

　　拐彎局部阻力系數(shù)計算公式如下：

　　ξ=0.008α0.75/n0.6

　　n=R/D式中：R為拐彎半徑（取40m），D為風管直徑，取1.8m，α為拐彎角度。拐彎局部阻力系數(shù)計算得：

　　ξ=0.008×450.75/22.220.6=0.022

　　局部阻力得：

　　h局=0.022×1.2×30.542/2=12.10pa

　�、谘爻虊毫�損失計算：

　　h=6.5×α×L×Q×g/D

　　α--風道摩擦阻力系數(shù)，取α=3×10-4kgs2/m3；L--風道長度，取1954m

　　Q--風量，取3919.03/60=65.32m3/s；g--重力加速度m/s2，取9.81m/s2；D--風管直徑1.8m

　　h--沿程摩擦阻力pa

　　③橫洞進正洞沿程壓力損失計算：

　　Σh摩=6.5×3×10-4×1954×65.32×9.81/1.8=1356.44pa

　　h阻=Σh局+Σh摩=12.10+1356.44=1368.54pa

　　結(jié)論：根據(jù)以上計算結(jié)果，選用直徑1.8m的風管供風，全壓1400pa的風機能滿足施工要求。

　　2.2.3通風設備、材料選擇見施工通風設備、材料配置表

　　型號:SDF（C）型隧道施工專用軸流通風機。

　　廠家:山西運城風機有限公司

　　風機性能參數(shù):

　　流量(m3/min)壓力（pa）葉輪轉(zhuǎn)速（一級/二級）（r/min）電機功率（kw）

　　293053601480110×2

　　風機性能調(diào)節(jié)：

　　SDF（C）-NO.12.5型有4檔轉(zhuǎn)速，8種運行模式，常用功率的調(diào)節(jié)范圍有5檔。

　　通風管直徑1.8m。

　　2.3通風管理措施

　�、懦闪⒁皂椖拷�(jīng)理為中心，由安全員、通風管理員、通風檢測員參加的通風管理機構(gòu)，負責通風系統(tǒng)各種設備的管理和檢修，督促嚴格按既定的通風方案實施、操作，不得走捷徑，不得圖省事。

　�、仆�風檢測員應定期測試洞內(nèi)風速、風量、氣溫、氣壓、瓦斯?jié)舛鹊�，并做出詳細記錄，及時反饋到現(xiàn)場主管人員，以及時采取必要的措施。

　　⑶柔性風管的安裝必須做到平順、挺直、緊扎、安穩(wěn)。通風管理員應隨時檢查通風系統(tǒng)的運行情況。當發(fā)現(xiàn)通風管破損時，必須及時修理或更換。

　�、葘ν�風系統(tǒng)要千方百計的防漏降阻。風管安裝順直、嚴密,及時修補破損漏風，在加強通風的同時，習盡量減少內(nèi)燃機排放尾氣，提高機械工作效率，同時洞內(nèi)采取防塵措施，盡最大努力防漏降阻。

　�、赏�風機應裝有保險裝置，當發(fā)生故障時應能自動停機，且通風機應有適當?shù)膫溆脭?shù)量。

　　⑹如通風設備出現(xiàn)事故或洞內(nèi)通風受阻，作業(yè)條件太差，所有人員應撤離現(xiàn)場，在通風系統(tǒng)未恢復正常工作和經(jīng)全面檢查確認洞內(nèi)已無有害氣體之前，不得進入洞內(nèi)。

　�、朔�(wěn)定通風管理力量，切實加強通風管理工作。合理的通風系統(tǒng)必須有到位的通風管理相配合。再好的通風設計和布置方案也必須有嚴格的通風管理制度。

　　3.總結(jié)

　　目前系巖溶、瓦斯于一體的Ⅱ級風險白巖腳隧道橫洞工作面已開挖完成。洞內(nèi)的空氣一直保持良好，大大改善隧道內(nèi)施工環(huán)境，保證施工人員的身體健康，提高勞動生產(chǎn)率，加快施工進度，受到了各級領導和洞內(nèi)施工的人員的稱贊和好評。本文通過簡單的通風計算及提出一些管理措施，在今后類似工程實際施工過程中，還需更好地優(yōu)化施工方案及管理措施，并不斷總結(jié)、積累經(jīng)驗。

　　參考文獻：

　　[1]《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB10753-2010）

　　[2]《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（鐵建設[2010]241號）

　　[3]《隧道施工常用通風方法及風量的計算》陳紅波《河港工程》2002年第一期，

　　[4]《羊八井一號隧道橫洞段施工通風探討》鐘彬。