【陈进明创新工作室】隧道施工通风设计案例

秦岭隧洞(黄三段)3号勘探试验洞全长约5千米，由3号斜井两头掘进。其中上游方向掘进3000米，下游方向掘进2346米。

主洞线路前进方向右侧设斜井一座，长度1千米，出渣采用无轨运输，正洞最大通风长度3千米，斜井最大通风长度1千米，全洞最大通风长度4千米。

施工通风是长大隧洞施工的重要配套工艺之一，根据本工程特点，斜井及主洞施工均采用无轨运输，隧洞施工拟采用压入式通风方案。

2.1.1 正洞全断面开挖，有效爆破深度取3m，按IV类围岩断面计算，开挖面积A=56m2；

2.1.2 单位体积岩石用量：全断面开挖取1.0kg/m3；

2.1.3 排除炮烟通风时间：全断面开挖取20min；

2.1.4 百米漏风率，本隧洞长距离通风，根据经验取值P100=2.0%；

2.1.5 柴油机采用安装废气净化装置后的用风指标取4.0m3/min•kW；

2.1.6 管道的沿程摩擦阻力系数取值a =0.02；

2.1.7 对自卸汽车汽车内进行设计标准车速为12km/h，具有5°以上坡度的斜井或者出现路面不平整时，车速为5km/h。

2.2.1 按隧洞内施工的最多人数计算风量

洞内每人每分钟需要新鲜空气量按q=3m3/min，风量备用系数取k=1.2，同时最多工作人数按m=60人计算。则Q1=k•m•p=1.2×60×3=216m3/min；

2.2.2 按最低允许风速计算风量

按最低允许风速υ=0.15m/s，则工作面风量：

Q2=60υ•A=60×0.15×56=504m3/min；

2.2.3 按洞内同一时间内爆破使用的最多用量计算风量

单位用量1.0kg/m3，循环进尺量3m。开挖断面积A=56m2，则一次爆破用量G=1.0×(56×3)=168kg。

计算炮烟抛掷长度：L0=15+G/5=15+168/5=49m；

计算长度49m，在实际应用时，考虑到通风区段长度，要满足掌子面到二衬区段通风需求，按100m考虑，取L0=100m。

取爆破后通风时间t=20min，压入式通风工作面要求新鲜风量采用Ｂ.Ｈ.伏洛宁公式计算为：

　　从以上计算结果比较，按排除炮烟计算风量是所有计算风量中最大的，从安全角度考虑，工作面的设计风量暂取排除炮烟风量Q=700m3/min。

2.2.4 计算平均风速：

 满足最低风速要求。

2.3.1 供风量的确定

风机的供风量按稀释内燃设备废气的要求来确定，假设采用24t红岩自卸汽车出碴，装机功率225kW。车辆在洞内行驶速度12km/h，考虑到隧洞较长时，每辆车装碴循环时间为6min。采用ZL50型装载机装碴，其功率为150kW。重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3，装载机的负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。行车时速为12km/h时，重车的行车间距为1200m，各施工部位机械布置及供风量如下表。 

取工作风量为700m3/min，通风机的风量选择如下表。百米漏风率P100=2.0%，根据百米漏风率公式
，反推漏风系数计算公式为
根据计算，各段落漏风系数如下表。

压入式通风以满足掌子面最大风量需求为主，同时应使整个洞室的作业环境也要基本满足要求。

工作面的需求风量仅为700m3/min，按稀释尾气后机械需要确定风机风量，自然也满足了工作面的风量要求，但采用此计算方法，耗电多不经济，故选择风机时，适当放宽对风量和风压的要求。

2.3.2风压的确定

摩擦阻力计算：
式中，hf为摩擦阻力，Pa；a为摩擦阻力系数，0.002N·s2/m4；L为供风长度，m；U为风带周长，m；Q为风道流量，m3/s；S为风带面积，m2。

局部阻力计算：hx=0.612ԐQ2/S2，根据经验，局部阻力hx≈0.1hf

根据以上公式，计算后各风机风压如下表和图1--4。

风机功率计算公式为：W=QHK/60η，

式中：W为风机功率，W；Q为风机供风量，m3/min；H为风机工作风压，Pa；η为风机工作效率，取80%；K为功率储备系数，取1.1。

W4000=3600×10000×1.1/(60×80%)/1000=825kW；——6×132kW

W3000=2400×4400×1.1/(60×80%)/1000=242kW；——2×115kW

W2000=1800×2200×1.1/(60×80%)/1000=91kW； ——2×47kW

W1000斜井=1200×1000×1.1/(60×80%)/1000=28kW；

W1000主洞=2400×1000×1.1/(60×80%)/1000=55kW；——2×28kW

W1000主洞=4000×3000×1.1/(60×80%)/1000=275kW。——2×132kW

风机设计时的可选电机：

7.5kW，11kW，15kW，22kW，28kW，30kW，37kW，45kW，55kW，75kW，90kW，110kW，132kW，160kW，200kW，220kW，250kW，280kW，315kW…

根据计算数据，采用轴流风机和射流风机两种型号，轴流风机拟选用天津生产的双级和单级调速风机，射流风机选用SDS-11.2型，功率约30kW，约共计需要5台。各施工作业面轴流风机具体型号见下表。

在斜井1000m施工范围内，采用1台单级轴流风机进行压入式通风。斜井转主洞后，拟采用3种比选方案进行后期通风，衬砌作业时，每个台车配置1台射流风机。

单级轴流风机安装在洞外，直接向掌子面压入通风。

主洞洞外压入式通风

2台对旋式轴流风机安装在洞外，直接向掌子面压入通风，为防止上下游掘进不同步时造成压力不对称，斜井设3台射流风机组。

主洞设蓄风房的压入式通风(斜井双风带)

2台轴流风机安装洞外，由2条风带向风房供风。交汇段设置6×20m风房，采用砖砌筑或活动板建造，顶部10cm敞开，通过风房采用2台对旋式轴流风机向上下游供风，斜井设3台射流风机组。

主洞设蓄风房的压入式通风(斜井单风带)

1台轴流风机安装洞外，通过1条风带向风房供风，在风房用2台对旋式轴流风机向上下游供风，斜井设3台射流风机组。

根据对方案1、2、3的运行计算，其经济效益对比分析如下表。

从表中可以看出，

采用方案2，相对于方案1，节约费用831万元；

相对于方案3，节约费用201万元。

从经济性角度考虑，推荐采用比选方案2。

素材提供：陈进明   漆红霞

编辑：王秋晨