长大隧道通风技术

长大隧道通风技术（精选10篇）

长大隧道通风技术 篇1

摘要：以某隧道为例, 简要介绍了长大隧道施工过程中, 通风量设计计算、通风设备选型及通风施工等经验, 可供类似工程借鉴。

关键词：隧道,通风,技术

引言

施工通风直接影响隧道方案的选择、辅助坑道的设置、施工速度的快慢及工程费用, 因此隧道通风已成为设计和施工长大隧道时不可忽视的一环, 尤其是在以无轨运输为主的机械施工的长大隧道, 隧道通风方案的选择已成为隧道施工中的重中之重。在某铁路隧道的施工中积累了一点经验, 现介绍如下。

1 工程概况

某铁路隧道全长3878m, 为单线电气化铁路隧道, 隧道以Ⅱ级围岩为主, 有少量Ⅲ级围岩地段, 节理稍发育, 整个隧道全部属石灰岩地区。施工采用进、出口两个工作面, 进口区场地较开阔, 地形较平坦, 洞口距碴场距离较近, 相对成本低, 因此作为主要工作区, 计划掘进2500m;出口位于U型深谷的陡壁之上, 道路及场坪开辟困难, 弃碴场容量有限, 不易组织较大规模的生产, 计划掘进1378m。经过进行性比较, 结合企业现有设备情况, 项目采用了无轨运输方式。

2 隧道中的有害气体

2.1 炮烟中有害物质及其发生量。

爆破施工主要使用2#岩石硝铵炸药及少部分RJ-2乳胶炸药。产生的有害气体按单一炸药 (2#岩石硝铵炸药) 考虑, 一次爆破使用炸药达190kg, 产生有害气体初始浓度测定为CO:280~291mg/m3;NO2:16~17.9mg/m3。

2.2 柴油机排放有害物。

产生有害气体的机械设备:ITC/SCHAEFF隧道挖掘装载机1台;VOL-VO铰接自卸车2台, 太托拉2台, 三菱砼输送车1台, 根据经验数据及各类施工机械设备使用技术参数, 各种类型机械车辆排气中产生的有害气体浓度见下表1。

2.3 隧道内有害物质的允许标准。隧道内有害物质的允许标准见表2、表3。

3 隧道通风

3.1 通风量计算。

采用大型机械化作业施工的隧道, 出碴及砼输送作业均采用大型机械, 洞内施工人员大幅度减少, 作业人员所需风量已不起控制作用, 主要控制风量的是排出炮烟和柴油机废气所需的新鲜空气量, 所需风量可按排出炮烟、内燃机废气、洞内控制风速三方面考虑。

(1) 排出炮烟所需风量估算:Q= (5Gb-AL) /t

式中:Q—需要通风量, m3/min;

T—通风时间min取t=40min (掘进2500m时的通风时间) ;

G—同时爆破炸药量kg, 取G=190kg;

b—爆炸时有害气体生成量m3/kg, 取b=40m3/kg;

A—掘进断面积m2, 取A=45.28m2;

L—炮烟抛掷长度m, 取L=56m;

(2) 排出废气所需风量估算:Q=k∑Ni

式中:Q—无轨运输所需通风量m3/min;

k—功率通风计算系数, 取k=1.1;

i—内燃机械台数;N—各种内燃机械的额定功率, KW (见表4) ;

(3) 最小风率计算:Q=v A

式中:Q—需要通风量m3/min;

v—允许最低风速m/min, 取v=9m/min;

A—掘进断面积, 取A=45.28m2;

由通风量计算结果表明, 排出内燃机废气是隧道通风的控制指标。

3.2 通风设备选配

(1) 通风机。根据以往的施工经验, 我们对国产的通风设备的选配做了详细调查, 通过比选, 选用西安交大咸阳风机厂生产的SD-1No10A型与SDDY1100No11A型隧道通风机, 该机采用先进的三元优化设计、弯掠组合正交扭曲叶片、子午加速型流道, 具有气体流动性好、效率高、送风距离远、噪音低、安装运输方便等优点。其主要性能参数及性能曲线见表5。

根据排出内燃机废气所需风量Q=1154m3/min可选定通风机由1台SDDY型风机与1台SD-1型风机组合串联, 即在前1500m采用一台SDDY型, 在后1000m采用串联一台SD-1型通风机的通风方式。

(2) 风管。风管根据通风机来选定。在干溪沟隧道中为有效地提高供风距离和考虑风机、风管匹配选用柔性风管, 管径为Φ1500mm混合胶布柔性风管, 采用拉链扣式链接, 接头牢固严密, 不易泄露, 为减小接头漏风量和接头局部阻力采用气密性高无针孔20m长风管。

3.3 通风设备布置。

出口工区初期阶段掘进1500m后, 采用一台隧道通风机, 该机电功率为55×2KW, 具体性能见表6。

爆破后30min, 离开挖面30~70m范围内炮烟浓密, 持续通风, 运碴1.2~1.5h后掌子面附近100m范围内烟尘渐弱, 但在400~600m范围内聚集大量废气及烟尘, 尤其在衬砌台车附近烟尘聚集更明显。证明此时选用1台设备不能满足通风需要, 为解决长距离低消耗通风改用西安交大咸阳风机厂生产的SD-1No10A与SDDY-1000型隧

道通风机串联。

4 通风效果

进口掘进500m, 放炮后通风5min工人可进入工作面;掘进1000m, 通风15min便可进入工作面, 且隧道中部没有明显烟雾和灰尘;掘进2500m时, 通风40min便可进入工作面工作, 但隧道中部1000~1800m处烟尘稍大。

5 经验体会

(1) 施工通风对改善隧道内工作环境及提高工作效率起着至关重要的作用, 在长大隧道施工中, 尤其采用了无轨运输的情况下, 选用大功率、大直径、高效能通风机是关键。

(2) 防漏降阻是实现长距离通风关键, 风管漏风量与安装通风管质量、风管阻力有很大关系, 相同距离的两段风管其漏风率有很大差异。由此可见选择通风设备时, 不仅要考虑设备的供风量, 还要根据通风的长度考虑适当的风压。风压太小, 送风距离达不到要求, 风压太大, 风阻便增大, 风管容易破损, 增加漏风系数。风管的选择原则是在施工空间允许的条件下尽可能选择较大直径的和每节长度较长的风管, 以降低风阻和减少风管接头, 同时提高挂设质量, 保证送风通畅。

(3) 压入式通风方式操作简单方便, 掌子面空气质量较好, 但整个隧道空气稍差, 适合于短隧道无轨运输和中长隧道有轨运输。

参考文献

[1]铁路工程设计技术手册隧道[M].北京:人民铁道出版社, 1978.

[2]中华人民共和国铁道部.铁路隧道运营通风设计规范[S].2001.

长大隧道通风技术 篇2

一、隧道作业环境的卫生及安全标准：

1、2、空气中氧气含量按体积计不得小于20%；

粉尘容许浓度每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg；

3、有害气体最高容许浓度：

①、一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3。②、二氧化碳按体积计不得大于0.5%。③、氮氧化物（换算成NO2）为5 mg/m3以下。④、瓦斯浓度必须小于1%。

4、隧道内气温不得高于28℃。

5、隧道内噪声不得大于90dB。

6、隧道施工通风的风速：全段面施工开挖时不应小于0.15m/s, 分部开挖时不应小于0.25m/s；采用内燃机械作业时供风量不宜小于3m3/(min.kW)；

二、隧道施工通风方法：

1、单一的压入式或吸出式通风，适用于中长、短隧道，一般情况下不超过1500m。

2、中长、长隧道可采用混合式通风，以吸出式管路作为通风的主管道，在开挖面附近设压入式或局部通风。

当隧道采用无轨运输时，以压入式通风为主，或用吹、吸两用式风机；隧道设有辅助坑道时，可利用其作为通风巷道。

根据以往的科研成果：

①、隧道独头掘进长度小于800m时可用1台37kW或55kW的轴流通风机，通风管直径宜为0.7~1.0m；

②、隧道长度在1500m左右时，可用1台2*55kW的轴流通风机或用2*37kW的变速多级通风机，通风管直径宜为1.0m；

③、隧道长度在2000m以上时，可采用2*110kW的轴流通风机，通风管直径宜为1.0~1.5m；

三、施工通风：

根据以上标准和计算结果，经比选我标段前期每个工区洞口分别配备1台SDF（C）-11型通风机（2×55KW，风量1800m3/ min）即可满足洞内压入式通风要求，每个洞口设两台风机，一台工作，一台备用。通风筒选用φ1.5m柔性风管，要求使用表面光滑摩阻小，经纬密实，涂层均匀气密性好的PVC增强布制做，联接方式为气密式拉链。

另外为加快洞内混合气体的排放速度，在衬砌成型段视需要安装SSF－No.10型射流风机辅助通风。

在后期隧道长度在1500m以上时，采用一台2*110kW的变频轴流通风机，斜井为两个工作面时，采用两台2*110kW的变频轴流通风机，解决隧道洞内通风。

另外隧道设计资料显示可能有瓦斯逸出，在隧道施工中，根据瓦斯的实际发生量对通风量进行校核，在通风量不足时进行施工通风设计修正。

隧道通风布置示意图＞30mSDF(C)-No11型风机φ1500风筒SSF-No10射流型风机

四、通风管理

施工通风很重要的一环是抓好管理，项目作业队建立专门的通风作业班，定岗定责，拟订各个岗位的操作要求和考核标准，将通风系统的管理分解到各个岗位，为提高通风效果，要切实抓好管理这个主要环节，实行标准化作业。

1、风机安装标准

风机安装位置距洞口的距离不小于30m，以避免回风污染。风机支架稳固结实，避免运转时震动摇晃。风机上方设防雨遮板。

风机出口设置1.0m长的刚性风管，并用高强度柔性风管与PVC柔性风管过渡。

风机和风管接口处法兰间加密封垫,刚性风管与柔性风管结合处绑扎三道，以减少局部漏风和阻力。

2、通风管的安装

通风管的安装应平顺，接头严密，每100米通风长度漏风率不大于2%。

安装时准确测出中线位置，以5米的间距安装风管悬挂锚杆。风管吊挂要求每100米挠度不大于150mm，轴向偏差每100米不大于300mm。

风管出口距工作面的距离保持在30m。

3、通风机的使用

主风机应保持连续运转，其养护维修可安排在节假日。如必须间歇时，每次不得超过30min。

4、通风的日常管理

通风机派专人值班，按规程要求操作风机，如实填写风机运转记录。对风机和风管每月进行一次专项检查，根据检查结果，制定整改措施，不断总结和改进隧道通风。

5、对施工机械的排烟进行咨询，采取过滤或其它改进措施，以减少机械的排烟污染。

长大隧道通风技术 篇3

关键词：越岭隧道；煤系地层；地表水体

近年来我国社会经济已经取得了突飞猛进的发展，轨道交通建设也随之得到了空前的发展，现在我国已经对将近30个城市进行了轨道建设。本文以工程实际为背景，针对复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计技术展开了一系列的分析。

1.工程概况

某轨道交通一号线是我国现阶段轨道交通领域中最长，同时也是地质条件最复杂的一条长大越岭隧道，隧道全长为4.50km，隧道的最大埋深大约是270m，按照奥法原理进行设计，同时采用复合式衬砌结构，隧道沿线共穿越了侏罗系中的新田沟组、珍珠冲组以及飞仙关组等地层。隧址区岩层主体为碳酸盐岩石，在岩层中约占60%，砂岩与泥质岩其次，在隧道所遇岩层中占到了40%左右。

地层富水性受到岩性、地形地貌以及岩溶等因素的控制，须家河组与珍珠冲组地层中富含一定量的地下水，碳酸岩盐类岩石主要包括嘉陵江组、雷口坡组等，其地层岩溶发育中含有非常丰富的地下水，飞仙关组中发育着灰岩以及泥灰岩等内岩，含有非常丰富的岩溶水。

2.隧道穿越含瓦斯地层和煤层采空区应该如何应对

隧道的施工过程中极有可能会遇到一些有害气体或者有毒气体，同时也会遇到一些采空区和洞顶薄煤层失稳的现象。在隧道设计过程中，针对有关穿煤过程中最大瓦斯涌出量不能0.5m?/min以上的判断，结合隧道埋深实际情况，并经过仔细分析之后，才得出这样的结论：穿越煤层不能超过200m同时煤层应该露出地表以上，因为瓦斯露出地表时间一长变会受到溢出的作用，瓦斯溢出的可能性会比较小，但是对煤层受挤压过程中可能会出现的瓦斯聚集情况进行综合考虑，可能会出现高瓦斯段，这时应该充分重视对瓦斯的防治，尽量避免意外情况的发生。

站在节约投资以及工程安全的角度进行考虑，应对瓦斯监测体系进行提高，并严格按照高瓦斯隧道对其进行监测，在工程施工过程中采取相应的工程措施通过相关煤系地层。结合瓦斯监控结果可以看出，如果有高瓦斯再动态问题出现，应对工程措施进行调整，最终对工程施工安全进行保证。另外，因为充分考虑到隧道穿越煤层可能会碰到采空区，在设计过程中应该结合采空区的规模大小采取相应的解决办法。如果采空区的规模相对较大，可以通过超前预报、采空区积水排放、采空区的加固与揭开、采空区的加固与回填、施作隧道衬砌等相关方式进行处理；如果采空区的规模比较小，可以通过超前预报、对采空区进行超前的预注浆回填、开挖通过采空区以及施作隧道衬砌等相关方式进行处理。

因为隧道穿越煤系的岩层存在比较大的倾角，岩层的走向为92° 57°，与隧道相接近的方向为正西，掌子面穿越煤层之后，拱顶砂岩将会受到煤层切割的影响，进而形成一种楔形体，在开挖的过程中很容易会使拱顶出现垮塌等现象，进而对隧道的施工安全带来严重影响，这时应该使开挖进尺得到适当的减小，同时增加超前预支护、减小爆破扰动等因素带来的损失，最终对隧道围岩整体的稳定性进行保证。

3.隧道穿越岩溶富水区段应该如何应对

3.1岩溶富水区段的分布和主要特点

本工程隧道穿越地层之中的岩溶富水区在整个隧道中占到60%以上的比重，其总长度在2600m以上，隧道工程设计的难点与重点都集中在了本区段中，同时这也正是隧道建设成功与失败的关键。岩溶富水区的主要分布区域是背斜核部的嘉陵江组、雷口坡组等区段，尤其是不同地质分段的接触带发育的最好，经常可以遇到破碎带和岩溶等现象的出现。

本区段中的围岩主要是碳酸岩，在地下水的环境下，主要成分为岩溶裂隙水合岩溶管道水，岩溶发育具有压力高、水量大等一系列特点，最大地下水静水压力可以达到1.8MPa，在这种情况下，地表水和地下水之间的水力联系十分紧密。站在工程安全的角度来看，隧道设计应该对隧道掘进的安全性以及隧道投入运营之后衬砌结构的安全性與排水的可靠性等问题进行综合分析。此外，应与岩溶富水区段的具体工程特点相结合，同时应该从上述几个问题的角度对地下水进行控制与疏导。

3.2隧道穿越岩溶富水区段地下水治理

本隧道在穿越岩溶富水区段的时候需要对地下水进行综合治理，在这里应该围绕疏导和控制两个方向相结合，对隧道施工以及运营过程中出现的生态环境破坏和工程安全等方面问题进行综合考虑，并采用相应的技术措施对地下水进行处理，在治理的过程中应该对以下几方面因素进行分析：1）隧道的社会景象和隧道的地理位置；2）适应城市轨道交通功能以及实际运营期间的维护方式；3）使隧道建设过程中的地面建筑以及生态环境等方面需求得到满足；4）保证工程施工的顺利进行，同时不能出现突泥突水以及高压涌水等事故；5）隧道上作用的水压力不能超过衬砌的正常承受值。与相关工程经验相结合，主要将高水压隧道集中在铁路与公路等工程之中，现阶段我国隧道耐水压隧道衬砌的成功案例并不多见，从这些成功案例中可以看出，衬砌承受水压力不会在1.0MPa，这主要是因为受到防水材料、混凝土抗渗性能以及施工水平等方面因素的制约和影响；6）处理方案一定要保证经济合理与技术先进。

从以上阐述中可以看出，在对地下水进行处理的时候应该将以下工作做好：首先，将超前地质预报作为治理地下水的基础，在以超前堵水为主进行隧道施工，在施工过程中不能出现瞬间大量涌水以及地下水自由排放等现象；其次，将“堵”和“排”的问题处理好，同时对“控制”与“疏导”二者之间的关系进行理顺，尽量做到防排结合，在此基础上对地下水展开综合处理；第三，一定要选择稳定性高、耐久性好的水泥浆液作为注浆材料，使用这样的工程材料对地下水进行治理。

4. 结语

综上所述，本文中提到的隧道设计是一个十分成功的案例，由此工程施工案例中可以看出，在复杂地质条件下，轨道交通越岭隧道设计过程中关键应该对以下几点进行充分的认识：首先，应该对隧道穿越的不良地质条件进行充分的认识，并在此基础上与轨道交通功能、环境、工程安全等方面要求相结合，对应对措施进行有针对性的制定，其次，一定要引起对超前地质预报的重视，同时与信息化施工数据的反馈相结合，及时修正与调整设计的动态。笔者结合自己多年来的实际工作经验，从多个方面对复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计技术进行了相应的分析，供大家参考。

参考文献：

[1]朱颖，蒋良文，屈科，李光辉，曹化平. 西南铁路地质灾害与勘察防治技术成就[J]. 中国工程科学，2008，（4）：29-37.

[2]王梦恕. 水下交通隧道发展现状与技术难题——兼论“台湾海峡海底铁路隧道建设方案”[J]. 岩石力学与工程学报，2008，（11）：2161-2172.

[3]曹文宏，刘千伟，杨志豪，郑晋丽，季倩倩，申伟强，陆明，陈正杰，沈蓉，蔡岳峰，戴清，贺春宁. 2012年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（二等奖）江海软基地区超大特长盾构法隧道设计关键技术[J]. 建设科技，2013，（1）：97-99.

浅述铁路长大隧道通风技术 篇4

关键词：隧道,通风,技术,管理

1 工程概况

某新建客运专线隧道全长6 108 m,隧道内为人字坡,进口段为3 ‰的纵坡,出口段为-5 ‰的纵坡。该隧道地主要以花岗岩、凝灰岩为主,Ⅰ级,Ⅱ级,Ⅲ级围岩约占隧道全长的 90%,围岩总体良好。根据施工组织安排及施工方案,隧道进口采用凿岩台车施工,出口采用人工开挖;根据工期安排,结合工艺及设备配置,出口计划开挖2 865 m,进口计划开挖3 243 m,最大通风距离3 km以上。

2 通风参数计算和通风机选择

2.1 通风量计算

2.1.1 作业机械消耗风量

运渣车运营通风交通量,如下:

N=2×(S1/V1)/Tz+1[1] (1)

其中,N为运渣车辆台数,辆;S1为隧道掘进长度,km;V1为车辆洞内行走速度,km/h;Tz为装渣时间,min。

运渣车辆功率为200 kW,每1 kW配3 m3/min风量。

Q=P×N×W=2 940 m3/min。

考虑内燃机械施工时间的差异及车辆使用年限等因素,修正系数取1.1。

2 940×1.1=3 234 m3/min。

洞内风速:3 234/60/106=0.51 m/s>0.15 m/s(排尘风速)。

当开挖长度为2 700 m～3 200 m时,需通风量为3 234 m3/min。

2.1.2 最小风速确定风量

Q=60×V最小×S最大=60×0.15×120=1 080 m3/min[2] (2)

2.1.3 同时在洞内作业最多人数

开挖+衬砌+找平层及边墙基础+底板施工+电缆槽=40+50+15+20+20=145人。

Q=k×m×q=1.1×3×145=478 m3/min。

各阶段隧道设计风量和实际需用风量见表1。

2.2 通风管阻力计算

根据空气动力学理论,气流沿管道输送要受风管和风道摩擦阻力、管道局部阻力及可能的正面阻力,因此为把需要的风量输送到作业面,通风机必须具备相应的压力。

H机≥H总阻,

H总阻=∑h摩+∑h局+∑h正。

2.2.1 摩擦阻力

h摩$=\lambda \frac{LV{}^2}{2\text{g}d}\gamma {}^{[2]}$ (3)

其中,h摩为摩擦阻力,Pa;λ为达西系数;L为风管长度,m;V为风速,m/s;d为风管直径,m;g为重力加速度,m/s2;γ为空气容重,N/m3。

对任意形状管道d=4S/U,则:

h摩$=\lambda \frac{LUV{}^2}{2\text{g}S}\gamma {}^{[2]}$ (4)

其中,U为风管周长;S为面积;Q为管中风流量,m3/s;V为风流速度,V=Q/S。令$a=\frac{\lambda \gamma }{8\text{g}}$,将a和V代入式(4)得:

其中,a为摩擦系数;Q为风管流量,m3/s;S为风管面积,m2。

2.2.2局部阻力

气流在管中流动,遇到转弯、断面扩大、缩小或交叉等,产生风流阻力。如气流以V1速度从小断面S1进入大断面S2管道,速度降为V2,则气流能量损失为:

将S1V1=S2V2代入式(6)得:为局部摩擦系数,以V=Q/S代替V1,空气重力γ=12 N/m3,代入式(6),得局部损失公式为:

2.2.3阻力计算

对最大输送距离进行风阻计算:

SD-N010风机:h摩(1.5 m)=314.5 Pa,

h局(1.5 m)=29.6 Pa;

SD-1250风机:h摩(1.8 m)=329.2 Pa,

h局(1.8 m)=44.6 Pa。

总风阻值分别为:h总(1.5 m)=314.5+29.6=344.1 Pa,h总(1.8 m)=329.2+44.6=373.8 Pa。满足风机风阻要求。

2.3通风设备及动力

根据计算结果,出口配置SDF-1250,SD-N010各1台;进口因输送距离长、多个衬砌台车作业,漏风率难以控制,因此2 850 m～3 200 m时采用2台SDF-1250风机同时工作,如该段漏风率控制在20%以下,可减少1台。

3通风方案设计

3.1进、出口通风设计

当开挖长度小于650 m时采用SD-N010风机同时高速运转当开挖长度在650 m～2 100 m之间时采用SD-N1250风机同时低速、高速运转。当开挖长度在2 100 m～2 850 m之间时采用SD-N010,SD-N1250风机同时高速运转。当开挖长度在2 850 m～3 200 m之间时采用2台SD-N1250风机高、低速同时运转。

3.2通风方式修改

以上通风方案进口开挖长度在1 300 m～1 500 m之间时通风效果较差。

因此进口开挖长度在1 500 m～2 100 m之间时通风方式适当调整:采用混合式通风,SD-N1250风机往洞外抽,SD-N010风机往洞掌子面供风,两风机间距离错开60 m,以加快空气循环速度、减少漏风率。风机及配套供电变压器随综合洞室开挖往前移动,通过方案调整较好解决该段通风问题。通风设计见图1。

4通风管理

1)加强洞内空气质量监测,根据反馈信息调整通风系统;2)采取措施,减少洞内机械废气排放,控制运渣车烟排放浓度;3)建立健全管理制度,加强通风的日常管理,勤检查、常维护,保证风机正常运转;4)选用大直径、漏风小、风阻低的通风管及大风量高风压的强力风机;5)保证风管接头严密,避免车挂炮崩,防止漏风或尽量减少漏风。

5结语

良好的通风效果是安全生产、文明施工的前提,尤其是长大隧道的通风更是直接影响着施工生产,因而通风方案的优劣至关重要。该隧道得以如期完工得益于合理的通风设计方案及有效的管理,为独头掘进3 km左右长大隧道的施工通风提供了一定的借鉴价值。

参考文献

[1]麦倜曾,熊火耀.隧道及地下工程施工[M].成都:西南交通大学出版社,1997.

[2]李国锋,丁文其.特殊地质公路隧道动态设计施工技术[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[4]钟桂彤.铁路隧道[M].北京:中国铁道出版社,1997.

隧道通风检测技术方方案 篇5

隧道通风系统检测技术方案

1.隧道通风控制检测系统

概述

通风控制系统是在适时检测隧道内CO、VI、TW参数的基础上，将这些数据传送到中控室的通风控制计算机，计算机以检测到的环境参数（CO、VI、TW）为依据，配合交通控制状态，选择风机的控制方式，在保障行车安全的环境条件下，尽量减少风机的运转，从而达到保证隧道正常运营而且节约能源的目的。

通风系统构成

隧道通风系统由隧道管理室监控主计算机系统；微机及PLC系统；一氧化碳能见度检测仪、风速仪、风机驱动配电柜及隧道内风机等系统组成。1.1 CO、VI检测仪

COVI检测器由一氧化碳/能见度检测探头、评价控制单元、安装支架、连接电缆等部分组成。CO测量采用负气体吸收相关吸收原理，在特定的CO 红外吸收光谱的CO吸收峰来测量CO浓度，即发射单元发射特定自红外线，通过10米测量路径发射到接收单元，通过测量特定红外波的衰减，测量CO浓度；能见度测量是通过另一分离通道，由发射／接收单元发射光波，通过10米测量通道到达反射单元，反射光再经原来的10米测量路径反射到发射/接受单元，光束经过衰减，得到的信号经过评价控制单元处理为测量值，就是能见度检测值。

在隧道内的一氧化碳及烟雾透过率检测器，根据隧道的通风方式，在一氧化

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碳浓度比较高和烟雾透过率较低的通风竖井进风口附近及隧道山门附近，设置COVI检测器。隧道内CO、VI检测仪一般按三个断面布设，即进口100米-200米、隧中及距出口100米-200米左右布设。德国有关公路隧道设备的RABT法规中提供了COVI检测仪的安装建议：

 第一安装点设在隧道入口处约150米处；  设备安装高度大约在3.5—4.5米；

 内部CO浓度和烟尘含量沿车行方向呈逐步上升的趋势，在隧道的中后部会达到峰值，故在设备安装的过程中，可适当考虑在隧道中后部相邻设备近距离安装；

CO、VI检测布设在行车方向右侧壁人行道上方3.5-4.5米左右位置，上方应无衬砌接缝漏水现象。COVI检测器用以快速、准确、连续地自动测定隧道内的—氧化碳浓度和隧道内全程烟雾透过率数据，由区域控制器采集数据，监控系统将检测数据与标准值进行比较，对风机的启停控制提供参数依据，供操作人员临视隧道内气体环境污染情况，同时可协助操作人员人工控制风机。

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检测仪具有自动补偿污染和长期漂移的影响，隧道用CO、VI检测仪是自动检测隧道内CO浓度值和烟雾透过率的现场设置CO、VI检测器，采用德国SICK公司的VICOTEC414。

在安装调试时，有校验调试设备。（a）构造及材料

*外壳用坚固的压铸外壳，外面涂有经测试的防腐涂料，并带防护罩，恒温加热的VI和CO镜面。具有现场数据控制显示功能，检测器在电气和机械方面，已具备坚固、牢靠、耐腐蚀的特点。*引出线上电缆。*具有现场显示。*检测器是密封型。（b）主要技术指标

CO/VI检测器型号：VICOTEC414

测量原理： CO：红外吸收，负气体相关 VI（能见度）：光透过滤检测

测量距离： 10米

测量范围： CO：0-300ppm；VI：k=0-15x10-3/m 测量精度： CO：0-150ppm，+/-2.5%；150-300ppm，+/-4% VI：+/-1.35% 分辨率： CO：1ppm，自动校准 供电： 190-260VAC，50Hz

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SICK MAIHAK

防护等级： IP65 负载： 500欧姆

输出信号： DC 4-20mA/RS422/RS232/RS485,CAN数据总线 环境温度：-30－+60℃ 湿度： 95% 有继电器输出来指示工作状态 不受环境干扰光影响测量精度

为现场维护和显示需要，带显示控制单元。带自诊断功能，及时显示故障类型和原因。维护：一年擦拭一次光学镜面。制造商：SICK MAIHAK 德国

1.2风速风向检测器

风速风向检测器采用超声波的原理测量隧道的环境温度和风速风向，其是由二个超声波发射/接受单元、数据处理评价单元、安装支架、连接电缆等部分组成，具有现场显示功能。

本检测器采用德国SICK公司FLOWSIC200，系自动检测隧道内风向和风速的现场设置式TW检测器；隧道内根据通风方式，在隧道内通风竖井进风门和排风口附近共设置风速风向检测器，自动测定隧道内平行于隧道壁而的风向、风速数据以检测风机的运行情况。安装在隧道两侧内壁上，高度为4.2米，两探头与隧道纵向中心线夹角为30-60度，以45度为宜。

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SICK MAIHAK

*外壳以钢板或铸铁制造。检测器在电气和机械方面，具备有坚固、牢靠、耐腐蚀的特点,而且检测器考虑防腐、防湿、防尘。

*引出线为电缆及超声波探头间的连接电缆。*检测器具有现场显示。

（c）技术性能．隧道风速风向检测器

型号： FLOWSIC200 测量原理： 测量范围： 精度：

超声波，传送时间差测量-20m/s 至 +20m/s，任意设定

0.1m/s

0-300s，任意设定

5-20m, 更远可根据要求提供

0/2/4-20mA 响应时间： 测量距离： 模拟输出：

继电器输出：4个编程继电器输出，每个触点最大48V 1A AC；0.5A DC。报警值1-4故障，自检，维护报警 接口： 服务接口 RS232(可选接口 RS422)

-20至+50℃ 220V AC，50Hz IP65 环境温度： 供电电压： 防护等级：

制造商：SICK MAIHAK 德国

3．说明

3.1 对于隧道内一氧化碳和能见度检测器，我公司提供的VICOTEC414一体化CO/VI监测仪，可用一套仪器同时检测CO浓度和能见度，在测量区域内CO对红

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外线的吸收测定CO浓度，透射光强度的衰减则反映能见度的变化。

VICOTEC414的标准测量距离为10米，覆盖范围广，而能见度的测量经过反射，实际测量路径为20米，结果有代表性。(b)输出信号

VICOTEC414检测器不但具有输出信号：DC 4-20mA/RS422/RS232.CAN数据总线；而且还具有3组继电器输出，可在线反映检测器的工作状态（CO故障；VI故障；维修/污染/报警指示）设备从而能得到更好的检修和运转。(c)现场显示的优点

VICOTEC414有带显示的数据评估单元，可以现场显示，在产品单独调试和PLC等设备连调时起到很大的作用.（d）VICOTEC414带有先进的校验装置可以在设备工作时，得到更为准确的分析测量数值。

3.2 隧道风速风向检测仪，我公司提供的FLOWSIC200采用超声波测量技术，并安装在隧道壁两侧，进行隧道全断面平均流速监测，SICK公司的检测器测量距离能达到5—20m（更远可根据要求提供），完全含盖整个隧道宽度，能测量到隧道全截面风的流速结果代表性好。测量精度为+/-0.1m/s。

输出方面FLOWSIC200检测器还具有4组继电器输出，可在线反映检测器的工作状态，设备从而能得到更好的检修和运转。

4．西克麦哈克（北京）仪器有限公司是德国SICK MAIHAK公司控股的中德合资公司。注册资金为160万欧元，现有员工70人。作为SICK MAIHAK公司的子公司，负责SICK MAIHAK公司产品在中国的销售和技术服务。本公司全面继承原代理公司业务，全权代表SICK MAIHAK公司为中国用户服务。

目前在中国的国内（包括香港）已有百条智能交通隧道在使用以上产品，其中最早隧道的已使用了10多年，产品性能良好，故障维修率低。

5.SICK MAIHAK在交通行业的业绩（附后）。

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2006年2月

长大公路隧道施工通风技术研究 篇6

某隧道设计为分离式隧道。全长11 377 m,为超长隧道。本标段施工隧道进口端其长度为5 730 m。1号通风斜井,斜长1 129 m,施工中可兼作施工辅助导坑。

2 隧道通风长度和通风要求

2.1 通风长度

1)根据工期计划,隧道正洞左右线通风长度3 230 m。2)由1号斜井向正洞四个掘进断面通风,根据工期计划,左右线向出口方向通风长度为1 700 m,向进口方向通风长度为800 m,斜井本身通风长度为1 129 m。

2.2 通风要求

按国家卫生标准规定,隧道施工期间,洞内空气质量:

1)给隧道内作业人员提供足够的新鲜空气,空气中氧气含量按体积计不得低于20%;2)洞内人均每分钟必须供给不得少于3 m3、内燃机每千瓦不得少于4.5 m3的新鲜空气,洞内不得小于0.25 m/s的风速等。结合本项目计划通风长度和通风要求,进行通风方案设计计算。

3 通风方案

3.1 隧道进口正洞压入式通风

1)第一种工况(见图1)。

左右洞独头式通风,通风距离按不大于1 500 m计算。

a.按允许最低平均风速计算。

取开挖平均断面积85 m2,允许最低平均风速0.25 m/s。工作面要求新鲜风量:

b.按洞内最多工作人数计算。

c.按排除炮烟计算。

取循环进尺3.5 m,单位炸药用量1.0 kg/m3,一次爆破炸药用量G=3.5×85×1.0=297.5 kg。

取爆破后通风时间30 min。

炮烟抛掷长度l0=15+G/5=74.5 m。

则工作面要求风量Q3按下式计算:

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

d.按稀释内燃废气计算。

设自卸车在洞内行驶速度15 km/h,循环装碴时间4 min/车,运碴车功率216 k W,装碴机功率150 k W。当洞内运输距离为1 500 m时,洞内运行运碴车4辆,装载机1辆。柴油机利用率系数k=0.55。各种内燃机设备的总功率为:

稀释内燃废气所需供风量:

综合上述a.~d.风量计算得知,Q3排除炮烟所需风量最大,取其作为隧道需风量的标准,考虑漏风损失,则要求通风机供风量为:

其中,p为漏风系数,p=1/(1-β)L/100=1/(1-0.015)1 500/100=1/(1-0.015)15=1.254。

e.管道通风阻力和通风机全压。

摩擦风阻。取通风管摩阻系数α=0.001 8 kg/m3,风阻系数计算式:

其中,L为每台通风机送风长度,m;D为通风管直径,m。

通风管道通风阻力损失。

其中,Q为通风机设计风量,m3/s;p为管道漏风系数。

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

风筒出口局部阻力。

其中,ξ为局部阻力系数,取ξ=1。

f.通风机的选型。

通风机选型应满足Q机>Q供,H机>H全压。

目前隧道进口左右洞已分别安装SDF(B)-№13型号轴流风机(电机功率为2×132 k W,高效风量为2 691 m3/min>2 222.1 m3/min;全压为5 920 Pa>2 698.9 Pa),均满足需要。

2)第二种工况(见图2)。

当左右洞掘进长度超过1 500 m时,因距离过长,使得压入式通风排烟效果变差,洞内施工作业环境质量达不到规范要求,将左右洞洞口风机移进右洞洞内,利用右洞成洞地段巷道通风,此时左洞排烟,直到进口正洞与3号斜井贯通。

此具体方案是:封闭2号人行横通道及其以前所有的横通道,在隧道右线的2号人行横通道和2号车行横通道之间放置2台功率2×110 k W的轴流式通风机,在左线成洞地段按200 m~400 m间隔放置1台射流风机,具体方案见图2。随着掘进长度的增加,通风机的位置可以相应的向前移动,原理相同,以达到工作面空气质量符合要求。

3.2 某隧道1号斜井压入式通风

1号斜井进入正洞之后,需向进出口方向左右洞四个掘进面通风,共分两种工况:

1)第一种工况。

由1号斜井向进出口方向左右洞四个掘进面施工,且未到达车行(人行)横通道时,即向出口方向掘进不大于300 m,向进口方向掘进不大于150 m时,因正洞掘进长度短,直接采用1号斜井洞口轴流式通风机压入式通风。通风方案如图3所示。

注意事项如下:

a.1号斜井左右洞压入式供风系统各自独立,即一套管路只负责左洞或右洞的进出口两个方向,互不影响,便于在钻爆与出碴作业工序上调整,并避免出现供风高峰。

b.1号斜井左右洞四个工作面轮番爆破、出碴,斜井内的空气环境将会异常恶劣,为此必须增设射流风机,以加速炮烟及污浊空气的排放。

2)第二种工况。

由1号斜井向进出口方向左右洞四个掘进面施工到达车行(人行)横通道,但进口方向与正洞尚未贯通时,采用巷道式通风,即把连接左右洞的联络排风道左右线之间段隔离密闭成风室,新鲜空气在这里中转交换;左洞工作面的污浊空气由横通道进入右洞,再通过斜井排出。通风方案见图4。该工况条件下,1号斜井洞口处仅布置1台2×132 k W轴流式通风机往风室压入新鲜空气,以满足四个工作面施工的需要,可能出现风量不足的情况,故有必要采取增加通风机和加大风管直径的措施,待施工时相应确定。

4 结语

在隧道施工期间,不间断的对隧道内的有害气体进行检测,空气质量在通风20 min时达到国家标准,比国家要求的30 min提前了10 min,NO2浓度最高值为0.3 mg/m3,远低于国家标准5 mg/m3。

良好的施工通风,保证了正常的安全生产,并改善了劳动条件,保障施工作业人员身体健康,提高了劳动生产率,所以我们必须重视和研究施工通风技术。

摘要：结合某长大公路隧道通风的长度和要求,介绍了隧道进口正洞压入式通风与隧道斜井压入式通风两种方案,并对两种方案下不同的通风工况进行了计算分析,有利于比选出最佳的通风方案。

关键词：隧道,通风方案,斜井,通风机

参考文献

[1]宋宇新.隧道长距离独头通风施工技术[J].西部探矿工程,2004,12(20):76-77.

[2]王立琛.长大公路隧道施工通风技术研究[J].山西建筑,2009,35(11):317-318.

长大铁路隧道施工通风技术探讨 篇7

1 工程概况

新建张家口至唐山铁路工程燕山隧道位于河北省宣化县李家堡乡李家堡村与赤城县龙关镇八里庄村之间境内, 为双洞单线隧道, 线间距为40.0 m。隧道左线进口里程为改DK52+953, 出口里程为改DK74+106, 长21 153 m;隧道右线进口里程为改YDK52+960, 出口里程为改YDK74+114, 长21 154 m。隧道设置7座斜井, 左线与右线每隔420 m设置横通道一个。

燕山5号斜井设计为双车道永久斜井, 断面尺寸为6.8 m×6.3 m (宽×高) , 斜井长1 352 m, 与左线正洞交会里程为DK66+422, 与线路平面交角为67°, 综合坡度8.01%, 采用无轨运输方式。进入正洞后承担四个作业面的施工任务, 属于单斜井进双正洞双向掘进, 同时有四个面施工, 其中左、右线张家口方向1 310 m, 左、右线唐山方向1 750 m, 施工任务平面布置示意图见图1。通过斜井独头掘进最长距离为3 102 m。

2 通风方式选择

结合燕山隧道5号斜井进正洞后四个面同时施工的实际施工情况, 斜井进正洞施工通风方式分为两个阶段。第一阶段:斜井进左、右线正洞后, 第一个横通道未施工前, 采用压入式通风技术;第二阶段:横通道施工后, 采用排风式和巷道式相结合的混合式通风技术, 并使用射流风机加强空气流动。

3 通风系统设计

3.1 设计原则

1) 正常施工条件下的施工环境应符合国家卫生标准, 即CO含量低于30 mg/m3, 氮氧化物 (换算成NO2) 低于5 mg/m3, 粉尘浓度不得大于2 mg/m3, 洞内气温不得大于28℃。2) 应紧密结合施工现场, 满足施工进度的要求。3) 应尽可能降低通风技术难度, 便于施工管理。4) 选用国产低噪声、高效率专用隧道风机, 坚持节约投资、节约能源的设计原则。

3.2 所需风量计算 (单工作面)

在长大隧道施工又采用钻爆无轨运输的情况下, 设计需考虑隧道内最低允许平均风速、人员呼吸所应保证的风量、排出炮烟、粉尘所需风量、稀释和排出内燃设备废气所需风量等因素。根据施工通风经验, 一般稀释和排出内燃设备废气计算所需风量是最大的, 也是确定通风系统设计风量的主要依据。根据《铁路隧道工程施工技术指南》规定, 稀释内燃设备废气所需风量不应小于3 m3/ (min·k W) , 则:。其中, Ti为内燃机械设备利用率, 取0.65;Ni为每台内燃机械设备的额定功率, 其中装载机功率为162 k W, 出碴汽车功率为214 k W, 挖掘机功率为110 k W。第一阶段:内燃设备按出碴车3台、装载机1台、挖掘机1台考虑, 经计算Q内=1 782.3 m3/min;第二阶段:因设置了排风机, 只考虑掌子面附近的内燃设备, 按出碴车2台、装载机1台、挖掘机1台考虑, 经计算Q内=1 365 m3/min。

3.3 风机供风量 (单工作面)

1) 管道漏风系数:。其中, L为通风管道长度;P100为平均百米漏风率, 取1.5%。2) 风机供风量:Q供=P·Q内。经计算, 两个阶段风机供风量如表1所示。

3.4 管道风阻计算

1) 沿程阻力损失。。其中, α为管道摩擦阻力系数, 取0.002 kg/m3;L为通风管道长度, 第一阶段取1 772 m, 第二阶段取500 m;d为风管直径, 第一阶段取1.5 m, 第二阶段取1.2 m;Q为计算几何平均风量。计算沿程阻力损失时, 管道风量应取风机风量和工作面风量的几何平均值。2) 局部阻力损失。局部阻力损失可按沿程阻力损失的10%~15%估算, 取hx=0.1hf。通风阻力损失:hf+hx=1.1hf。经过计算, 两个阶段通风阻力损失如表1所示。

3.5 风机排风量 (单工作面)

第二阶段污浊气体采用轴流风机向外排出, 排风量为掌子面稀释内燃设备的污浊空气和整个通道的污浊空气。

其中, L未为未衬砌段长度, 取200 m;A未为未衬砌段断面积, 取45 m2;L衬为衬砌段长度, 取1 550 m;A衬为衬砌段断面积, 取32 m2;v为污浊气体流动速度, 取0.3 m/s。

经计算Q污=780.3 m3/min。则轴流风机排风量Q排=Q污+Q内=1 365+780.3=2 145.3 m3/min。

3.6 射流风机计算

射流风机加快空气单向流动的速度, 所需的风量为:

其中, v为隧道内空气流动速度, 取0.3 m/s;A为已衬砌段面积, 32 m2;k为沿程损失, 取1.5。

3.7 通风设备选择及配置

按两个面同时爆破和出碴配置通风设备。根据前面的计算结果, 第一阶段压入式轴流风机选用SDF (C) -No12.5型, 风管选用直径1.8 m和1.5 m的PVC拉链式软风管。第二阶段巷道式轴流风机选用SDF (C) -No11.5型, 射流风机选用SSF-No10, 风管选用直径1.2 m的PVC拉链式软风管;排风式轴流风机选用SDF (C) -No12.5型, 风管选用直径1.8 m PVC拉链式软风管。主要通风设备参数见表2。

3.8 隔风门制作

横通道右线侧 (污浊空气通道侧) 设置隔风门, 为便于拆除, 采用铁架上粘贴防水板密封。

3.9 通风系统布置

第一阶段:在斜井口设置2台SDF (C) -No12.5型轴流风机, 通过直径1.8 m软风管将新鲜空气送至井底, 斜井与正洞交叉口处采用可调式铁皮三通管将风路分为左、右线直径1.5 m软风管, 新鲜空气被压入到掌子面, 具体见图2。

第二阶段:左线掌子面后第一个横通道向井底方向100 m左右设置一台SDF (C) -No11.5型轴流风机, 通过直径1.2 m软风管将新鲜空气送至左、右线掌子面, 横通道位置设置铁皮三通管;斜井进右线横通道进、出口方向20 m左右设置2台SDF (C) -No12.5型轴流风机 (排风机) , 通过两路直径1.8 m软风管将污浊空气排到洞外。除斜井进右线横通道和掌子面后第一个横通道外, 其他所有横通道设置隔风门。为加快空气流动, 每间隔420 m左右设置一台射流风机, 位置为横通道附近, 具体见图3。

4 通风效果监测

考虑右线通风距离比左线长、大里程通风距离比小里程通风距离长两个因素, 两个阶段的监测地点均选在右线大里程方向, 第一阶段监测地点为通风距离1 742 m处, 第二阶段监测地点为通风距离470 m处。风速、通风量、NO2和CO浓度爆破后15 min, 30 min, 60 min进行监测, 监测结果见表3。

从监测数据可以看出, 监测地点风量和风速均满足要求;爆破后30 min, 两个阶段监测CO浓度低于30 mg/m3, NO2浓度远低于5 mg/m3, 出碴过程中因出碴内燃设备尾气造成CO浓度有所上升, 但低于30 mg/m3, 满足国家卫生标准。

5 结论及建议

1) 燕山隧道5号斜井进正洞两个阶段采用的通风技术取得了良好效果, 特别是第二阶段采用的排风式和巷道式相结合的混合式通风技术, 解决了单斜井进双正洞四个工作面同时施工的通风难题, 且对通风成本有利, 可值得类似工程借鉴。

2) 单斜井进双正洞四个工作面施工, 产生的污浊空气多, 虽设置了射流风机加快流动速度, 但到施工后期, 污浊气体流动的距离长、速度缓慢, 在洞内滞留时间长, 影响已衬砌段的施工环境。为加快污浊气体尽快排出洞外, 建议在污浊空气通道顶部间隔200 m打直径20 cm或30 cm的通风孔, 利用烟囱效应进行自然排污浊空气。

摘要：在总结钻爆法无轨运输压入式、排风式和巷道式通风技术经验的基础上, 通过对燕山隧道5号斜井进双正洞同时施工的两个阶段通风系统设计和布置, 达到了提高通风效果和改善隧道施工环境的目的。

关键词：斜井,双正洞,混合式通风技术,长大隧道

参考文献

[1]赖涤泉.隧道施工通风与防尘[M].北京:中国铁道出版社, 1994.

[2]王海峰.乌鞘岭特长隧道斜井施工通风技术[J].科技情报开发与经济, 2007 (15) :277-279.

[3]豆小天, 陈庆怀.大风室接力通风在长斜井隧道施工中的应用[J].隧道建设, 2011, 31 (1) :104-108.

[4]罗占夫, 职常应, 乐晟.关角隧道施工通风斜井分隔技术研究[J].隧道建设, 2009, 29 (4) :411-414.

[5]周大勇.复杂条件下隧道长距离无轨运输施工通风技术[J].石家庄铁道学院学报 (自然科学版) , 2010 (1) :94-97.

[6]张成刚.长大隧道钻爆法施工中通风防尘方案[J].铁道建筑, 2009 (5) :68-70.

[7]王德明.矿井通风及安全[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005.

[8]新建张家口至唐山铁路工程ZTSG-2标段实施性施工组织设计[Z].2012.

长大隧道施工通风 篇8

长大隧道穿越地层跨度大, 地质情况复杂多变, 施工难度大。隧道开挖爆破作业将产生大量有害气体;洞内出碴运距较大, 机械数量多, 作业时间长, 将排出大量的尾气。这些有害气体很难自然排出洞外, 必须采用机械通风稀释或挤排出洞外, 隧道通风要求高。为保证洞内作业人员的生命安全, 施工通风工作不容忽视。

1工程概况

尤溪隧道全长12 974 m, 属于长大隧道, 分进出口两个标段施工, 其中进口标段承担施工任务6 186 m。隧道采用爆破法开挖, 隧道进口单口施工长度达2 900 m, 通风排烟难度较大。

秀村斜井长1 800 m, 与正洞交于DK374+700, 相交处平面交角45°。斜井工作面负责正洞DK372+464~DK375+856段共3 392 m施工任务, 其中:往进口方向2 236 m, 出口方向1 156 m[1]。

2施工通风

2.1通风量计算

1) 正洞施工所需总风量。

a.施工人员所需风量:

其中, UP为洞内每人所需新鲜空气量, 一般按3 m3/ (min·人) -1计算;m为洞内同时工作的最多人数 (二衬班20人, 初支班20人, 开挖班30人, 出碴班6人, 装载机司机2人) ;k为通风备用系数, 取1.1~1.5。

b.爆破散烟所需风量。

隧道采用纵向压入式通风。

计算风量:

其中, A为同时爆破的炸药量, 按Ⅱ级围岩爆破计算A=120×3×0.8=288 kg;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积116.76 m2;t为通风时间, 取30 min;L为爆破后炮烟的扩散长度, 取60 m[2]。

c.按内燃机作业废气稀释的需要计算 (见表1) 。

其中, n为洞内使用内燃机作业的总功率;A为内燃机每千瓦所需的风量, 一般为2.8 m3/ (min·k W) 。

d.按洞内允许最小风速计算 (见表2) 。

其中, v为洞内允许最小风速, 取0.15 m/s;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积116.76 m2。

综上所述, 得正洞工作期间洞内所需总风量:

2) 斜井施工所需总风量。

a.施工人员所需风量:

其中, UP为洞内每人所需新鲜空气量, 一般按3 m3/ (min·人) -1计算;m为洞内同时工作的最多人数 (开挖班20人, 初支班20人, 出碴班5人, 装载机司机2人) ;k为通风备用系数, 取1.1~1.5。

b.爆破散烟所需风量。

本隧道采用压入式通风。

计算风量:

其中, A为同时爆破的炸药量, 按Ⅱ级围岩爆破计算A=120×3×0.8=288 kg;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积33.41 m2;t为通风时间30 min;L为爆破后炮烟的扩散长度, 取60 m。

c.按内燃机作业废气稀释的需要计算 (见表3) 。

其中, n为洞内使用内燃机作业的总功率;A为内燃机每千瓦所需的风量, 一般取3 m3/ (min·k W) 。

d.按洞内允许最小风速计算 (见表4) 。

其中, v为洞内允许最小风速, 取0.15 m/s;S为坑道断面面积, 取Ⅱ级围岩开挖断面面积33.41 m2。

3) 通风机的工作风量计算。

DT64-125型轴流风机提供的最大风量为3 300 m3/min, 最大风压为5 920 MPa。斜井最长通风管3 944 m, 正洞最长通风管2 794 m。则通风机提供到最远掌子面的风量为:

其中, P为100 m风管漏风量, 取1%;L为通风管的长度;Vm为通风机提供的最大风量。

斜井:V= (1+0.01×1 800/100) ×3 300=3 894 m3/min<4 481 m3/min。

斜井正洞:V= (1+0.01×4 036/100) ×3 300=4 632 m3/min<6 268 m3/min。

进口正洞:V= (1+0.01×2 794/100) ×3 300=4 222 m3/min<6 268 m3/min。

斜井施工期间, 考虑洞口有自然通风, 故配置1台空压机。

斜井与正洞贯通后, 增加1台空压机, 两台同步供风。

2×4 632 m3/min>6 268 m3/min, 满足施工要求。

进口正洞施工, 进洞1 000 m内, 配置1台空压机。超过1 000 m, 增加1台空压机, 两台同步供风。

2×4 222 m3/min>6 268 m3/min, 满足施工要求。

2.2通风设计

1) 正洞进口施工通风方案。

进口采用纵向压入式独头通风, 进口正洞施工, 进洞1 000 m内, 配置1台空压机。超过1 000 m, 增加1台空压机, 两台同步供风。风管采用150 cm PVC软质通风管, 在洞门外不小于20 m处沿隧道一侧高架。同时加强通风管理, 防漏降阻, 控制百米漏风率在1%以内, 以满足施工生产的环境需要 (如图1所示) 。

2) 斜井施工通风方案。

斜井施工采用压入式通风, 在洞口设置1台2DT64-125型轴流通风机。斜井与正洞贯通, 正洞施工期间, 增加1台风机实行两台风机同步供风, 在斜井相交处分叉, 实行双向供风。通过150的PVC软风管送风。

风机安装位置在洞口20 m以外, 避免洞内压出的污气反循环进入风机形成二次污染。风机出口设置变径硬管与风管连接, 风机与风管接口处法兰间加密封垫, 刚性风管与柔性风管结合处绑扎三道, 以减小局部漏风和阻力 (见图2) 。

3) 洞内通风设施布置。

通风管道采用150 cm PVC软质通风管悬挂线路左侧拱腰位置, 采用吊挂安装, 避开其他管线。斜井内风管布置于洞顶部位。

2.3风管安装要求[3,4]

1) 通风管吊挂要平直、拉紧吊稳, 避免出现褶皱增加阻力;

2) 当外径不同的风管连接时, 应以大小头过渡, 过渡长度以3 m~5 m为准;

3) 通风管末端距工作面不超过15 m;

4) 施工衬砌中必须拆卸通风管时, 必须保证风管不得被人为损坏。

2.4通风管理措施[3,4]

1) 加强环保意识, 重视通风工作, 向煤矿学习, 成立专业的通风队伍, 负责通风机、通风管安装, 维护, 以及通风方式变换, 并承担通风效果的责任。2) 通风监测是搞好通风除尘的重要工作, 通风技术人员负责日常的有害气体浓度监测, 根据浓度调整风量, 合理供风, 省电节能。3) 当风管供风到1 000 m时, 应进行一次漏风率测定, 判断风管维护水平, 推断4 000 m时的总漏风率。4) 炮眼应采用水炮泥封堵, 既可减少残眼, 又可使污染在源头得到治理。5) 控制运碴车的柴油烟排放浓度, 也是取得通风效果的重要措施。6) 斜井的断面小, 风管挂好以后要用8号铁线架网, 以免风管下垂被出碴车挂坏。

3结语

尤溪隧道目前已经顺利贯通, 在采用该通风方案施工近3年来, 未因通风不畅, 发生缺氧、中毒事故;洞内作业人员没有患职业病迹象。施工实践证明该通风方案安全、可靠、可行, 可以采用和推广。

参考文献

[1]新建铁路向莆线三江镇至莆田 (福州) 段施工图设计文件[Z].

[2]李小青.隧道施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[3]TB 10204—2002, J 163—2002, 铁路隧道施工规范[S].

[4]TB_TZ214—2005, 客运专线铁路隧道工程施工技术指南[S].

长大隧道施工通风系统选用与优化 篇9

关键词：长大隧道,施工通风,有限元模拟,优化

1 工程概况

鹤大高速TX01标段二密隧道工程全长3 160 m, 隧道位于长白山西南麓支脉山区, 隧道最大埋深约200 m。隧道穿越围岩类别有Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级, 其中Ⅲ级围岩7 725 mm, 占48%, 设计断面81.4 m2。隧道出口计划掘进1 675 m, 开挖方法为钻爆法, 采用内燃装载机装碴、自卸汽车无轨运输出碴, 通风效果的好坏对掘进影响很大。

2 通风系统的选用

第一阶段考虑采用压入式通风, 通风距离为1 000 m以内。

第二阶段在掘进深度较大时, 排烟时间过长, 因此采用混合通风方式, 采用抽出式风机将靠近掌子面的烟尘尽快排除。

第三阶段在掘进一定深度后现有压入式风机的风压会存在不足, 根据隧道开挖断面大的特点, 在拱顶位置设置射流风机 (根据需要可设置多台) , 以保证提供足够风压。

3 通风系统实施效果检验

隧道施工初期采用压入式通风阶段能够保证掌子面附近烟尘很快得到排除。采用混合式通风阶段, 虽然增加了抽出式风机, 但由于功率过小, 在靠近抽出式风机附近烟尘积聚严重, 但在掌子面300 m范围的工作区域内基本能够满足工人正常生产, 在掘进1 300 m时, 虽然在掌子面附近和第一台衬砌台车前各增设了1台NSL-100U-4P-41射流风机作为辅助通风, 但通风效果不理想。掌子面附近的烟尘排除时间过长, 尤其在出碴期间, 洞内工作不得不间断进行, 导致作业循环时间过长。

4 通风系统的局部模拟分析与改进

运用MSC.Marc程序中的流体分析 (FLUID) 功能对隧道通风系统中几个重要组成部分进行三维数值模拟分析, 以揭示掌子面附近的通风流动规律, 为改进通风系统提供依据。

4.1 局部分析模块的选取

隧道施工中在掌子面150 m范围内为工人工作频繁区域, 原隧道通风系统压入式风筒末端距掌子面约30 m, 2台射流风机分别位于距掌子面40 m和70 m的施工用简易台车上。首先将掌子面工作区间按不同工序进行了划分, 见图1。其次, 对工作区域内的风筒末端和射流风机通风情况以施工实际的几何尺寸和风机安装位置为计算依据通过有限元计算方法进行三维模拟分析。

4.2 隧道射流通风分析

4.2.1 计算模型

模拟分析的射流风机选取隧道实际采用的NSL-100U-4P-41型射流风机, 计算模型选取风机前端50 m和后端10 m, 有限单元网格划分见图2。

4.2.2 计算结果与分析

1) 在风机附近会产生涡流, 引起射流风量的损失。因此射流风机工作面安装位置很重要, 施工中应注意避免射流风机附近的这种涡流出现在工作区内。2) 图3显示了风机附近轴向铅垂面的速度分布云图。从中可见在风机下方形成较明显的低速回流区, 在很短距离内沿隧道纵向扩散完成后在区段的出口段后半部分就已经达到均匀流状态。因此在安放射流风机时, 要充分考虑这些因素的综合影响, 确定合理摆放位置。同时可以观察到在均匀流区段内每个断面内的风速分布规律为中间最大, 向四周逐渐衰减, 为了减少正面阻力损失, 一方面减少障碍物, 另一方面洞内设备摆放要尽量靠近巷壁。

4.3 风筒末端通风分析

1) 计算模型。

以二密隧道原施工通风系统风筒末端的状态参数为主要研究对象, 对此处的局部损失进行了三维模拟, 暂未考虑出碴工序各种设备工作情况。

2) 计算结果与分析。

a.风筒末端风流出风筒后进行了速度的重分布, 继续向前风流较小, 大部分风流形成回流流向区域后端。b.愈接近风筒末端风速愈高, 由于风流断面突然加大, 会产生较大的阻力损失, 此处气流压力会急剧下降, 但进入隧道不远就完成了风流的降压过程, 在区段出口附近逐渐形成稳定流动。c.隧道施工中, 掌子面爆破和出碴工序是洞内污染的主要来源, 而且装碴作业时间长, 因此宜将风筒末端引至此作业面中, 利用风速的回流作用将此处的污染气体冲淡和带走。

4.4 对原隧道施工通风系统调整

通过对原通风系统模拟分析, 我们对通风系统在保持原有通风设备不变的情况下进行了如下调整, 隧道通风系统调整后布置如图4所示。1) 为保证出碴区内有足够的风量, 将压出风筒至掌子面的距离控制在15 m范围内, 并采取有效措施对风筒加以保护。2) 将风机Ⅱ尽量靠近下导落底区, 也使射流风机形成稳定风流迅速到达其他工作区, 改善通风环境。3) 将射流风机Ⅰ移至第二组衬砌台车后面, 以补偿工作区域内由于作业工序较多而造成较大的阻力损失, 对风压及时进行动力调节, 最终将洞内有害气体全部排出。4) 减少工作区域内各种临时设备、材料的堆放, 对一些常用设备的摆放要尽量靠近隧道侧壁。

4.5 通风综合管理改进措施

1) 风管的改进。本隧道原通风系统采用软风管, 防漏降阻是实现长距离通风的技术关键。我们在靠近风机一端的高压差区段采用了硬风管进行改进, 以减少漏风现象的发生, 将破损软风管尽量靠近出风口端加以利用。风管的接长增大到30 m以上, 接头采用拉链方式, 以减少接头漏风和降低局部阻力。2) 加强通风管理。建立和稳定通风技术队伍, 加强现场检查和通风管理工作。同时加强施工设备的维修管理工作, 降低有害气体的排放量。

4.6 改进效果的检验

1) 通风排烟时间由2 h～3 h降到40 min以内, 且洞内作业区域的环境基本满足通风环境标准。2) 洞内可视度提高, 工作面装碴机司机和其他辅助人员可以连续作业, 连续装完一排碴只需5 h～6 h, 而过去出碴时间需8 h～10 h。3) 作业循环时间已控制在18 h～20 h以内, 比以前缩短6 h～7 h以上。

5 长大隧道施工通风系统优化小结

1) 在隧道施工中, 施工人员主要集中在掌子面附近区域工作。因此可根据不同作业活动区域特点按主控区域 (工作区) 和辅控区域 (非工作区) 区别控制通风, 合理匹配设备, 以突出重点、节省资源。二密隧道在通风系统设计优化时根据这一点, 充分利用现有通风设备, 满足了通风需要。2) 风机与风管的性能必须合理匹配。风机和风管组成了统一的通风系统, 该系统的性能由它们的工况点所确定。二密隧道施工中通过对实际通风数值模拟以及实践检验改进了施工通风系统, 在未增加设备投入的情况下也取得了较好的效果。3) 在长大隧道的施工通风中风压的损耗是非常大的, 目前采用的风管供风系统降低通风阻力的主要技术手段是采用大直径风管。二密隧道在施工中采取了120 cm的风管以减小阻力。4) 搞好隧道施工通风的关键在管理, 因此解决当前隧道施工通风技术难题主要应采取科学设计、合理布局、优化匹配、防漏降阻、严格管理等综合措施。

参考文献

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[2]JTJ 026.1-1999, 公路隧道通风照明技术规范[S].

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[6]金学易, 陈文英.隧道通风及隧道空气动力学[M].北京:中国铁道出版社, 1982.

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[8]王日升.美菰林纵向通风公路隧道数值模拟与研究[D].北京:北京工业大学硕士学位论文, 2003.

长大隧道通风技术 篇10

1 隧道防灾通风

公路隧道通风方案的设计, 需要考虑两个要点: (1) 满足交通运营通风; (2) 满足火灾发生时的通风需求。而第二点防火救灾是目前公路隧道尤其是长大公路隧道通风的重点难点, 而且是今后很长时间内需要攻破的难题。火灾工况时的隧道通风必须以保障人身财产安全为首要目的, 通过有效的防烟排烟设计, 控制烟气合理流动。总结成功经验, 隧道防灾通风设计应遵循以下原则: (1) 有利于人员逃生避难, 应尽量减少传到人体上的热负荷, 避免因纵向风流的混流而影响排烟和火灾救援; (2) 有利于消防救援人员展开救援和消防工作, 使消防救援人员从上风向接近火场; (3) 避免火场高温空气大范围扩散, 防止发生二次火灾导致火灾规模扩大; (4) 避免烟气进入相邻隧道或避难场所。简称为“两个有利于, 两个避免”。在研究通风方案时, 必须谨慎, 这包括两个方面, 一方面是基础设施的合理布置:隧道防火区段的划分, 横通道的设置、开启与关闭, 烟流排出的路径与速度, 逃生通道的空气补给, 避难洞的新风需求, 隔温安全段的长度和降温措施, 排风口的间隔和面积等;另一方面是机器调:配火灾时的风机控制, 部分风机损坏时的风机调配等。这些要点都要逐一详细研究。在研究这些问题的同时必须综合考虑隧道的正常通风以及安全等级和防灾救灾预案的制定, 并在通风方案的选择阶段和优化阶段, 分层次进行。研究的方法有多种, 可以综合物理实验的方法和数值模拟的方法同时进行。

目前隧道通风基本采用纵向通风方式。然而这种通风方式存在着一个严重的缺点, 该种通风系统中并未设置专门的排烟通道, 而是通过车行通道进行通风和排烟, 因此如何进行防灾通风和人员疏散是一个亟待解决的问题。《规范》规定, 纵向通风应视隧道内火灾点的位置确定风机的正反转, 应尽量缩短火灾烟雾在车道内的行程。在此基础上必须考虑隧道实际情况, 如果仅仅按照“缩短火灾烟雾在车道内的行程”进行排烟设计, 将可能造成火灾时人员疏散困难, 而这与通风设计原则背道而驰, 后果难以想象。

2 通风方案的优化

优化研究是对通风方案深化和完善的重要过程。在通风方式的选择和通风方案的初选结束之后, 我们需要对一些隐藏的深层次的问题进行综合考虑, 以求达到设计要求。方案的优化, 重点是研究方法的改进, 进行数值模拟时可分两步进行:首先, 根据一元流理论, 对不同斜 (竖) 井段、不同的交通条件、不同的风扇配置、风流隧道方向、风速、空气压力分布进行研究并给出通风模式的定性和定量的描述。然后, 你可以使用CFD技术, 进一步详细研究这些问题, 并研究细部结构如斜 (竖) 井断面、分流和汇流局部损失系数、射流风机效应、轴流风机进出口段最佳长度和角度、连通道和过渡端的阻力、连通道在灭火排烟中的作用、火灾时的烟雾分布规律、隧道污染物的扩散等对通风效果的影响。物理实验研究是利用物理模型, 模拟已拟定的通风方案在不同不同通风工况、细部结构、不同风机配置时的通风效果, 观测各个细部结构的流场分布, 实测模型内不同断面的风压、风流、风速;实测壁面不同细部损失系数和阻力系数、研究各个细部结构的最佳几何形状;以观测火灾发生时的烟流的分布, 风机排烟效果等, 确定风机的最佳配置;研究不同风机参数对风场的影响。数值模拟和物理模拟的研究方法目前还存在一些有待改进的地方, 如建立更符合实际的计算模型、非相似物理实验模型等。但是物理实验是优化研究的奠基, 它既是通风方案的验证, 也是通过实测为数值模拟提供计算参数, 修正和完善数值研究模型的有效途径。因此, 物理实验在长大及特长公路隧道的通风优化中扮演着重要的不可替代的作用, 决不能使之流于形式或是沦落为单纯的对通风方式单验正。

3 通风效果检测

在隧道竣工运营后对隧道通风状况进行实地检测, 这个过程称为通风效果检测, 《规范》规定, 其主要内容包括:隧道内的CO浓度、NO2浓度、HC浓度、烟雾透过率、风压、风速、噪音;隧道区域环境污染浓度、污染范围;风机性能、风机功率、风机组合功能、风机控制效果甚至于检测器件的灵敏度等。这些指标反映这隧道通风设计的成功与否, 通风效果检测是一项精细的工作, 显而易见, 其最大困难在于灭火排烟效果的检验以及设计交通工况的组织。这项工作不仅仅是对通风方案的考察和评估, 而且会为通风控制方案的完善提供有效的帮助。因此, 长大和特长公路隧道必须认真做好通风效果的检测工作, 不断改进通风方案, 以期达到设计要求和预计效果。

4 结束语

隧道通风是长大公路隧道建设中诸多难题中必须认真研究和解决的重中之重, 而对于防灾救灾的研究更是任重而道远。在基础理论、施工技术和手段等各方面我们都有许多地方有待提高。因此, 结合国内外大量实践经验, 加强公路隧道通风基础理论和应用技术的研究, 开拓思路, 努力进取, 才是攻破隧道通风道路上的一道道难题的唯一途径。

摘要：长大公路隧道的通风系统工程施工复杂、造价高、运营能耗大, 通风系统设计的合理与否, 对长大隧道工程建设影响巨大。本文重点论述了我国长大公路隧道通风中目前存在的几个需要注意问题, 并提出了解决这些问题的部分思路。

关键词：长大公路隧道,通风,自然风,烟雾浓度,火灾通风

参考文献

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