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摘要：以福川隧道横洞施工通风为例，从施工环境、风量计算、风机选型、风向与风压控制等方面系统阐述了隧道施工通风技术。
关键词：隧道施工；施工通风；通风技术
Abstract: the blessing Sichuan tunnel cross hole construction ventilation as an example, the construction environment, the air volume calculation, fan selection, wind direction and wind pressure control system on the tunnel construction ventilation technology.
Keywords: tunnel construction; Construction ventilation; Ventilation technology
中图分类号：[TU279.7+2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 前言
长大铁路隧道的修建多以设辅助坑道的方式，增加工作面，实现“长隧短打”，加快施工进度。通过斜井、横洞施工正洞，是长大隧道施工经常选择的方案，尤其对特长隧道而言，由于受地形的影响，常常采用较长的斜井或横洞，施工通风就成为困扰施工的难题之一。
问题的解决必须依靠对新设备、新的通风管道、合理的通风方式的研究加以解决。
2 工程概况
兰新铁路第二双线的福川隧道是全线的控制性工程，隧道位于甘肃省临夏回族自治州境内，隧道起讫里程为：DK39+730～DK50+379，全长10649m，设计为双线铁路隧道，钻爆法施工，无轨运输。
本隧道在DK42+300处设羊肠子沟斜井，长度为642m；在DK44+500处设乎兰大板斜井，长度为648m；在DK46+800处设下周家横洞，长度为590m。
3 通风设备选择计算
依据福川隧道斜井及横洞设置位置可知，下周家横洞与福川隧道出口之间施工距离最长，为3579m，因此下周家横洞的施工通风为本隧道施工通风设计的重点。
3.1通风目标
根据铁路隧道工程施工技术指南和国家有关规定，隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：
1、坑道中氧气含量按体积不小于20%；
2、坑道内气温不高于28℃；
3、坑道中一氧化碳含量不大于30mg/m3；
4、坑道中二氧化碳含量按体积不大于0.5%；
5、坑道中氮氧化物在5mg/m3以下；
6、隧道通风能满足每人供应新鲜空气3m3/min，采用内燃机械作业的满足供风量不小于3m3/（min·kw）；
7、洞内最小风速的确定：全断面开挖时不小于0.15m/s，分部开挖的坑道不小于0.25m/s。
3．2 工作面所需风量计算
施工通风中，一个掌子面所需风量按洞内同时工作的最多人数、最低平均风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量和内燃机械设备总功率分别计算，取其中最大值作为控制风量
3．2．1 横洞施工需风量
①根据施工人數计算风量
Q需=Ｋm.q=1.2×50×3=150m3/min
式中：Ｋ-风量备用系数1.1～1.2；
m-洞内同时工作的最多人数；
q-洞内每人每分钟需要的新鲜空气量3 m3/min
②按允许最低平均风速进行计算：
Q需=A V=42×0.15×60=378 m3／min
式中：A-为横洞断面面积；
V-为最低允许风速，取0.15m／s。
③按排除炮烟进行计算：
Q需=7.8/t ×（A×S2×L散2）1/3=7.8/15×（115×422×382）1/3
=345m3/min
式中：t-通风时间；
A-同时爆破的炸药量；
S-开挖断面面积；
L散-爆破后炮烟的扩散长度=15+A/5
④按稀释内燃机车废气计算：
洞内出碴车2台(每台额定功率265KW)；装载机1台（额定功率160KW）。
内燃机车总功率：N=265×2+160 =690 kW
同时利用系数O．7，负荷率O．5，实际工作功率Ne=242 kW
Q需= 3.0×Ne=3.0×242=786 m3／min
由上述计算知：横洞工作面最大需风量为786m3／min。
3．2．2 正洞施工需风量
①根据施工人数计算风量
Q需=Ｋm.q=1.2×100×3=300m3/min
式中：Ｋ-风量备用系数1.1～1.2；
m-洞内同时工作的最多人数；
q-洞内每人每分钟需要的新鲜空气量3 m3/min
②按允许最低平均风速进行计算：
Q需=A×V=80×0.25×60=1200 m3／min
式中：A-为正洞上台阶断面面积；
V-为最低允许风速，取0.25m／s。
③按排除炮烟进行计算：
Q需=7.8/t ×（A×S2×L散2）1/3=7.8/20×（270×802×692）1/3
=787 m3/min
式中：t-通风时间；
A-同时爆破的炸药量；
S-开挖断面面积；
L散-爆破后炮烟的扩散长度=15+A/5
④按稀释内燃机车废气计算：
洞内出碴车5台(额定功率265KW/台)；装载机2台（额定功率160KW/台）。
内燃机车总功率：N=265×5+160×2 =1645kW
同时利用系数O．7，负荷率O．5，实际工作功率Ne=576 kW
Q需= 3.0×Ne=3.0×576=1728 m3／min
由上述计算知，正洞施工最大需风量为1728 m3／min。
3.3通风机风压计算
风管通风风阻为风管摩擦风阻和局部风阻组成，根据压入式通风风机全压公式 ，风机全压=通风管风阻力+局部阻力。局部阻力与风管接头光滑程度、弯头数量有关，由于本段风管不经台架及台车，弯头也少，故局部阻力忽略不计，则风机全压H=RQ2。R--风管风阻系数、Q--风机风量与风管出口风量的平均值,此处取掌子面最大风量计算。
R=аLP/（S3），а--风管摩擦阻力系数(取0.002)、L--风管长度、P--风管断面周长、S--风管断面积。
最长风管2579m，经计算风机全压H=3665Pa。
3.4通风风机、风管选择
⑴风管的选择
结合横洞断面大小以及洞内风量需求，本隧道采用φ1500mm新型拉链软风管。
⑵风机的选择
轴流风机主要用于独头段工作面压入式通风。所以本隧通风以轴流风机为主。
正洞施工最大需风量为1728 m3／min,最小风压3665Pa考虑漏风，选用2×110kw轴流风机,其风量Q机=2930m3/min，最大风压5360Pa,大于需要风量及风压,满足通风要求。
4通风方案
下周家横洞承担590m横洞和正洞DK44+811～DK48+204段的施工任务（其中，横洞向进口方向施工1989m,向出口方向施工1404m）。其通风方案分为两阶段。
第一阶段采用压入式串联通风，于横洞口设一台2×110KW轴流主风机，通过φ1500mm风筒将空气压至掌子面。进入正洞施工后，在三叉口设一个三通风道，将洞外供风分流到进出口两个工作面。
第二阶段当正洞两侧施工超过200m后，采用压入式串联通风。在正洞三岔口前后各200m处增设一台75KW轴流串联风机进行接力，分别通过φ1500mm风筒布将空气压至掌子面。随着正洞施工长度的增加，隧道摩阻力及局部阻力越来越大，风机风管出口风压力无法克服，污风将在隧道旋转，无法排出洞外，这时为防止污浊空气与新鲜空气混流，在斜井底正洞设三台22KW射流风机，将污浊空气导入斜井，顺斜井排出到洞外。同时，在横洞H0+200处设三台22KW射流风机向斜井外吹风，以便控制浑浊空气流向并使其加速排放。
下周家横洞各时段通风方案详见附图:
5 通风管理及辅助措施
5.1 下周家横洞施工通风分为两个阶段
第一阶段是横洞590m及正洞400m范围内的施工，采用的是单一的独头压入式通风。
第二阶段是正洞两个方向开挖各200m后。在正洞距横洞交叉口200m附近安装一组轴流风机进行接力，并在横洞底部和横洞口附各设一组射流风机，实行混合式通风。
5.2风机管理
安排专人值班负责通风机的操作，通过规定通风机的开停加强通风管理，在满足通风需要的同时做到节約用电。
5．3 隧道烟尘的主要来源及其防治
通过实际观测发现，隧道烟尘的主要来源有：
(1)洞内掌子面爆破后的烟尘；
(2)装载机和运输车辆的排烟；
(3)装碴时破碎岩石扬起的粉尘；
(4)运输车辆行使轮胎带起的路面灰尘。
主要通过以下方法防治：
(1)通过加强通风排出；
(2)凡进人隧道的机械，必须检修完好，尤其是排烟要正常，有条件的应加装空气净化装置；
(3)可以通过每次爆破后洒水以降低粉尘；
(4)通过每天向隧道路面洒水，防止灰尘扬起。
6 通风效果评价
本工程采用三通管路通风。是一种相对经济、实用、有效的通风方式，在隧道掘进施工过程中，通过对隧道内的风量、含氧量、有害气体及粉尘浓度等参数进行量测、记录，除出碴工序中空气能见度较低外，其他工序均能满足相关卫生标准及隧道施工规范的要求。这种通风方式施工简单，在今后的长大隧道施工中可以推广运用。
关键词：隧道施工；施工通风；通风技术
Abstract: the blessing Sichuan tunnel cross hole construction ventilation as an example, the construction environment, the air volume calculation, fan selection, wind direction and wind pressure control system on the tunnel construction ventilation technology.
Keywords: tunnel construction; Construction ventilation; Ventilation technology
中图分类号：[TU279.7+2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 前言
长大铁路隧道的修建多以设辅助坑道的方式，增加工作面，实现“长隧短打”，加快施工进度。通过斜井、横洞施工正洞，是长大隧道施工经常选择的方案，尤其对特长隧道而言，由于受地形的影响，常常采用较长的斜井或横洞，施工通风就成为困扰施工的难题之一。
问题的解决必须依靠对新设备、新的通风管道、合理的通风方式的研究加以解决。
2 工程概况
兰新铁路第二双线的福川隧道是全线的控制性工程，隧道位于甘肃省临夏回族自治州境内，隧道起讫里程为：DK39+730～DK50+379，全长10649m，设计为双线铁路隧道，钻爆法施工，无轨运输。
本隧道在DK42+300处设羊肠子沟斜井，长度为642m；在DK44+500处设乎兰大板斜井，长度为648m；在DK46+800处设下周家横洞，长度为590m。
3 通风设备选择计算
依据福川隧道斜井及横洞设置位置可知，下周家横洞与福川隧道出口之间施工距离最长，为3579m，因此下周家横洞的施工通风为本隧道施工通风设计的重点。
3.1通风目标
根据铁路隧道工程施工技术指南和国家有关规定，隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：
1、坑道中氧气含量按体积不小于20%；
2、坑道内气温不高于28℃；
3、坑道中一氧化碳含量不大于30mg/m3；
4、坑道中二氧化碳含量按体积不大于0.5%；
5、坑道中氮氧化物在5mg/m3以下；
6、隧道通风能满足每人供应新鲜空气3m3/min，采用内燃机械作业的满足供风量不小于3m3/（min·kw）；
7、洞内最小风速的确定：全断面开挖时不小于0.15m/s，分部开挖的坑道不小于0.25m/s。
3．2 工作面所需风量计算
施工通风中，一个掌子面所需风量按洞内同时工作的最多人数、最低平均风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量和内燃机械设备总功率分别计算，取其中最大值作为控制风量
3．2．1 横洞施工需风量
①根据施工人數计算风量
Q需=Ｋm.q=1.2×50×3=150m3/min
式中：Ｋ-风量备用系数1.1～1.2；
m-洞内同时工作的最多人数；
q-洞内每人每分钟需要的新鲜空气量3 m3/min
②按允许最低平均风速进行计算：
Q需=A V=42×0.15×60=378 m3／min
式中：A-为横洞断面面积；
V-为最低允许风速，取0.15m／s。
③按排除炮烟进行计算：
Q需=7.8/t ×（A×S2×L散2）1/3=7.8/15×（115×422×382）1/3
=345m3/min
式中：t-通风时间；
A-同时爆破的炸药量；
S-开挖断面面积；
L散-爆破后炮烟的扩散长度=15+A/5
④按稀释内燃机车废气计算：
洞内出碴车2台(每台额定功率265KW)；装载机1台（额定功率160KW）。
内燃机车总功率：N=265×2+160 =690 kW
同时利用系数O．7，负荷率O．5，实际工作功率Ne=242 kW
Q需= 3.0×Ne=3.0×242=786 m3／min
由上述计算知：横洞工作面最大需风量为786m3／min。
3．2．2 正洞施工需风量
①根据施工人数计算风量
Q需=Ｋm.q=1.2×100×3=300m3/min
式中：Ｋ-风量备用系数1.1～1.2；
m-洞内同时工作的最多人数；
q-洞内每人每分钟需要的新鲜空气量3 m3/min
②按允许最低平均风速进行计算：
Q需=A×V=80×0.25×60=1200 m3／min
式中：A-为正洞上台阶断面面积；
V-为最低允许风速，取0.25m／s。
③按排除炮烟进行计算：
Q需=7.8/t ×（A×S2×L散2）1/3=7.8/20×（270×802×692）1/3
=787 m3/min
式中：t-通风时间；
A-同时爆破的炸药量；
S-开挖断面面积；
L散-爆破后炮烟的扩散长度=15+A/5
④按稀释内燃机车废气计算：
洞内出碴车5台(额定功率265KW/台)；装载机2台（额定功率160KW/台）。
内燃机车总功率：N=265×5+160×2 =1645kW
同时利用系数O．7，负荷率O．5，实际工作功率Ne=576 kW
Q需= 3.0×Ne=3.0×576=1728 m3／min
由上述计算知，正洞施工最大需风量为1728 m3／min。
3.3通风机风压计算
风管通风风阻为风管摩擦风阻和局部风阻组成，根据压入式通风风机全压公式 ，风机全压=通风管风阻力+局部阻力。局部阻力与风管接头光滑程度、弯头数量有关，由于本段风管不经台架及台车，弯头也少，故局部阻力忽略不计，则风机全压H=RQ2。R--风管风阻系数、Q--风机风量与风管出口风量的平均值,此处取掌子面最大风量计算。
R=аLP/（S3），а--风管摩擦阻力系数(取0.002)、L--风管长度、P--风管断面周长、S--风管断面积。
最长风管2579m，经计算风机全压H=3665Pa。
3.4通风风机、风管选择
⑴风管的选择
结合横洞断面大小以及洞内风量需求，本隧道采用φ1500mm新型拉链软风管。
⑵风机的选择
轴流风机主要用于独头段工作面压入式通风。所以本隧通风以轴流风机为主。
正洞施工最大需风量为1728 m3／min,最小风压3665Pa考虑漏风，选用2×110kw轴流风机,其风量Q机=2930m3/min，最大风压5360Pa,大于需要风量及风压,满足通风要求。
4通风方案
下周家横洞承担590m横洞和正洞DK44+811～DK48+204段的施工任务（其中，横洞向进口方向施工1989m,向出口方向施工1404m）。其通风方案分为两阶段。
第一阶段采用压入式串联通风，于横洞口设一台2×110KW轴流主风机，通过φ1500mm风筒将空气压至掌子面。进入正洞施工后，在三叉口设一个三通风道，将洞外供风分流到进出口两个工作面。
第二阶段当正洞两侧施工超过200m后，采用压入式串联通风。在正洞三岔口前后各200m处增设一台75KW轴流串联风机进行接力，分别通过φ1500mm风筒布将空气压至掌子面。随着正洞施工长度的增加，隧道摩阻力及局部阻力越来越大，风机风管出口风压力无法克服，污风将在隧道旋转，无法排出洞外，这时为防止污浊空气与新鲜空气混流，在斜井底正洞设三台22KW射流风机，将污浊空气导入斜井，顺斜井排出到洞外。同时，在横洞H0+200处设三台22KW射流风机向斜井外吹风，以便控制浑浊空气流向并使其加速排放。
下周家横洞各时段通风方案详见附图:
5 通风管理及辅助措施
5.1 下周家横洞施工通风分为两个阶段
第一阶段是横洞590m及正洞400m范围内的施工，采用的是单一的独头压入式通风。
第二阶段是正洞两个方向开挖各200m后。在正洞距横洞交叉口200m附近安装一组轴流风机进行接力，并在横洞底部和横洞口附各设一组射流风机，实行混合式通风。
5.2风机管理
安排专人值班负责通风机的操作，通过规定通风机的开停加强通风管理，在满足通风需要的同时做到节約用电。
5．3 隧道烟尘的主要来源及其防治
通过实际观测发现，隧道烟尘的主要来源有：
(1)洞内掌子面爆破后的烟尘；
(2)装载机和运输车辆的排烟；
(3)装碴时破碎岩石扬起的粉尘；
(4)运输车辆行使轮胎带起的路面灰尘。
主要通过以下方法防治：
(1)通过加强通风排出；
(2)凡进人隧道的机械，必须检修完好，尤其是排烟要正常，有条件的应加装空气净化装置；
(3)可以通过每次爆破后洒水以降低粉尘；
(4)通过每天向隧道路面洒水，防止灰尘扬起。
6 通风效果评价
本工程采用三通管路通风。是一种相对经济、实用、有效的通风方式，在隧道掘进施工过程中，通过对隧道内的风量、含氧量、有害气体及粉尘浓度等参数进行量测、记录，除出碴工序中空气能见度较低外，其他工序均能满足相关卫生标准及隧道施工规范的要求。这种通风方式施工简单，在今后的长大隧道施工中可以推广运用。