白岩脚隧道横洞通风方案
关键词：长大,隧道,通风,方案
前言
无论是在隧道施工开挖时，还是在并巷工程的巷道掘进中，为了稀释和排出岩体涌出的有害气体、爆破产生的炮烟和粉尘，保持良好的空气条件，必须对开挖工作面进行通风，即向工作面送人新鲜风流，稀释和排出污浊空气。但是，如何才能充分利用现有条件，使通风效果达到最佳、成本降到最低呢?这就需要首先对通风方式进行合理的选择。
1.工程概况
白岩脚隧道位于贵州省贵定县城关镇境内，全长4480m，是系岩溶、瓦斯于一体的Ⅱ级风险隧道。隧道于D1K641+000处设置一横洞，长419m。横洞中线与正洞左线中线小里程方向平面夹角65°，横洞与正洞交点里程对应关系为D1K641+000=HD1K0+000。横洞段施工1500m，其中小里程方向施工530m，大里程方向施工970m。
2.白岩脚隧道施工通风方案
结合已建成的隧道施工通风经验，在横洞施工期间采用压入式通风方式；横洞贯通后在横洞与正洞交叉口设置抽出式风机，采用混合式通风方式供给施工通风。
为确保隧道内环境卫生，创造良好的工作环境，保证一线职工和施工人员健康，必须加大通风除尘措施，降低各种作业产生的粉尘和有害气体。
2.1施工通风控制条件
坑道中氧气含量：按体积计，不得低于20%。粉尘允许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg；含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘为10mg。
有害气体浓度：
一氧化碳：不大于30mg/m3。当施工人员进入开挖面检查时，浓度可为100mg/m3，但必须在30min内降至30mg/m3。
二氧化碳：按体积计，不超过0.5%。
氮氧化物换算成NO2为5mg/m3以下。
隧道内气温不得超过28℃。
隧道施工时，供给每人新鲜空气量，不应低于3m3/min，采用内燃机械作业时，1kw功率的机械设备供风量不宜小于3m3/min。
隧道开挖时全断面风速不应小于0.15m/，但不得大于6m/S。
2.2施工通风计算
2.2.1施工通风需风量计算
①施工通风计算前提：
设定参数:
开挖断面积S=150m2（主洞）
一次开挖长度L=3.5m
单位体积耗药量0.7Kg/m3
一次爆破用药量G=319.2kg
洞内同时工作的最多人数m=150人
出碴车辆(按洞内4台自卸车计算)4×173KW
爆破后通风排烟时间t=30min
通风管直径Φ1.8m，管节20m
风管百米漏风率β=1.3%
漏风系数P1.05
风管内摩阻系数0.019
风量备用系数k=1.15
最小洞内风速V=0.15m/s
则，炮烟抛掷长度LS=15+G/5=15+319.2/5=78.84m
风量计算从四个方面予以考虑，即按洞内要求最低风速计算得Q1；按洞內最多工作人员数计算得Q2；按排除爆破炮烟计算得Q3；按稀释内燃机废气计算得Q4。通过计算，取Q计=Max（Q1Q2Q3Q4）。
②需风量的计算：
a.按洞内要求最低风速计算得Q1
Q1=V·S×60=0.15×150×60=1350m3/min
b.按洞內最多工作人员数计算得Q2
Q2=k·m·q=1.15×150×3=517.5m3/min
一般标准为每人每分钟需要新鲜空气量3m3。
c.按排除爆破炮烟计算得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--一次爆破产生的炮烟体积V1=S·Ls=150×78.84=11826m3
V2--一次爆破产生的有害气体V2=a·G=40×10-3×319.2=12.768m3
t--通风时间取30min；k--允许浓度取100ppm
a----单位重炸药爆破产生的有害气体换算成的CO体积取40×10-3m3/kg
d.按稀释内燃机作业废气计算得Q4
根据装碴作业工序中内燃设备分布，工作面暂按4台斯太尔自卸车，每台作业时的功率为173KW。
Q4=ni·A=3×4×173=2076m3/min
ni--洞内同时使用内燃机作业的总功率数；
A--洞内同时使用内燃机每KW所需的风量，一般取3m3/min。
通过计算、比较，正洞工作面需风量由稀释内燃机作业废气控制，需风量为2076m3/min。
③考虑漏风的风量计算：
通风机的供风量除满足上述计算的需要风量外，还应考虑漏失的风量(风管最长状态下的漏风系数)。
Q=1.05×2076=2179.8m3/min
④横洞进入正洞施工洞口风机计算：
由上述计算，设计中暂确定工作面计算风量(Q计)为K2179.8m3/min，风速0.15m/s，根据最不利的情况下计算的最大风量值(Q总)选择洞口处的风机。
Q总=KQ计/(1-β)L/100=1.0×2179.8/(1-0.013)1954/100=2814.877(m3/min)
结论:根据以上计算结果,横洞洞口选择风量为2814.877m3/min的风机才能满足正洞施工通风需求。根据现场实际情况,可选择一台风量为3000m3/min的风机在横洞口。
2.2.2风压计算
通风阻力包括摩擦阻力和局部阻力，摩擦阻力在风流的全部流程内存在，如拐弯、分支及风流受到其他阻碍的地方。为保证将所需风量送到工作面，并达到规定的风速，通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h>h阻。H总阻=Σh摩+Σh局
①局部压力损失：
在横洞通风方案中，主要有转弯引起的局部压力损失，按下列公式计算：
h局=ξ×ρ×ν2/2pa
式中：
ξ---局部阻力系数
ρ---空气密度，取1.2
ν---转弯管道风速，取30.54m/s
拐弯局部阻力系数计算公式如下：
ξ=0.008α0.75/n0.6
n=R/D式中：R为拐弯半径（取40m），D为风管直径，取1.8m，α为拐弯角度。拐弯局部阻力系数计算得：
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
②沿程压力损失计算：
h=6.5×α×L×Q×g/D
α--风道摩擦阻力系数，取α=3×10-4kgs2/m3；L--风道长度，取1954m
Q--风量，取3919.03/60=65.32m3/s；g--重力加速度m/s2，取9.81m/s2；D--风管直径1.8m
h--沿程摩擦阻力pa
③横洞进正洞沿程压力损失计算：
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
结论：根据以上计算结果，选用直径1.8m的风管供风，全压1400pa的风机能满足施工要求。
2.2.3通风设备、材料选择见施工通风设备、材料配置表
型号:SDF（C）型隧道施工专用轴流通风机。
厂家:山西运城风机有限公司
风机性能参数:
流量(m3/min)压力（pa）叶轮转速（一级/二级）（r/min）电机功率（kw）
293053601480110×2
风机性能调节：
SDF（C）-NO.12.5型有4档转速，8种运行模式，常用功率的调节范围有5档。
通风管直径1.8m。
2.3通风管理措施
⑴成立以项目经理为中心，由安全员、通风管理员、通风检测员参加的通风管理机构，负责通风系统各种设备的管理和检修，督促严格按既定的通风方案实施、操作，不得走捷径，不得图省事。
⑵通风检测员应定期测试洞内风速、风量、气温、气压、瓦斯浓度等，并做出详细记录，及时反馈到现场主管人员，以及时采取必要的措施。
⑶柔性风管的安装必须做到平顺、挺直、紧扎、安稳。通风管理员应随时检查通风系统的运行情况。当发现通风管破损时，必须及时修理或更换。
⑷对通风系统要千方百计的防漏降阻。风管安装顺直、严密,及时修补破损漏风，在加强通风的同时，习尽量减少内燃机排放尾气，提高机械工作效率，同时洞内采取防尘措施，尽最大努力防漏降阻。
⑸通风机应装有保险装置，当发生故障时应能自动停机，且通风机应有适当的备用数量。
⑹如通风设备出现事故或洞内通风受阻，作业条件太差，所有人员应撤离现场，在通风系统未恢复正常工作和经全面检查确认洞内已无有害气体之前，不得进入洞内。
⑺稳定通风管理力量，切实加强通风管理工作。合理的通风系统必须有到位的通风管理相配合。再好的通风设计和布置方案也必须有严格的通风管理制度。
3.总结
目前系岩溶、瓦斯于一体的Ⅱ级风险白岩脚隧道横洞工作面已开挖完成。洞内的空气一直保持良好，大大改善隧道内施工环境，保证施工人员的身体健康，提高劳动生产率，加快施工进度，受到了各级领导和洞内施工的人员的称赞和好评。本文通过简单的通风计算及提出一些管理措施，在今后类似工程实际施工过程中，还需更好地优化施工方案及管理措施，并不断总结、积累经验。
参考文献：
[1]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）
[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
[3]《隧道施工常用通风方法及风量的计算》陈红波《河港工程》2002年第一期，
[4]《羊八井一号隧道横洞段施工通风探讨》钟彬。