隧道掘进施工通风风量计算与设备选择

・１４０・北方交通隧道掘进施工通风风量计算与设备选择李纵（中交一航局第Ｕ＿－ｌ－程有限公司，大连１１６００１）摘要：给出了隧道掘进施工通风所需风量、选配通风机械设备时相关参数的计算方法，阐明了如何根据相关参数选配通风机械设备的基本知识，就日常通风技术管理和安全管理措施做了简要的介绍。关键词：隧道掘进；施工通风；风量；设备选择中图分类号：Ｕ４５５文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３—６０５２（２００９）０１—０１４０—０３１通风方式及其应用通风方式根据隧道长度、施工方法和设备条件确定，分为自然通风和机械通风两种。自然通风既利用隧道内、外的大气压差进行通风，无需机械设备；机械通风是采用风机为动力，配以风筒送、排风的通风方式（压人式通风、抽出式通风、混合式通风）。机械通风两种基本方式（压人式通风和抽出式通风）见隧道施工基本通风方式图（图１）；混合式通风是两种基本通风方式相配合使用，分为长压短抽式、长抽短压式（前压后抽式、前抽后压式）。各自的适用性及优缺点如见表１。表１通风方式２施工隧道所需风量的计算确定隧道施工过程中所需风量的因素包括：隧道内同时工作最多人数；一次爆破所用最多炸药量；隧道内规定的最小风速；瓦斯、二氧化碳等有毒有害气体涌出情况及隧道内所用内燃机械数量等。（１）按隧道内同时工作的最多人数需要的新鲜空气计算风量Ｑ＝４Ｎ式中：Ｑ一隧道内所需风量，ｍ３／ｒａｉｎ；（１）４一每人每分钟应供给的最小风量，ｍ３／ｍｉｎ・人；Ｎ一隧道内同时施工（指导施工）的最多人数，人。（２）按炸药量计算Ｑ＝２５Ａ（２）式中：２５～在规定时间内将每千克炸药爆炸所产生的有害气体稀释到允许浓度以下，每分钟所需的最小风量，ｍ３／ｍｉｎ・ｋｇ；隧道施工常用通风方式适用性及优缺点对照适片ｊ睫道类璎优缺点比较。。；。。Ｋ／。￡＋。］。：。３０。０ｍ。．：耋兰矍ｉ譬优点：无需机械设备．不耗能源，无投入。自然通风；：：ｉ羞鬲；差；≤主；薹；菡；ｉｉ风。”。”……………”……”！：！！！：体的髓道或贳通后ｒ隧道通风。黼驸”删：ｉ篙燃黼髓且撇雠艄Ａ一一次爆破所需的最大炸药量，ｋｇ。（３）按隧道内规定的最小风速计算Ｑ≥Ｖ。；。・Ｓ（３）式中：Ｖ。ｉ。一隧道内规定的最小风速，ｍ／ｍｉｎ；盖船跚蝴髓ｉ耋藤＝：篆＝三Ｓ一施工隧道的最小断面积，ｍ２。（４）按有毒有害气体（瓦斯、二氧化碳等）涌出量计算Ｑ＝１００・ｑ・ｋ工作面浓度不高于１％）得出的系数；（４）多毒纛纛美压人式通风ｌ姒。珐ｂ露互ｉｉ珏自琵簋＝逝盘：矗芝ｌ：Ｉ髭￡主缓兹ｚ。沈￡。城注攫：二妻箸式中：１００一按规定（瓦斯、二氧化碳涌出隧道ｑ一隧道内有毒有害气体的绝对涌出量，ｒｔｌ３／ｒａｉｎ。根据实测统计数值的平均值取值；棼椒艘姐娥ｉ虫眭曩坯盘奠髭丘蟊誓ｊ灶宣绍－矗ｚ－吐如泼澎：≥战妄三；岂＝＝＝二：二＝＝并？点一＝：：一。喀■Ｓ器；畦ｗ粥嘲＿刁ｊ｛菪ｊ饿ｗ西榷！礅ｚ对；嚣ｗ‘嚆：一——一一ｊ…一～、．一ｌ．：辛盎苌［＝：二：：＝ｘ三兰窆＝：＝二二＝二：二：二ｊ葺？点；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝１二ｆ…．岱抽出式通风ｋ一隧道内有毒有害气体涌出的不均衡系数。它是最大涌出量与平均涌出量之比，由实测统计而得。一般在１．５—２．０之间。按以上４种方法计算后，选取Ｑ值最大者作为图１隧道施工基本通风方式图万方数据　第１期李纵：隧道掘进施工通风风量计算与设备选择・１４１・隧道内施工通风所需风量值，并根据此数值选择通风设备。此外，还要考虑隧道内内燃机械设备的使用数量，适当加大通风量。３通风设备的选择３．１风筒相关参数的计算（１）风筒的风阻风筒的风阻理论上包括风筒的摩擦风阻、接头风阻、弯头风阻、风筒出口风阻（压人式通风）或风筒入口风阻（抽出式通风），且根据通风方式的不同，各有相应繁琐的计算公式。但在实际应用中，风筒风阻除与上述因素有关外，还与风筒的吊挂、维护、风压大小等管理质量密切相关，因此，很难用相应的计算公式进行精确计算，一般都根据实测风筒百米平均风阻（包括局部风阻）作为衡量风筒管理质量和设计的数据。其百米平均风阻由风筒生产厂家在出厂产品参数说明中给出。故风筒风阻计算式：Ｒ＝Ｒ１００・Ｌ／１００Ｎｓ２／ｍ８（５）式中：Ｒ一风筒风阻，Ｎｓ２／ｍ８；Ｒ。∞一风筒百米平均风阻，简称百米风阻，Ｎｓ２／ｍ８；Ｌ＿风筒全长，ｍ，Ｌ／１００构成Ｒ。∞的系数。（２）风筒的漏风正常情况下，金属和透气性极小的塑料风筒的漏风主要发生在接头处，只要加强接头处理，漏风较少，可忽略不计。而胶布风筒等不仅接头而且全长的壁面和针眼都有漏风，故其风筒漏风属连续的不均匀漏风。漏风使风筒和风机连接端的风量Ｑ，与风筒靠近出口端的风量（即隧道内所需风量）Ｑ不等。因此，应按始末端风量的几何平均值作为通过风筒的风量Ｑａ，则：Ｑａ＝￣／Ｑｆ・Ｑｍ３／ｍｉｎ。（６）显然，Ｑ，与Ｑ之差就是风筒的漏风量Ｑ。。即：Ｑ。＝Ｑ，一Ｑ（７）Ｑ，与风筒的种类、接头的数目、方法和管理质量以管理密切相关。反映风筒漏风程度的指标参数有：①风筒漏风率ｋ：风筒漏风量占风机工作风量的百分数，即：Ｌｅ＝ＱＬ／Ｑ，×１００％＝（Ｑｆ—Ｑ）／Ｑｆ×１００％（８）Ｌｅ虽然能反映某一风筒的漏风情况，但不能作为比较的指标。故常用百米漏风率Ｌｅ，。。表示：Ｌｅ。００＝【（Ｑ，一Ｑ）／（Ｑｆ・Ｌ／１００）】×１００％（９）风筒的百米漏风率由风筒生产厂家在出厂产品的参数说明中给出。一般要求柔性风筒的百米漏风万　方数据表２柔性风筒的百米漏风率②风筒的有效风量率Ｅ，：即掘进工作面风量占风机工作风量的百分数。Ｅｆ＝（Ｑ／Ｑｆ）×１００％＝【（Ｑｆ—Ｑ。）／Ｑｆ】×１００％＝（１一ｋ）×１００％（１０）由式（９）得：Ｑ，＝ｌＯＯＱ／（１００一Ｌ・Ｌｅ。∞）（１１）式（１１）代人式（１０）得：Ｅｆ＝【（１００一Ｌ・Ｌｅ，。。）／１００】×１００％＝（１一Ｌ・Ｌｅｌ∞／１００）×１００％（１ａ）③风筒漏风备用系数中：即风筒有效风量率的倒数。垂＝Ｑｆ／Ｑ＝１／Ｅｆ＿１／（１一ｋ）＝１００／（１００一Ｌ・ｋ。∞）（１３）（３）风简直径风筒直径的选择取决于送风量、送风距离及隧道断面的大小等因素，实际应用中，多是根据与风机出口直径的匹配情况，选取标准直径。随着隧道施工技术日益发展，长大隧道采用全断面开挖越来越多。利用大口径风管进行施工通风可大大简化隧道施工工序，有利于全断面开挖的推广使用，便于一次成洞，可节约大量的人力和物资，并使通风管理大大简化，是解决长大隧道施工通风的主要途径。（１）确定风机的工作风量Ｑ，Ｑｆ＝巾・Ｑ＝【１００／（１００—Ｌ・Ｌｅ。∞）】・Ｑ（１４）（２）确定风机的工作风压ｈ，ｈ，＝Ｒ・Ｑａ２＝Ｒ・Ｑ。・Ｑ（１５）（Ｉ）在风机的选择上，由于轴流式风机具有体（２）风机的工作风量应满足Ｑ，的要求。（３）风机的工作风压应满足ｈ，的要求，但不宜（１）隧道掘进通风使用的风筒分无骨架柔性风３．２确定所需风机的工作参数３．３设备的选择３．３．１风机的选择积小、质量轻、噪声低、便于安装和效率高等优点而被广泛应用。大于风筒的允许工作压力（风筒出厂参数）。３．３．２风筒的选择筒、带刚性骨架的柔性风筒和硬质风筒。无骨架柔性风筒重量轻、易于贮存、搬运、连接和悬吊，且成本低。但只适用于压人式通风；在抽出式通风中，只能使用带刚性骨架的柔性风筒和硬质风筒，由于其成本高，且重量大、不易于贮存、搬运和安装，压入式通及风简直径、风压等有关，但更主要是与风筒的维护和率应达到表２要求。．１４２．：：：：：：：：：：：＝＝：＝＝：：：：：：：＝＝：＝：：：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝！＝＝＝＝＝＝（２）改进风筒接头方法。柔性风筒常用的插接方式虽简单，但不牢固，漏风大。建议采用接头严密、漏风小的反边接头法、多反边接头法、螺圈接头法等方法可有效地克服这一缺点。（３）及时修补风筒破损处和堵补风筒针眼，以减少漏风量。５．２降低风筒的风阻，提高有效风量对于风筒可选用大直径风筒以减少风筒的各种风阻，但更主要的是提高通风设备的安装质量。（１）吊挂风筒力求平、直、紧；（２）风机出口轴线应与风筒轴线保持在同一直线上；（３）在淋水大的隧道中，风筒应安装如图３所示的放水嘴，及时放掉积水，尽量减少附加阻力。北方交通２００９一≥霉萋瑟攀掺：区、一一：≥＿∥ｊ蕊？：图３风简放水嘴不意图一一一：ｏ：．・’？：：＋５．３避免污风污染隧道风机安装位置要与隧道口有一定距离（不少于ｌＯｍ），并应考虑风向的影响，避免污风再次被送入隧道，造成循环风流，降低通风效果。６安全管理措施（１）采用压人式通风时，通风机的入风口应设防护罩，避免衣物、木棒等被卷吸人风机造成伤人。（２）通风机应设防雨棚，避免通风机被雨水淋湿，造成带电伤人或出现短路故障。（３）压入式通风风筒出口处应吊挂牢固，以防风筒出口脱落，在风流的作用下剧烈摆动抽打施工人员。ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＷｉｎｄＡｍｏｕｎｔＮｅｅｄｅｄｂｙＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎＤｕｒｉｎｇＴｕｎｎｅｌＤｒｉｖｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐａｐｅｒｇｉｖｅｓｔｈｅｗｉｎｄａｍｏｕｎｔｎｅｅｄｅｄｂｙｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｕｎｎｅｌｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｔｔｈｅｔｉｍｅｏｆｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆａｃｉｌｉｔｅｓ．ＩｔｅｌａｂｏｒａｔｅｓｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｋｎｏｗｌｅｄｇｅｓｈｏｗｔｏｓｅｌｅｃｔｔｈｅｆａｃｉｌｉｔｉｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄａｉｌｙａｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔＫｅｙｗｏｒｄｓｗｅｌｌ．Ｔｕｎｎｅｌｄｒｉｖｉｎｇ；Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；Ｗｉｎｄａｍｏｕｎｔ；Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ万方数据