兰 ｌ ． Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 工程技术 特长公路隧道施工通风技术 王平孝 （中铁七局集团第三工程有限公司，陕西西安７１００３２） 摘要：针对国内单口掘进的长大公路隧道施工中施工通风的必要性，结合南厦高速公路石鼓山特长隧道施工通风，对施工通风的 风量、风压计算及改善隧道施工通风的技术途径做了较详细的介绍，并且在隧道现场施工通风中取得了良好的成果。 关键词：特长公路隧道；施工通风；通风计算 中图分类号：Ｕ４５３ 文献标识码：Ａ １ Ｔ程概况 及时排除掌子面炮烟、内燃机械设备的使用 Ｑ４＝６ｏ ｏ．１５ １２ｏ．４２＝１ｏ８３ ７８ｍ３／ｍｉｎ 福建南厦高速公路石鼓山隧道全长 所需的风量计算，取其中的最大值为依据计 取由以上四种计算结果中内燃机械作业 ６００５米，双洞六车道。衬砌内轮廓净宽 算。 废气稀释的通风的最大值２７０５．４ｍ３／ｍｉｎ作为 １５．０５ｍ，净高７．６８ｍ，最大开挖断面积１２０．４２ ３．２第一阶段施工通风计算和风机选型 设计控制风量。 ｎｌ 。在隧道施Ｔ中，由于钻孑Ｌ、炸药爆破、装 及布置 ５）风管漏风损失修正风量 渣、喷射混凝土、内燃机械和运输汽车的排气 从出洞口向正洞方向掘进１４００ｍ以内压 通风机设在洞口，为工作面供风，通风计 等因素，使洞内氧气大大减少，且混杂各种有 入式通风。 算取最大通风长度Ｌ＝３１５２／２＝１５７６米ｆ隧道通 害气体与岩尘，造成洞内空气混浊。随着隧道 不断开挖，不断向山体深处延伸，洞内的温度 和湿度相应提高，对洞内作业人员的健康造 成严重影响。石鼓山隧道出口段为独头掘进， 人１二钻爆法开挖，无轨运输，施工通风难度 大。为了更换和净化隧道内的空气，供给洞内 足够的新鲜空气，稀释、冲淡和排除有害气体 和降低粉尘浓度，以改善劳动条件，保障施工 作业人员身体健康、保证正常的安全生产，并 提高劳动生产率，必须进行施工通风系统的 技术研究。 ２隧道施＿Ｔ中的主要污染源和通风防尘 标准 ２．１隧道施 中的主要污染源 爆破产生的炮烟；柴油机产生的废气；车 辆行驶产生的粉尘。 ２．２通风防尘控制标准 ２．２．１氧气含量 洞内的氧气含量按体积比不低于２０％。 ２．２．２粉尘浓度 每立方米空气中含１０％以上的游离二氧 化硅的粉尘不大于２ｒａｇ；含有１０％以下的游 离二氧化硅的水泥粉尘不大于６ｍｇ，二氧化 硅含量在１Ｏ％以下。 ２．２．３有害气体 一３．２．１风量计算 风考虑风机串联，故长度按隧道开挖总长的 １）根据同一时间，洞内ｌＴ作人员数计算： 半考虑），风管百米漏风系数Ｂ为１％，风机 见《路桥施＿Ｔ手册》第６４９页（２１—１６）公式： 所需风量Ｑ机为： ＱＩ＝Ｉ．２ｘ６０ｘ３＝２１６ｍ３／ｍｉｎ Ｐ＝Ｉ／（１一［３）Ｌ／１００＝１／（１—０．０１）１５．７６＝１．１８ 作业人数按６０人、风量备用常数取１．２。 Ｏ机＝Ｏ需 Ｐ＝２７０５．４ １．１８＝３１９２．３７ｍ３／ ｍｉｎ：５３．２ｌｍＳ／ｓ ２）按照爆破作业确定风量： 式中：Ｐ一风管漏风系数。 Ｑ２＝２．２５［Ｇ（ＡＬ）２ｔ￣ｂ／ｐ２］１／３ｔ 其中：ｔ一通风时间，取ｔ＝３０ｍｉｎ；Ｇ一次爆 ６）风压计算 Ｓ风管＝ｎＤ２／４＝１．７７ｍ 破的炸药量，Ｇ＝２９０Ｋｇ；Ａ一隧道断面积，Ａ＝ １２０．４２ｍ ； 一与隧道的潮湿程度有关 ０．３； Ｖ＝Ｑ需／ｓ风管＝２７０５．４／１．７７：ｌ５２８．４７ｍ３／ ｍｉｎ＝２５．４７ｍ３／ｓ ｂ一炸药爆破时的有害气体产生量ｂ＝４０Ｉｄ Ｈ摩＝ ＩＪＤ ｐＶ２／２＝０．００７８＊１５７６／１．５ １ ；ｐ一风管的漏风系数，取１．１８（见后计算）； ４７２／２＝２６５８．２Ｐａ Ｌ一临界长度，按照将ＣＯ稀释到ｌＯＯｍｇ／ｍ 计 ２５．算： 式中：ｐ一空气密度，隧道出ＶＩ海拔１００～ １５０ｍ，按ｐ＝１．０ｋｇ／ｍ 计；Ｖ一风管内平均风速； Ｌ＝１ ２．５Ｇ ｂ Ｋ ／（Ａ ｐ２１ 式中Ｋ为系统扩散系数，与风管口距工 Ｄ一风简直径，取１．５ｍ； 一达西系数，取 作面的距离及风管直径有关，Ｋ＝０．６７ ０．００７８；Ｌ一通风长度，取１５７６ｍ；Ｓ－风筒截面 单位ｍ２。 Ｌ＝１２．５Ｇ ｂ Ｋ ／（Ａ ｐ２）＝１２．５ ２９０ ４０ ０．６７ 积，系统风压Ｈ＝ｈ摩＋ｈ局＋ｈ正＋ｈ其他，为 ／（１２０．４２ １．１８２）＝５７９．４ 了方便计算，取Ｈ＝１．２Ｈ摩 Ｑ２＝２．２５［ｃ（ａＬ）２ｔ￣ｂ／ｐ２］１／３ｔ Ｈ＝１．２＊Ｈ摩：１．２＊２６５８．２Ｐａ＝３ １ ８９．８４Ｐａ。 ２．２５［２９０ （１２０．４２ ５７９．４）２ ０．３ ４０／１．１８２】 一＝１／３３０＝１７２４．９８ｍ３／ｍｉｎ ３．２．２风机选型 氧化碳：不大于３０ｍｇ／ｍ ；当施工人员 进入开挖工作面检查时，浓度可为ｌＯＯｍｇ／ｍ ， 但必须在３０ｍｉｎ一３５ｍｉｎ内降至３０ｍｇ／ｍ３ 二氧化碳：按体积不超过０．５％； 氮氧化物换算成二氧化氮控制在５ｍ ｒｎ３ 以下。 ２＿２－４气温 隧道内气温不得超２８℃。 ２．２．５空气量 隧道施工时，供给每人的新鲜空气量不 低于３ｍ３／ｍｉｎ，采用内燃机械作业时，ｌｋｗ的 供风量不小于３ｍ３／ｍｉｎ。 ２．２．６风速 ３）内燃机械作业废气稀释的需要计算风 根据上述Ｑ机、Ｈ的计算结果，参靠风机 量：见《路桥施工手册》第６５０页（２１—２１）公 性能曲线选择风机、要求风量、风压处于被选 式：Ｑ＝ｎｉ Ｎ 择风机的高效区内，即 ＝０．８为佳。 ｎｉ：洞内同时使用内燃机作业的总ｋＷ ＤＳＦ一１１ Ｎｏ１２．５Ａ型号通风机功率２ｘ３８＠ 数；Ｎ：洞内同时使用内燃每ｋＷ所需的风量， １１５ＫＷ， 压力为２５２４～６０００Ｐａ＞Ｈ 般取３．０ｍ３／ｍｉｎ； （３１８９．８４），流量７７８４０～２７ｏ０００ｍｊ／ｈ＝７５ ／ｓ＞Ｑ ５３．２１ｍ￣ｓ ｏ凶此选用ＤＳＦ一ⅡＮｏ１２．５Ａ风 在隧道工作面开挖至１４００ｍ距离内，出 需（配以￣１５００ｍｍ软质分管，可以满足洞内 碴时重车数取４辆，空车４辆，柴油机功率 机， １８０ｋＷ，重车负荷率８０％，空车负荷率３０％， 通风要求。利用率０．９，装载机两台，每台１５０ｋＷ，负荷率 ３．２．３通风机布置 通风机安装在洞外２Ｏ～３０ｍ的位置，向 ７０％，利用率０．９，实际使用功率。 ｎｉ＝１８０＂４＂０．８＊０．９＋１５０＂２＂０．７＊０．９＋１８０＂４＂ 掌子面压人通风。（通风布置见图１） ０．３ ０．９＝９０１．８ｋＷ ３－３第二阶段施工通风计算和风机选型 一Ｑ３ ＝３ ９０１．８ ２７０５．４ｍ３／ｍｉｎ 隧道开挖时全断面风速不小于０．１５ｍ／ｓ， 洞内不小于０．２５ｎｄｓ。 ３施工通风计算和风机选型 ３．１计算依据 洞内通风采用风管式通风，每循环进尺 按３．０ｍ，炸药用量按２９０ｋｇ。第一阶段压人式 通风时间按３０ｍｉｎ考虑，第二阶段混合式通 风按４０ｍｉｎ考虑。掌子面所需风量按洞内要 求的最小风速、洞内人员需风量、一次爆破后 ４）按洞内最小风速 计算风量：见《路桥施工 手册》第６５０页（２１—２２） 公式：Ｑ＝６ＯＶＳ ｖ：洞内允许最小风 速，ｍ／ｓ；全断面开挖时为 ０．１５ｍ／ｓ，其它为０．２５ｍ／ｓ， 这里取０．１５ｒｒｄｓ； Ｓ：开挖断面积 １２０．４２ｍ ： 图１第一阶段风机布置图 ５２一 中国新技术新产品 』 Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 工程技术 图２ １４００ｍ～２５００ｍ段通风机布置示意图 图３ ２５００ｍ～３１５２ｍ段通风机布置示意图 ５）风管漏风损失 ３．３＿２风机选型 修正风量 通风机设在洞 口，为工作面供风，通 风计算取最大通风长 度Ｌ＝３１５２／２＝１５７６米 第二组风机连接处 （隧道通风考虑风机 串联，故长度按隧道 机布置 开挖总长的一半考虑），风管百米漏风系数ｐ 从出洞口向正洞方向掘进１４００ｍ～３１５２ｍ 为１％，风机所需风量Ｑ机为： （贯通点）压人式通风。 Ｐ＝１／（１—１３）Ｌ／１００＝１／（１—０．０１１１５．７６＝１．１８ ３－３．１风量计算 Ｑ机＝Ｏ需 Ｐ＝３７７４．６ １．１８＝４４５４．０３ｍ３／ 第二阶段风量主要考虑洞内爆破、内燃 ｍｉｎ＝７４．２３ｍ３／ｓ 机械作业废气稀释需要的风量： 式中：Ｐ一风管漏风系数。 １）根据同一时间，洞内工作人员数计算： ６）风压计算 Ｑ１＝１．２ｘ６０ｘ３＝２１６ｍ３／ｍｉｎ（同第一阶段） Ｓ风管＝ＨＤＪ４＝１．７７ｍ ； ２）按照爆破作业确定风量： Ｖ＝Ｏ需／ｓ风管＝３７７４．６／１．７７＝２１３２．５４ｍ３／ Ｑ２＝２．２５［Ｇ（ＡＬ）２￣ｂ／ｐ２］１／３ｔ ａｒｉｎ＝３５．５４ｍＴｓ 其中：ｔ一通风时间，取ｔ＝４０ｍｉｎ；Ｇ一次爆破 Ｈ摩＝ Ｌ／Ｄ＊ｐＶ２／２＝Ｏ．００７８＂１５７６／１．５＂１＂３ 的炸药量，Ｇ＝２９０Ｋｇ；Ａ一隧道断面积，Ａ＝ ５．５４２／２＝５１７５．６４Ｐａ １２０．４２ｍｚ； 一与隧道的潮湿程度有关 ＝０．３； 式中：ｐ一空气密度，隧道出口海拔１００～ ｂ一炸药爆破时的有害气体产生量ｂ＝４０Ｌ／Ｋｇ； １５０ｍ，按ｐ＝１．０ｋｇ／ｍ 计；Ｖ一风管内平均风速； ｐ一风管的漏风系数，取１．１８（见后计算）；Ｌ一临 Ｄ一风简直径，取１．５ｍ；）Ｌ一达西系数，取 界长度，按照将ＣＯ稀释到ｌＯＯｍｇ／ｍ 计算： ０．００７８；Ｌ一通风长度，取１５７６ｍ；Ｓ－风筒截面 Ｌ＝１２．５Ｇ ｂ Ｋ ／（Ａ ｐ２１ 积，单位ｍ２。 式中Ｋ为系统扩散系数，与风管口距工 系统风压Ｈ＝ｈ摩＋ｈ局＋ｈ正＋ｈ其他，为 作面的距离及风管直径有关，Ｋ＝０．６７ 了方便计算，取Ｈ＝Ｉ．２Ｈ摩 Ｌ＝１２．５Ｇ ｂ Ｋ ／（Ａ ｐ２）＝１２．５ ２９０ ４０ ０．６７ Ｈ＝１．２ Ｈ摩＝１．２＊５１７５．６４Ｐａ＝６２１０．７７Ｐａ ／（１２ｏ．４２ １．１８２）＝５７９．４ Ｑ２＝２．２５［Ｇ（ＡＬ）２，ｂ／ｐ２］ｌ／３ｔ ＝２．２５【２９０ （１２０．４２ ５７９．４）２ ０．３ ４０／１．１８２】 １／３４０＝１２９３．７４ｍ３／ｍｉｎ ３）内燃机械作业废气稀释的需要计算风 量：见《路桥施工手册》第６５０页（２ｌ一２１）公 式：Ｑ＝ｎｉ＊Ｎ ｎｉ：洞内同时使用内燃机作业的总ｋＷ 数；Ｎ：洞内同时使用内燃每ｋＷ所需的风量， 一般取３．０ｍ３／ｍｉｎ；在隧道工作面开挖至 １４００ｍ～３１５２ｍ距离内，出碴时重车数取６辆， 空车６辆，柴油机功率１８０ｋＷ，重车负荷率 ８０％，空车负荷率３０％，利用率０．９，装载机两 台，每台１５０ｋＷ，负荷率７０％，利用率０．９，实 际使用功率。 ｎｉ＝１ ８０＊６＊０．８＊０．９＋１５０＂２＂０．７＊０．９＋１ ８０＊６＊ ０．３＊０．９＝１２５８．２ｋＷ Ｑ３＝３ １２５８．２＝３７７４．６ｍ３／ｍｉｎ ４）按洞内最小风速计算风量：见《路桥施 工手册》第６５０页（２１—２２）公式：Ｑ４＝６０ＶＳ Ｑ４＝６０＊０．１５＂１２０．４２＝１０８３．７８ｍ３／ｍｉｎｆ同第 一阶段１ 取由以上四种计算结果中内燃机械作业 废气稀释的通风的最大值３７７４．６ｍ３／ｍｉｎ作为 设计控制风量。 风带与风机连接处 根据上述Ｑ机、Ｈ的计算结果，参靠风机 性能曲线选择风机、要求风量、风压处于被选 择风机的高效区内，即ｒｌ＝Ｏ．８为佳。 采用２组ＤＳＦ一ⅡＮｏ１２．５Ａ型号通风机功 率２＊５５ ｌｌ０ＫＷ进行串联，串联后通风机工 作压力为５０４８～１２００ＯＰａ＞Ｈ（６２１０．７７），流量 １５５６８０－５４００００ｍ３／ｈ＝１５０ｍ３／ｓ＞Ｑ需（７４．２３ｍ３／ ｓ）。因此选用２组ＤＳＦ一１１Ｎｏ１２．５Ａ风机串联， 配以ｑｂｌ５０Ｏｍｍ软质分管，可以满足洞内通风 的要求。 ３＿３．３通风布置 １）当隧道开挖到１４００～２５００ｍ范围时，将 第二组通风机安设在局洞口１３０Ｏｍ处 （ＺＫ１２＋３３０／ＹＫ１２＋３５２）串联通风，保证正常 通风。见图２ ２）当隧道开挖到２５００～３１５２ｍ范围时，将 第二组通风机安设在局洞口２２５０ｍ／２３００ｍ处 （ＺＫ１１＋３８０／ＹＫ１１＋３５２）串联通风，保证正常 通风。见图３ ４经验和体会 通过南厦项目石鼓山隧道施工区段通风 阶段实践，总如下： １）在设备选型上，应该尽可能选择通风 量较大的变速节能风机，ＤＳＦ—Ｉ／Ｎｏｌ２．５Ａ风 机共６级变速，风量从１２９４ｍ７ｍｉｎ至 ４５００１２９４ｍ３／ｍｉｎ，风压从２５２４～６０００Ｐａ，功率从 １６０ｋｗ至２２０ｋｗ，既可适应不同施工阶段的需 要，同时也可以避免电能虚耗和大风机启动 时风压较高而设置长距离的硬管。采用直径 １．５ｍｄｅ通风软管，百米漏风降低，风阻减少， 更换较少，节约了动力费用。实现了大风机、 大风管的合理匹配。 ２）加强洞内监测和个人防护，改善作业 环境，提高功效，从而缩短作业循环时间，加 快施工进度。 ３）实行施工通风专业化管理，从方案设 计、通风设置选择，新产品应用及１３常施工管 理等各个环节都要做细、做好。 长达隧道施工通风方案是否合理是直接 影响经济效益的一个重要条件，是施工技术 人员必须长期研究的一个重要课题。 参考文献 ｆ１】公路隧道通风防灾技术．长安大学． ２００９ Ｏ１．Ｏ１． 【２］公路隧道监控系统设计合理性研究．广东 省高速公路有限公司．２００６．０１．０１． 中国新技术新产品 一５３—
