长大隧道施工通风设计在大丽铁路禾洛山隧道中的应用
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新建大理～丽江铁路，是由亚洲银行与铁道部共同投资建设的合资铁路，设计为国家I线铁路，旅游客运专线，全长162公里。属山区高原铁路，海拔高程1800～2786m。中铁十局济南铁路工程有限公司通过竞标，担负着其三个内资标中N5标的施工。该标段内5848m的禾洛山隧道仅有进口、出口两个工作面，是全线一号控制工期工程。隧道内采用何种施工通风方式改善洞内作业环境，为隧道内施工人员提供足够的新鲜空气就显得尤为重要。下面就该隧道内施工通风的设计、应用进行简要阐述。
1、设计情况
禾洛山隧道出口端有463m三线车站隧道，其余为单线隧道。除进口9.45m、出口226m位于曲线上，其余均位于直线上。该隧道穿越的地层岩性均为二叠系玄武岩夹凝灰岩，从全风化W4～未风化W1，围岩级别从Ⅴ级到Ⅱ级。地下水以基岩裂隙水为主，预计最大涌水量4万m3/d。隧道内路肩平均高程2038.16m，最大埋深220m。施工组织为进口工作面承担3020m，出口承担2828m的施工任务。
Ⅳ级、Ⅴ级围岩段长台阶法开挖，Ⅲ级、Ⅱ级围岩段短台阶(等同全断面)法开挖，风动凿岩机钻孔，人工装药爆破，挖掘机扒碴。出碴方式：出口端采用无轨运输，装载机装碴，自卸汽车运碴至弃碴场。进口端前700m为无轨运输出碴，700m以后为提高工效，改成有轨运输，采用挖掘机装碴，电瓶车牵引梭式矿车出碴。
二次衬砌进出口均采用液压整体式衬砌台车，砼搅拌运输车运送砼，输送泵浇注。
2、通风方式的确定
通风方式的选用，与施工方法、机械配置、掘进长度、开挖断面及污染物质的含量与种类等因素有关。
该隧道中，在开挖断面、开挖及出碴方法已确定的情况下，根据掘进长度、洞内污染源的特性及产生的位置，进口的有轨运输方案，除发生在掘进工作面的爆破污染源外，其它为柴油机(挖掘机从距工作面较近的大避车洞至工作面行驶段排出的废气及二衬施工处砼输送泵排放的废气)排放的废气，污染物质的量基本不随开挖长度变化。出口的无轨运输，除上述进口产生的各种污染物质，出碴车、砼搅拌运输车等排出废气的污染，发生在整个隧道运输段内，由于隧道内的自然风速低于运输车辆的走行速度，废气浓度将发生重叠，愈往下风侧浓度愈高。
经综合各方面因素考虑，确定该隧道进、出口均采用压入式通风进行隧道内供风。
3、隧道内施工通风计算
3.1 通风量计算
①按洞内同时工作的最多人数计算
Q=3•k•m
式中：3―《隧规》规定每人每分钟供应的新鲜空气标准(m3/min)；
k―风量备用系数，取1.1～1.25，本式中取为1.2；
m―洞内同时工作的最多人数，本式中取为40人。
则Q=3×1.2×40=144m3/min
② 按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算
采用a•B•H•伏洛宁公式：
Q压=7.8/t•(A•K•S2•L2)1/3
式中：t―通风时间(min)，取为30min；
A― 一次爆破的炸药用量(kg),根据Ⅱ级围岩钻爆设计，一次掘进长度2.5m时，炸药用量为107kg；
K―淋水系数，取0.3；
S―巷道断面积(m2),本隧道Ⅱ级围岩(W=0)开挖断面为41.38m2,取为42m2；
L―通风区段长度，取较大值，进口3020m。式中当L大于L极限时， L应用L极限代替，
L极限=500K′A/S=500×0.8×107/42=1019m
式中: K′―紊流扩散系数，K′=0.8；
L用L极限代替，则L=1019m，故有
Q=7.8/30×(107×0.3×422×10192)1/3=1011m3/min
③按最小风速计算
Q=60•S•v
式中：v―允许的最小风速，全断面开挖时应不小于0.15m/s，但均不应大于6m/s。
其余符号意义同前。
则Q=60×42×0.15=378m3/min
④按柴油机的废气污染计算风量
Q=Q0∑P
式中：Q0―柴油机单位功率所需风量指标，《隧规》规定：1Kw的风量不宜小于3m3/min；
∑P―同时在隧道内作业的各种柴油机的功率总和，取180KW；有间歇性工作的乘以时间百分数，本式中取为70%。
则Q=3×180×0.7=378 m3/min
由上述计算可知，洞内最大风量由洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量控制，取Q=1011m3/min。
⑤高海拔地区风量修正
由于高海拔地区大气压力降低，故对总风量应进行修正：
Q高=760/P高•Q
式中：P高―高海拔地区的大气压力(mmHg)，海拔2000m时，大气压力P高=596mmHg；
其余符号意义同前。
则Q工=Q高=760/596×1011=1289m3/min
3.2 风机风量及风压计算
①风机应供风量Q扇
漏风系数P=1/((1－β)L/100)
式中：β― 通风管道百米漏风系数，取1.5%；
其它符号意义同前。
则P=1/((1-0.015)3020/100)=1.578
风机应供风量：
Q扇=P•Q工=1.578×1289=2034m3/min
② 风阻计算
风管内摩擦阻力h1=λ•(L/D)•ρ/g•(V2/2)=4077pa
λ-摩擦系数，取0.015
D-风管直径，采用D=1.5m
ρ-空气密度，取ρ=12N/m3
g-重力加速度，10m/s2
V-风管内平均流速，取15m/s
其它符号意义同前。
风管内局部阻力h局=ζρ(V2/2)，通常按风管内摩擦阻力h1的5%考虑，则总阻力h=4077×105%=4280pa
③ 风机需提供压力Ht计算
Ht=H/Kr=4280/(596/760)=5457pa
式中：Kr―高海拔地区修正系数。
4、风机、风管的选择
该隧道进、出口均采用长管路独头压入式通风，风机选用山西省侯马市鑫丰康风机有限公司生产的SDF(B)-№13型隧道施工专用轴流通风机，其最大风量3300m3/min，最大风压5920pa，电动机功率132×2Kw。通风管选用直径φ1.5m、长10m/节的新型拉链接头软风管。满足独头掘进3020m施工通风要求。
5、注意事项
①洞口处风机安装高度适当，基底稳固，空压机站有防水、降温和保温设施。
②为了安装及维修方便，通风管尽量不与进洞电缆设于同侧。其安装高度应位于拱脚及拱脚以上。
③为保证排烟质量，风管末端至掌子面的距离应小于32m(5•S1/2)。
④风管应全部用新管，安装时做到平顺、挺直、紧扎。有破损及时修补，以减少接头、破损漏风和降低局部阻力。
⑤二次衬砌施作处，在衬砌台车上专配一节与风管同直径的硬管，两端与软风管相连。
⑥风机、风管安排专人负责管理、安装及维修。
6、结束语
在该隧道施工中采用长管路集中压入式通风，通风系统独立，集中布置风机，不仅操作、管理方便，而且切实改善了隧道内的作业环境，对隧道内的正常工序施工基本无影响。经云南省当地劳动保护及安全机关多次检查，均得到了高度评价。
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