天平山隧道3#斜井施工通风方案
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【摘要】本文介绍了长大隧道斜井施工通风方案设计，采用建立模型设计，直观科学，按照设计方案在现场实施后，效果良好。
【关键词】长大隧道斜井施工通风设计 建立模型效果良好
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：
一、基本概况
天平山隧道全长14.012公里。其中3#斜井设计长1793m，坡度为9%下坡，斜井宽7.7m,高6.2m, 斜井与正洞以60°夹角相交。计划承担正洞施工任务1978m。该工程的特点是斜井长，通风距离长，埋深大洞内地温高，洞外气压较大，造成隧道内通风排烟困难，致使施工作业环境差，通风排烟效果的好坏对施工影响很大。
二、施工通风控制标准
综合太平山隧道施工的实际情况，初步确定太平山隧道施工通风控制标准如下：
(一) 有害气体最高允许浓度值
一氧化碳：在30min内降至30mg/m3（37.5ppm）。二氧化碳不得大于0.5%。
氮氧化物低于5mg/m3。
(二) 粉尘容许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg。
(三) 温度：洞内气温不宜超过28℃。
(四) 氧气含量：按体积计，不得低于20%。
(五) 隧道施工时，供给每人的新鲜空气量，不应低于3m3/min。
(六) 隧道开挖时全断面风速不应小于0.15m/s。
三、需风量的计算
依据规范，对开挖工作面所需风量的计算如下：
（一）施工人员所需风量
式中：—施工人员所需风量，m3/min;
—铁路、矿山等部门颁发的隧洞施工技术规范规定为4m3/min；
m—洞井内同时工作的最多人数；
K—风量备用系数，一般取用1.10～1.15。
（二）按同时起爆炸药量计算
式中：A—一次爆破所用最大装药量，
b—每公斤炸药爆炸生成的有害气体量，取b=40m3/ Kg；
t—通风时间，一般为20～30min，取30min.
Qs=5Ab/t
（三）稀释机车尾气所需的风量
式中：——隧道全长稀释CO的需风量，m3/s；
——隧道全长CO排放量，按照《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ 026.1—1999）中的规定计算。对于进口段，经计算得到=0.001263m3/s。
——隧道内CO的允许浓度，取37.5ppm；
——标准大气压，取101325Pa；
——隧址设计大气压，取为91158Pa；
——标准气温，K，取273K；
——隧道夏季的设计气温，315K。
（四）洞内风速需风量
式中：—保证洞内最小风速所需风量，m3/min;
—洞内容许最小风速，大断面隧洞掘进取0.15m/s，小断面隧洞和导井掘进取0.25m/s;
—隧洞最大断面面积，m2。
（五）降温排尘所需风量
为保证施工效率，隧洞施工中温度不得超过28℃。TBM破岩产生高温的同时，也产生粉尘，尽管有喷水降尘及降温，洞内需保证一定的降温排尘风速。
式中：——降温排尘风量，m3/min；
——降温排尘风速；
取值，0.3m/s。
m3/min
（六）确定施工中的需风量
根据经验，施工中的最大需风量为降温排尘需风量，即：
式中：—施工中的总需风量；
—理论计算各个需风量中的最大值。
经过上面计算所需总风量为1801.8 m3/min.
（二）漏风量计算
风筒漏风损失风量：风筒直径1.5m，最长3795m，漏风系数β为1.0%。
风机风量按消除有害气体积聚所需风量计算：
Q=Qmax/（1-β）L/100= 1801.8/（1-0.010）3795/100=2638.46（m³/min）
四、隧道通风方案设计
（一）施工需风量计算
由3.2计算可知，需风量为2638.46（m³/min）=44 m³/s
（二）风筒阻力计算（风管直径1.5m）
h1=λ×L/D×ρ(V2/2)
式中：λ—风筒摩擦阻力系数，取0.018；L--隧道的最大长度，取3771m；
D--风筒直径，取1.5m；ρ--空气密度，取1kg/m3；V--风筒平均风速
风筒面积A=3.14x1.5x1.5/4=1.8 m2
V=Q/A=44x0.8/1.8=19.5m/s(风管直径1.5,t提供80%的新鲜风)
带入相关数据计算得h1 =8603pa
风管进出口局部阻力=（1+0.3）x1/2x19.5x19.5=247pa
风管总阻力h=8603+247=8850pa
（三）轴流风机选型
根据计算，轴流风机选择为：
（四）射流风机台数计算
1、污染风摩擦阻力计算
H1=λ×L/D×ρ(V2/2)
式中：λ—主洞摩擦阻力系数，取0.1；L--隧道的最大长度，取1978m；
D--隧道直径，取11.3m；ρ--空气密度，取1kg/m3；V—隧道平均风速
隧道面积A=3.14x11.3x11.3/4=100 m2；V=Q/A=44/100=0.44m/s
带入相关数据计算得H1 =1.69pa
同理可得污染风流经斜井时的摩擦阻力为16pa
污染风局部阻力=（1+0.7）x1/2x1.2x1.2=1.2pa
2、自然风阻力计算
H2=（0.6+0.7+λ×L/D）×ρ(V2/2)
式中：λ—主洞摩擦阻力系数，取0.1；
L--隧道的最大长度，取3771m；（斜井阻力大于主洞，保守全按斜井计算）
D—斜井直径，取6.8m；ρ--空气密度，取1kg/m3；
V—平均风速
斜井面积A=3.14x6.8x6.8/4=36m2
V=Q/A=44/36=1.2m/s
带入相关数据计算得H2 =114pa
3、活塞风动力计算
洞内双向行车，且行车速度慢，故不考虑活塞风动力作用。
4、单台射流风机升压力计算
单台射流风机升压力=空气密度*射流风机出口风速的平方*射流风机的出口面积/隧道断面积*（1-隧道断面风速/射流风机出口风速）*射流风机位置摩擦阻力损失折减系数（0.5）
带入计算得单台射流风机升压力=25.6pa（射流风机安置在主洞内）
单台射流风机升压力=61.3pa（射流风机安置在斜井内）
5、射流风机台数确定
61.3x2+25.6=148.2>16+1.2+114=131.2,只需在斜井内布置2台射流风机，主洞内布置一台射流风机，就可以满足排风要求，由于洞外自然风压力偏大，故在计算的风机台数上多安装一台，作为备用。最终射流风机台数为斜井三台，主洞1台。
（五）方案设计
通过上面计算，对方案设计如下：
通风系统如图4.1所示