實踐探討隧道施工通風方案

羅文松

摘要:隧道通風是把隧道內(nèi)有害氣體、粉塵、污染的空氣排出洞外,或者送入新鮮空氣進行稀釋。本文筆者根據(jù)多年來的隧道施工通風的實踐經(jīng)驗,探討了隧道施工中最理想的通風方法。

1、隧道施工通風方式的選擇要點分析

隧道施工通風方式的選擇應(yīng)針對污染源的特性進行,在選擇時應(yīng)注意的幾個要點:

◆自然通風因其影響因素多、通風效果不穩(wěn)定且不易控制,盡量避免使用。故除短直隧道外,有軌運輸隧道宜采用吸出式或混合式通風,無軌運輸隧道宜采用壓入式或變換式通風。

◆壓入式通內(nèi)能將新鮮空氣直接輸送至工作面,有利于工作面施工,但污染空氣將流經(jīng)整個坑道,若采用大功率、大管徑設(shè)備,該通風方式適用范圍較廣。

◆吸出入通風的風流方向與壓入式相反,但其排煙速度較慢,且易于在工作面形成炮煙停滯區(qū),故一般很少采用,因此,常在工作面處另設(shè)局扇以構(gòu)成混合式通風系統(tǒng)。

◆混合式通風具有壓入式和吸入式的優(yōu)點,但管路、風機等設(shè)施增多,在管徑較小時可采用,若有大管徑、大功率風機時,其經(jīng)濟性不如壓入式。

◆有平行導(dǎo)坑施工的隧道應(yīng)采用巷道式通風,其通風效果主要取決于通風管理的好壞。

2、隧道施工所需風量的計算

確定隧道施工過程中所需風量的因素包括:隧道內(nèi)同時工作最多人數(shù);一次爆破所用最多炸藥量;隧道內(nèi)規(guī)定的最小風速;瓦斯、二氧化碳等有毒有害氣體涌出情況及隧道內(nèi)所用內(nèi)燃機械數(shù)量等。

2.1按隧道內(nèi)同時工作的最多人數(shù)需要的新鮮空氣計算風量

Q=4N (1)

式中:Q為隧道內(nèi)所需風量,m3/min。

4為每人每分鐘應(yīng)供給的最小風量,m3/min?人。

N為隧道內(nèi)同時施工(指導(dǎo)施工)的最多人數(shù),人。

2.2按炸藥量計算

Q=25A(2)

式中:25為在規(guī)定時間內(nèi)將每千克炸藥爆炸所產(chǎn)生的有害氣體稀釋到允許濃度以下,每分鐘所需的最小風量,m3/min?kg。

A為一次爆破所需的最大炸藥量,kg。

2.3按隧道內(nèi)規(guī)定的最小風速計算

Q≥Vmin?S(3)

式中:Vmin為隧道內(nèi)規(guī)定的最小風速,m/min。

S為施工隧道的最小斷面積,m2。

2.4按有毒有害氣體(瓦斯、二氧化碳等)涌出量計算

Q=100?q?k(4)

式中:100為按規(guī)定(瓦斯、二氧化碳涌出隧道工作面瓦斯、二氧化碳濃度不高于1%)得出的系數(shù)。

q為隧道內(nèi)有毒有害氣體的絕對涌出量,m3/min。根據(jù)實測統(tǒng)計數(shù)值的平均值取值。

k為隧道內(nèi)有毒有害氣體涌出的不均衡系數(shù)。它是最大涌出量與平均涌出量之比,由實測統(tǒng)計而得。一般在1.5～2.0之間。

按以上4種方法計算后,選取Q值最大者作為隧道內(nèi)施工通風所需風量值,并根據(jù)此數(shù)值選擇通風設(shè)備。此外,還要考慮隧道內(nèi)內(nèi)燃機械設(shè)備的使用數(shù)量,適當加大通風量。

３、通風設(shè)備的選擇

３.1風筒相關(guān)參數(shù)的計算

3.1.1風筒的風阻

風筒的風阻理論上包括風筒的磨擦風阻、接頭風阻、彎頭風阻、風筒出口風阻(壓入式通風)或風筒入口風阻(抽出式通風),且根據(jù)通風方式的不同,各有相應(yīng)繁瑣的計算公式。但在實際應(yīng)用中,風筒風阻除與上述因素有關(guān)外,還與風筒的吊掛、維護、風壓大小等管理質(zhì)量密切相關(guān),因此,很難用相應(yīng)的計算公式進行精確計算,一般都根據(jù)實測風筒百米平均風阻(包括局部風阻)作為衡量風筒管理質(zhì)量和設(shè)計的數(shù)據(jù)。其百米平均風阻由風筒生產(chǎn)廠家在出廠產(chǎn)品參數(shù)說明中給出。故風筒風阻計算式:

R=R100?L/100Ns2/m8(5)

式中:R為風筒風阻,Ns2/m8。

R100為風筒百米平均風阻,簡稱百米風阻,Ns2/m8。

L為風筒全長,m,L/100構(gòu)成R100的系數(shù)。

3.1.2風筒的漏風

正常情況下,金屬和透氣性極小的塑料風筒的漏風主要發(fā)生在接頭處,只要加強接頭處理,漏風較少,可忽略不計。而膠布風筒等不僅接頭而且全長的壁面和針眼都有漏風,故其風筒漏風屬連續(xù)的不均勻漏風。漏風使風筒和風機連接端的風量Qf與風筒靠近出口端的風量(即隧道內(nèi)所需風量)Q不等。因此,應(yīng)按始末端風量的幾何平均值作為通過風筒的風量Qa,則:

Qa=√Qf?Qm3/min。(6)

顯然,Qf與Q之差就是風筒和漏風量QL。即:

QL=Qf－Q(7)

QL與風筒的種類、接頭的數(shù)目、方法和管理質(zhì)量以及風筒直徑、風壓等有關(guān),但更主要是與風筒的維護和管理密切相關(guān)。反映風筒漏風程度的指標參數(shù)有三:

①風筒漏風率Le:風筒漏風量占風機工作風量的百分數(shù),即:

Le=QL/Qf×100%=(Qf－Q)/Qf×100%(8)

Le雖然能反映某一風筒的漏風情況,但不能作為比較的指標。故常用百米漏風率Le100表示:

Le100=[(Qf－Q)/(Qf?L/100)]×100% (9)

風筒的百米漏風率由風筒生產(chǎn)廠家在出廠產(chǎn)品的參數(shù)說明中給出。

②風筒的有效風量率Ef:即掘進工作面風量占風機工作風量的百分數(shù)。

Ef=(Q/Qf)×100%=[(Qf－QL)/Qf]×100%=(1－Le)×100%(10)

由式(9)得:

Qf=100Q/(100－L?Le100)(11)

式(11)代入式(10)得:

Ef=[(100－L?Le100)/100]×100%=(1－L?Le100/100)×100% (12)

(3)風筒漏風備用系數(shù)ф:即風筒有效風量率的倒數(shù)。

ф=Qf/Q=1/Ef=1/(1－Le)=100/(100－L?Le100) (13)

3.1.3風筒直徑

風筒直徑的選擇取決于送風量、送風距離及隧道斷面的大小等因素,實際應(yīng)用中,多是根據(jù)與風機出口直徑的匹配情況,選取標準直徑。隨著隧道施工技術(shù)日益發(fā)展,長大隧道采用全斷面開挖越來越多。利用大口徑風管進行施工通風可大大簡化隧道施工工序,有利于全斷面開挖的推廣使用,便于一次成洞,可節(jié)約大量的人力和物資,并使通風管理大大簡化,是解決長大隧道施工通風的主要途徑。

3.2確定所需風機的工作參數(shù)

①確定風機的工作風量Qf

Qf=ф?Q=[100/(100－L?Le100)]?Q (14)

②確定風機的工作風壓hf

hf=R?Qa2=R?Qf?Q(15)

3.3設(shè)備的選擇

通風設(shè)備的選擇,首先要考慮通風方式,要滿足所采用通風方式的要求。同時,在選擇設(shè)備時,還要考慮到隧道內(nèi)所需風量與以上計算風筒、風機的各項性能參數(shù)相匹配,以確保通風機械設(shè)備達到最大的工作效率和減少能量浪費。

3.3.1風機的選擇

①在風機的選擇上,由于軸流式風機具有體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、便于安裝和效率高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。

②風機的工作風量應(yīng)滿足Qf的要求。

③風機的工作風壓應(yīng)滿足hf的要求,

但不宜大于風筒的允許工作壓力(風筒出廠參數(shù))。

3.3.2風筒的選擇

①隧道掘進通風使用的風筒分無骨架柔性風筒、帶剛性骨架的柔性風筒和硬質(zhì)風筒。

②風筒的選擇考慮風筒直徑與風機的出口直徑相匹配。

③其它條件相差不多時,易選擇百米風阻小和百米漏風率低的風筒。

4、通風效果

隧道通風由于在工程實踐中加強了通風管理,尤其在“防漏降阻”上采取了嚴防風管接頭漏風、局部破損部位及時粘補、管路安裝做到平、順、直等有效措施,使風管百米漏風率控制在設(shè)計的1.3%以下,加上風管模型試驗成果提供了依據(jù),最終確定采用單機單管壓入通風方案。某隧道按此方案進行通風施工,取得了良好的施工效果,達到了預(yù)期的通風目標。

參考文獻：

[1]李鵬.淺談公路隧道通風方式的選擇.山西建筑,2009.

[2]趙以蕙.礦井通風與空氣調(diào)節(jié).中國礦業(yè)大學出版社.

[3]李英,韓常領(lǐng).法國公路隧道通風量計算方法.中外公路,2009.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。