隧道施工通风计算

隧道施工通风计算
一、规范规定
《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）规定：
⑴空气中氧气含量，按体积计不得小于20％。

⑵粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10％以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg。

⑶瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于0.5％；总回风道风流中瓦斯浓度应小于0.75％；开挖面瓦斯浓度大于1.5％时，所有人员必须撤至安全地点。

防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s。

⑷有害气体最高容许浓度：
①一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3；在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3；但工作时间不得大于30min。

②二氧化碳按体积计不得大于0.5％。

）为5mg/m3。

③氮氧化物（换算成NO
2
⑸隧道内气温不得高于28℃。

⑹隧道内噪声不得大于90dB。

⑺隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人应供应新鲜空气3m3/min，采用内燃机械时，供风量不宜小于3m3/(min·kW)。

⑺隧道施工通风的风速，全断面开挖时不应小于0.15m/s，在分部开挖的坑道中不应小于0.25m/s。

⑼每100m平均漏风率不应大于2％。

二、通风方案的确定
隧道施工通风主要采用机械通风，其通风方式按风道类型一般分为巷道式和管道式两种，其中后者按送风方式不同又可分为压入式、吸出式和混合式三种。

它们各有其优缺点（见表1）。

表1 几种管道式通风方案的比较
综合考虑隧道独头掘进长度、断面大小、开挖方法、出渣运输方式、设备条件等因素，通过分析比较，确定压入式通风较为适合无轨运输施工，可使足够的新鲜空气能很快被送至工作面，实现快速掘进。

三、风量计算
⑴按洞内同时工作的最多人数计算风量：
k m q Q ⨯⨯=
q —每人每分钟呼吸所需新鲜空气量，取4.0m 3/min ；
m —洞内同时工作的最多人数，50人；
k —风量备用系数，取1.15。

计算得：Q =230m 3/min ⑵按排出炮烟计算风量： 计算方法一：
t Al Gb Q 0
5-=
G —同时爆破的炸药消耗量，q l A G ⨯⨯=，得100.2kg ；
A —掘进面积,26m 2
； l —循环进尺，4.0m ；
q —单位耗炸药量，1.7kg/m 3
；
b —炸药爆炸时有害气体生成量，取40 m 3
/kg ；
t —通风时间，取40min ；
0l —炮眼抛掷长度，5/150G l += ,得50.36m 。

计算得：Q =230m 3/min 计算方法二：
32
2
)(25.2p b Al G t Q ⋅Φ=临界
t —通风时间，取40min ；
b —炸药爆炸时有害气体生成量，取40m 3
/kg ；
Φ—淋水系数，取0.3； A —掘进面积,26m 2
； l —循环进尺，4.0m ；
q —单位耗炸药量，1.7kg/m 3
；
G —同时爆破的炸药消耗量，q l A G ⨯⨯=，得100.2kg ；
L —通风距离，1100m ；
100P —百米漏风率，取2%；
P —漏风系数，100
100
11P L P -=
，得P ＝1.23
k —紊流扩散系数，取风管口至工作面的距离等于风流的有效射程，
即A s 4=＝35m ，风管直径d ＝1.8m ，
d
s
2＝9.7，查表得k ＝0.53； 临界l —隧道爆破临界长度，2
5
.12Ap
Gbk
l =临界，得临界l ＝788m 。

计算得：Q =230m 3/min ⑶按允许最低风速计算风量：
A V Q ⨯⨯=60
V —工作面最小风速，全断面开挖取0.15m/s ，分部开挖取0.25m/s ，瓦斯
隧道取1.0m/s ；
A —掘进面积,26m 2。

计算得：Q =230m 3/min
⑷按稀释和排除内燃机废气计算风量：
若采用有轨运输，施工设备均按电动设备配置，此项舍去。

若采用无轨运输，洞内内燃设备配置较多，废气排放量较大，供风量应足够将内燃设备所排放的废气全面稀释和排出，使有害气体降至允许浓度以下，计算可按下式计算：
∑==N
i i i KN T Q 1
K —功率通风计算系数,我国暂行规定为2.8～3.0m 3
/min ；
i N —各台柴油机械设备的功率； i T —利用率系数。

内燃设备配置表
计算得：Q =230m 3/min
⑸按按瓦斯绝对涌出量计算所需风量（仅对瓦斯隧道）：
4n n K
Q Q CH -⨯=
4CH Q —瓦斯绝对涌出量2m 3/min ；
K —瓦斯涌出的不均衡系数，取1.6；
n —工作面允许的瓦斯浓度，取0.5%；
0n —送入风流中的瓦斯浓度，取0。

计算得：Q =64m 3
/min ⑹计算结果取值：
以上计算结果取最大值Max Q =（230，149，785，123）＝789m 3/min 作为控制设计通风量。

考虑漏风因素：
据风管厂提供的技术指标，采用PVC 增强塑纤布作风管材料，百米漏风率正常时可控制在2%以内。

据此计算漏风系数：
100
100
11P L P -=
L —通风距离，1100m ；
100P —百米漏风率，取2%。

计算得：P ＝1.23 则风机供风量应不小于：
p Q Q ⋅=max ＝1253m 3/min
四、系统风压计算
从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。

⑴动压计算：
22
1
v h ⨯⨯=
γ动 γ—空气密度，1.16kg/m 3
；
v —末端管口风速，按控制设计通风量计算，60
⨯=
A Q
v ，得5.6m/s ； 系统动压：动h ＝19P a ⑵静压计算： ①沿程摩擦阻力：
221v d
L
h ⨯⨯⨯⨯=
γλ摩 λ—管道摩阻系数，0.025；
v —管道内平均风速，)604
(
2max d Q
Q π，得12.78m/s ；
d —风管直径，1.2m ；
L —通风距离，1100m ；
γ—空气密度，1.16kg/m 3
；
Q —风量计算最大值，789m 3
/min ； max Q —风机应提供最小风量，1253m 3
/min 。

计算得：摩h ＝19P a ②局部阻力： 无拐角情况：
摩局h h 1.0≈＝1.9P a
有拐角情况：
22
1
v h ⨯⨯∑⨯=
γξ局 ξ∑—系数，根据风管拐角角度查表，取1.3；
γ—空气密度，1.16kg/m 3
；
v —管道内平均风速，)604
(
2max d Q
Q π，得12.78m/s ；
计算得：局h ＝19P a
系统静压：局摩静h h h +=＝20.9 P a ⑶系统风压：
静动h h h +=＝30.9 P a
通风管径越大，则系统阻力越小，根据全断面掘进时断面尺寸，施工机械和衬砌台车的尺寸，设计时按φ1.2m 风管计算。

五、设备选型
设备选型关系到整个方案的成败，是通风系统运行好坏的基本保证。

在立足现有、国产设备的基础上，我们采用了天津产88-1型轴流式风机，其功率为55KW ×2，风量达1000m3/min ，全压5000Pa 。

它具有空气流动性能好、效率高、节省
能量、噪音低、结构紧凑、安装方便等特点。

风管则选用了天津通风设备厂生产的PVC增强塑纤布拉链式φ1.2m柔性风管。

该风管具有较强的抗拉强度和较小的伸长率，接头方式新颖，使用方便，重量轻，易安装，破损较少，径向变形也小。

另接头光滑、严密，能有效地减少漏风和系统阻力。

由上述计算结果可知，选用88-1型风机和φ1.2m柔性风管应该可以满足洞内通风的要求。