高原高寒长距离隧道通风、增氧及降尘方案

高原高寒长距离隧道通风、增氧及降尘方案1通风1.1施工安排原则（1）施工通风设计的基本方针是“以人为本、环境达标、安全至上”，保障长大隧道的施工环境满足要求。

（2）对于长大隧道通风设计应分阶段进行，节能降耗，动态调整。

（3）采用技术先进、高效实用、配套完善、匹配合理的机械装备，科学组织，充分发挥机械设备性能。

1.2高原高寒长大隧道通风难点（1）隧道单头掘进距离长，洞内属有限空间作业，施工过程中产生扬尘及灰尘大，噪音大，作业环境复杂且恶劣，作业人员身心健康难以保证。

（2）高原氧气含量少，人员与机械作业降效严重。

作业在0～4000米范围内，海拔每升高1000米，大气压降低10％，空气动力设备功效相对于平原指标下降10％～13％。

压力损失造成设备功率损失加大，油耗增加，废气排放污染严重。

（3）长大隧道单洞掘进距离大，洞内含氧量比洞外低，威胁洞内施工人员身心健康，隧道通风需考虑增氧措施。

（4）随着海拔升高，温度下降，为保证洞内作业环境温度满足要求，隧道通风需考虑加热措施。

1.3隧道通风计算根据新建川藏铁路项目特点及隧道施工组织设计，通风设计统计为压入式、风渠式及巷道式通风分别专项计算风量及风压。

（1）通风风量计算供给每人的新鲜空气量按高原地区取值m=4m³/min 计；正洞开挖爆破一次最大用药量A=140×3×0.8=336kg（按全断面循环进尺3m计算）；放炮后通风时间按t=30min计；风管百米漏风率β=1％，风管内摩擦阻力系数为λ，风筒直径D，空气密度ρ=1.2kg/m3。

通风量的计算主要是计算各种情况下所需的通风量，主要有洞内人员呼吸、爆破烟尘排出、稀释内燃机废气、允许最低风速、涌出瓦斯稀释五个方面，分别对五种情况计算，取其中最大者，并根据通风方式和长度考虑漏风增加值，确定风机配置参数。

1）按作业人员所需的通风量计算公式：Q=K·m·q式中：Q—通风量，m³/min；m—同时在洞内工作的最多人数，按60人考虑（考虑管理、检查人员）；q—每人所需的通风量，一般取值3m³/min，考虑高原空气稀薄，计算取值4m³/min；K—风量备用系数，取1.2；2）按允许最低风速计算供风量公式：Q=V·A·60式中：Q—最小风速通风量，m³/min；v—允许最低风速，隧道施工规范规定，风速在全断面开挖时不小于0.15m/s，坑道内不小于0.25m/s，但均不应大于6m/s。

本处按全断面取值0.15m/s；A—开挖断面积，取值140㎡。

3）按稀释和排出内燃机废气计算供风量：公式：Q=K·n·P式中：Q—通风量，m³/min；K—配风系数，取值0.8；n—洞内同时工作内燃设备功率总和，kW；P—每千瓦每分钟需提供空气量，按3m³/min（按铁路隧道施工规范取值）。

隧道洞内内燃动力机械主要有装载机、挖掘机、自卸车；其中侧卸式装载机最大功率158kw，计算功率142kw；洞内同时2台自卸车（满载车1台，空车1台），满载功率按206kw，计算功率185kw，空车计算功率按满载80%计，即148kw；挖掘机最大功率122kw，计算功率110kw，隧道机械功率统计见下表。

尾气排放顶峰为出渣施工阶段，施工机械为装载机2台+自卸车2台，计算总功率n=142+142+185+185=654kw。

隧道施工主要机械功率参数表4）按爆破排烟需风量计算公式：32)(t8.7ALGQ⨯=式中：Q—通风量，m³/min；G—一次爆破耗药量：336kg；A—开挖断面积，取值140㎡；L—通风排烟长度；L=k0×（15+G/5），安全系数k0取值1.2，L=98m，计算取值100m。

t—排烟时间30min。

根据《现代隧道施工通风技术》中关于高原隧道爆破散烟修正系数的界定，隧道爆破散烟根据海拔高程修正系数如下表：爆破散烟所需通风量高程修正系数5）按照瓦斯涌出量计算公式：Q = QCH4×K / (Bg –Bg0)式中：QCH4—瓦斯涌出量，施工中按照实际测试数据调整；Bg—工作面瓦斯允许浓度，取1%；Bg0—送入工作面空气中的瓦斯浓度，取0；K—不均匀系数，取1.5。

通风量选上述5种计算中最大的作为通风设计的依据。

6）高海拔修正高海拔地区的大气压力降低，故对总需风量进行修正，海拔高度与大气压力关系表如下表所示。

公式：QPQ⨯=高高760式中：Q 高—高海拔地区需风量（m³/min）；Q—正常条件下计算的需风量（m³/min）；P高—高海拔地区大气压力（mmHg）海拔高度与大气压力关系表7）风机供风量的计算采用青函隧道理论的近似计算，采用公式：Q供=Q需/（1-β）L/100式中：Q供为风机供风量，单位m³/min；Q需为管路末端需风量，单位m³/min；L为管路长度，即通风长度，单位m；β百米平均漏风率平均值，取值1%；（2）通风风压计算1）摩擦阻力计算公式为：P摩擦=6.5×α×L/D5×Q2式中：P摩擦—摩擦阻力；α—风阻系数（摩擦阻力系数）；L—风筒长度，单位m；D—风筒直径，单位m；Q—风管内均风量m³/s，Q=（Q 需+Q 供）/2。

2）局部阻力考虑回风影响，则局部通风阻力为：P局部=0.2P摩擦则风机需要克服通风阻力为：P=P摩擦+ P局部。

当隧道计算属于高原隧道时，计算中需按海拔高度进行修正。

风机在不同海拔上运行时，其风量是不变的，而风压随着海拔高度的增加而降低。

有以下公式：当风量相同时：P0= (Pb0 ×P) /Pb ×(273+t)/ (273+20)式中：P0—高原地区风机实际产生压力，Pa；Pb0 —标准大气压力101325 Pa；P —平原地区计算风机压力，Pa；t —环境温度，℃；Pb =101325（1-0.02257*H）5.356其中：H 为海拔高度，单位km。

1.4通风专项设计（1）压入式通风设计压入式通风选择格聂山隧道出口进行设计，主洞独头最长掘进长度3700m，海拔3000m～3200m。

压入式的管路进风口设在洞外，出风口设在掌子面附近，在风机作用下，新鲜空气从洞外经管路送到掌子面，稀释污染物，污浊空气则由洞内排至洞外，布置方式如图所示：格聂山隧道出口通风系统布置示意图根据计算公式，海拔3500m，隧道按独头掘进4000米计算，风机所需最大风量为3303m³/min，风压为8309Pa，参考风机样本资料，建议选用山西侯马鑫丰康风机有限公司生产的风机，风机型号为SDF（p4）-№16/4×160kW。

风机参数见下表。

选用风机参数配置表风机性能曲线如下图。

SDF（p4）-№16风机性能曲线图风机结构如下图。

SDF（p4）-№16风机图（2）风渠式通风设计风渠式通风是利用隔板将横洞洞身和部分段落的正洞分隔为上下两个部分，上部为进风道，下部为出风道兼交通运输通道。

新风由上部风道进入，再由送风机通过管路转送至各个开挖面，污风由各个开挖面汇总到斜井井低附近由下部通道统一排到洞外。

风渠式通风无需在斜井内布设通风管路，可有效缩短风管送风距离。

风渠式（无主扇式）通风布置轴侧图1）双作业面掘进风渠方案以格聂山隧道3号横洞开挖为计算模型，按海拔3000m，隧道辅助坑道进正洞后，正洞掘进3000m进行计算，主洞断面面积140m2，如下图。

风渠式通风布置示意图参照计算方式计算，正洞风渠端头轴流风机所需风量为3075m³/min，风压为5293Pa，参考样本资料，建议风机型号为SDF（p2）-№14/2×160kW。

风机参数见下表。

选用风机参数配置表风机性能曲线如下图。

SDF（p2）-№14风机性能曲线图风机结构如下图。

SDF（p2）-№14风机图以平导开挖为计算模型，按海拔3000m，掘进3000m进行计算，平导断面面积52m2，风机所需风量为2410m³/min，风压为3259pa，参考样本资料，建议风机型号为SDF（p2）-№12/2×90kw。

风机参数见下表。

选用风机参数配置表SDF（p2）-№12风机性能曲线图2）四作业面掘进风渠方案考虑横洞进入正洞后承担正洞和平导四个作业面同时作业为计算模型，按海拔3000m，正洞单作业面掘进3000m，主洞断面面积140m2，平导断面面积52m2，进行计算，如下图。

风渠式通风布置示意图参照公式计算结果可知，总共所需风量为10970m³/min，考虑到4个工作面工序的不同时性。

考虑隧道机械化配置，实际施工情况，进行施工系数选择，选取ψ=0.6，则所需风量值为6582m³/min，风渠断面通风面积为16.3m2。

采取射流风机配合进风，需风量6582m³/min=110m³/s，根据射流风机参数表，下表进行选择2台NO18—55kw射流风机即能满足通风风量要求。

射流风机参数配置表3）风渠式通风实施方法隔板必须具有一定刚度和强度的密封材料，连接缝要进行密封处理，尤其是隔板与隧道的边墙接缝。

结合青藏铁路关角隧道使用实例，隔板选材和施作分为两种类型：PVC复合布（风管布）和PVC板（吊顶用板材）隔板。

PVC复合布（风管布）隔板：风管布采用热合工艺粘接，防止泄露，墙根用107胶与粘子粉混合涂刷作密封。

PVC板（吊顶用板材）隔板：PVC板为插接，用粘胶密封；墙根可用107胶与粘子粉混合或用玻璃胶密封。

PVC复合布隔板示意图PVC板隔板示意图横洞风渠式通风随着隧道施工的进展分阶段和步骤实施。

第一阶段：在进行横洞洞身施工的前期，采用压入式通风，在横洞洞口设置一台送风机，通过管路将洞外新鲜空气送到横洞开挖掌子面，其布置如下图所示。

该阶段虽未利用隔板风道，但需按计划施作隔板。

风渠式通风第一阶段布置示意图第二阶段：在进行横洞洞身施工的中后期，开始部分采用隔板风道通风，进行初步通风方式转换，将风机设置在横洞洞身内与隔板上部风道密封连接，从风道内吸取新鲜风，再通过风管将新鲜风送到横洞开挖面。

其布置如下图所示。

随着隧道开挖推进，同步施作隔板。

风渠式通风第二阶段布置示意图第三阶段：斜井施工全部完成，开始进入正洞施工时，需要增设开挖工作面，原有的一路通风管已经不能满足施工要求，而此时隔板风道还没有施作完成，仍可以部分采用隔板风道通风，增设一台风机及一路风管，风机全部安设在横洞隔板风道末端通过管路为正洞开挖面送风，布置如下图所示。

风渠式通风第三阶段布置示意图第四阶段：在双洞隧道四个开挖作业面均进入正常的平行施工状态，隔板风道也已施作完成，能够形成完整的隔板风道通风系统，完成通风方式的整体转换。