长大水工隧洞开挖施工通风方案设计与实践

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Jul., 2018

DOI: 10.16617/j.cnki.11-53/TK. 2018.07.05

长大水工隧洞开挖施工通风方案

设计与实践

汪红君

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江杭州310052)

【摘要】长大水工隧洞长6200m，最大独头掘进达到3233.72m，最大开挖断面约55m2。本文对隧洞开挖的通 风方案进行研究设计、通风量计算、风机选型确定、布置及通风效果作了介绍。【关键词】长大水工隧洞；施工通风；风量计算；风机选型

中图分类号：

TV5

文献标识码：* 文章编号：1673-8241 (2018) 07-017-04

Design and Practice of Ventilation Plan for Changda Hydraulic

Tunnel Excavation Construction

(Zhejiang Provincial No. 1 Water Conservancy & Electric Power Construction Group Holdings Co.，Ltd.，Hangzhou 310052, China %Abstract: Changda Hydraulic Tunnel is 6200m long, the biggest single head driving lengtli is 3233. 72m, and the largest

excavation section is about 55m2. The design and study of tunnel excavation ventilation plan, ventilation quantity

calculation, fan model selection, layout and ventilation effect are introduced.Key words： Changda Hydraulic Tunnel； construction ventilation； ventilation quantity calculation； fan selection

2

通风方案

该工程隧洞开挖施工段掘进最长为爬坞支洞施工 段，其独头掘进达到3233. 72m，加之采用无轨运输， 洞内的通风排烟问题较难解决，是影响隧洞开挖进 度、质量、安全的主要因素。根据类似工程实际经 验，该工程采用压入式通风为主，辅以吸出式通风的 混合式通风措施，在工作面采用射流风机加速循环， 并采用喷雾除尘等辅助方法加速降尘。随着隧道的逐 步深入，每隔1000m串联风机加速抽排及压入效果。

WANG Hongjun

1工程概况

杭州市第二水源千岛湖配水工程15标段工程包

括输水隧洞桩号102 + 900〜109 + 100 (6200m)、狮 子山上游支洞（1m)、狮子山下游支洞（285m)、 爬玛支洞（750m)、爬玛支洞口西南侧新建检修交通 洞（308.286m)和桐村支洞（200m)。开挖区域主 要为弱风化粉砂岩，围岩主要为\"〜#类围岩，最大 开挖面面积约55m2。隧洞开挖采用光面爆破独头掘 进，装载机配自卸汽车出渣。

17科学研究及工程设计

Scientific Research & Engineering Design

3通风设计相关计算

3.1通风设计相关标准

在隧洞开挖过程中，由于钻孔、爆破、设备毒气 以及地层释放出的有害气体等，使得隧洞内空气污 浊，不及时排除有害气体，会严重影响施工人员的健 康。因此，必须及时向洞内提供新鲜的空气，排除有 毒有害的气体，降低粉尘的浓度。要符合以下卫生标 准！ $隧洞内的温度不能超过#8°C，洞内的氧气含 量不低于20U (按体积计算）；⑥有毒有害气体的浓 度，一氧化碳不大于3)mg/m3，施工人员的工作时间 不超过30min;二氧化碳不得超过）.QU (按体积计 算％;氮氧化合物（换算成NO#)质量的浓度不超过

Qmg/m3; &粉尘的浓度：游离二氧化硅浓度10U以

上的粉尘，其浓度不得大于2mg/m3;游离二氧化硅 浓度10U以下的粉尘，其浓度不得大于10mg/m3;③ 每人平均需提供不少于3m3/min的新鲜空气，柴油设 备需提供不少于3m3/(min • kW)的新鲜空气。3. 2

设计参数

为了确保暗挖施工作业段的空气符合通风设计标 准，设计时以隧洞最大开挖断面进行参数设定，具体 见下表。

隧洞开挖通风设计相关参数表

项目名称数量

备

注

开挖断面尺寸/m2QQ

取最大值

一次进尺的长度/m2.Q

单位体积的耗药量/( kg/m3 )

1.47一次爆破用药量/kg187.2洞内最多作业人数3Q出渣车辆/kW

3 x99ZLQ0C侧式装载机

14Q爆破后通风排烟时间/min

<45通风管直径/m1.2管节20m管道百米漏风率1U -2%按管长来取值大小

洞内最小风速/ ( m/s )0. 1Q

炮烟拋掷长度/m

Q2.44

183$风量、风压相关计算 3.3.1 风量的计算

从以下四个方面计算风量：按照隧洞内同时工作 时最多人数所需要的新鲜空气计算最大风量K;按隧 洞内允许最低的风速计算风量K;在规定的时间内把 同时爆破且使用最多炸药量时所产生的有毒有害气体 稀释到允许浓度以下的情况下计算风量K;按稀释内 燃机废气计算风量K。通过相应的计算，取最大值。

<施工人员所需的风量K。施工相关人员所需 风量值的计算：

K1 \\ qmK \\ 3 x 3Q X 1. 1Q = 121m3/min

式中L—

隧洞内每个人所必需的新鲜空气量，取 3 m3/min ；

m---隧洞内同时工作时的最多人员数量；

K一一风量的备用系数，取1. 1Q。

M

按洞内允许最低风速计算风量K。计算公

式为

K2 N 601nAmax

式中1

n—洞内允许最小风速； l

a

—

隧洞最大开挖断面。

经计算，K = %0 x0. 1Q xQQ \\49QmVmin。

C.爆破散烟所需风量K。该工程采用混合式通

风，爆破散烟所需风量计算公式为

' :1卞槡W

&Kx = 1.3Ky

式中

Ky、Kx---混合式压入、吸出通风量，m3/min;

O---同时爆破所需最大炸药量，kg;&—压风管口至工作面距离，取30m;t---爆破后的通风时间，min。

经计算，爆破散烟所需风量为

K3f = 142 m3/min

K3x = 18Qm3/min

4使用柴油机械时的通风量K。按单位功率需

风量指标计算：

式中1—

单位功率所需风量的指标，取4.

lm3/( kW • min) $

D—

隧洞内同时工作的柴油机械总额定功 率，kW0

经计算，

K =4. lx (3 x99+145) =l8l2m3/min。

>风管漏风损失修正风量。通过上述计算，选 其中最大值作为计算风量，即使用柴油机械时的通风量 1812m3/min〇

该工程单头掘进最大长度为3233. 72m，考虑管 道百米漏风率P = 1.5%，可得风机所需风量为 〇 = K4/(1-P) &/100 =29m3/min〇 3.3.2

风压的相关计算

通风的阻力包括摩擦阻力和局部阻力，摩擦阻力 在风流的全部流程内均存在，局部阻力发生在管道断 面变化的地方。为了保证能把所需要的风量送到工作 面上，并能在出风口保持一定量的风速，风流经过风 管时所需的总风压为风机工作风压，按下式进行 计算：

< m N ^ ky Q ^ p式中风机工作风压，

Pa $

A—管道沿程阻力系数，取0.005$

6—

风管内径；

\"---空气密度，取1. 23kg/m3 $

i---风筒内平均风速，1 = 风筒=

29/(3. 14 x 0.62) =2613m/min$<>—局部的风压损失值，Pa，包括各连接段

的局部风压损失，按沿程风压损失值的 25U考虑。

Scientific Research 科学研究及工程设计

& Engineering Design

经计算，根据该工程单头掘进需风量29m3/min，综合 考虑当前市场上的轴流式风机产品的性能，风筒直径 确定为1.2m，选择SDDY-! 14.0型轴流式风机，风 机直径1.1m，高效风量为50m3/s，功率200 x2kW， 全风压550〜7530Pa〇

4风管与风机布置

4. 1

风管布置

<洞口外正压风管管口应朝下，负压风管管口

应朝上，以防止洞口废气回流。

b.在预留足够安全距离的前提下，正压风管末

端紧跟开挖工作面，正、负压风管末端间距80〜 150m，正压风管在前，负压风管在后，防止通风 短路。

K

风管需做到平顺、紧直，加大每节风管的长

度，以减少因接头阻力而损失的风量。

4施工支洞内压入式风管采用两路#1200的硬 质钢丝风管，抽出式风管采用两路#800的软质风管， 使上下游风管分开布设，控制。

>输水隧洞内的压入式风管通常采用#1200的 硬质钢丝风管送风，在距离开挖作业面1〇〇m范围内 由于受到爆破冲击波及飞石的影响，采用#1200的软 质风管送风。

@输水隧洞内的抽出式风管全部采用#800的软 质风管。4.2 风机布置

该工程通风最长线路达3233. 72m，长工作面一 台风机不能满足需要，需每隔400〜500m串联一^台 11kW轴流式风机运行。

长工作面隧洞通风布置见下页图。

19科学研究及工程设计

Scientific Research & Engineering Design

抽出式风机1号 抽出式风机2号

长工作面隧洞通风布置示意图

5

风机的管理

爆破后应先关掉压入式风机，用抽出式风机快速 排除工作面的有害气体，尽快恢复循环作业，再采用 压入式风机向隧洞内提供新鲜的空气。

隧洞开挖过程中必须加强环境意识，重视通风工 作，组建专业的通风班组，负责通风机、通风管安 装、维护，以及通风方式变换、漏风量测定，并承担 通风效果责任。做好通风除尘的首要工作是通风监 测，通风相关技术人员要做好日常的有害气体浓度控 制，根据浓度调整适宜的风量，合理供风。

进入支洞中转运的自卸汽车须配置低污染、有废 气净化装置的柴油机械，汽油机械不准进入支洞。

6降尘的措施

隧洞开挖中采取湿式凿岩的方法。根据以往的经

验，湿式凿岩可降低80U的岩粉。在作业中水压要 稳定、水量要充足、操作要规范，遵循先开水后开 风，先关风后关水的原则，爆破后采用洒水降尘的措 施，冲洗岩壁，保证做好湿式凿岩。喷混凝土时采用 湿喷工艺，达到减少粉尘含量的效果。

同时针对进洞的所有机械采取以下措施！<加强对进洞机械的维修保养。对洞内所有的 施工机械进行定期的保养、检查，提高内燃机柴油的

20燃烧率。

b.选择适当的油料及柴油添加剂。在施工中使

用含硫量低的柴油，并选用适宜的柴油添加剂来降低 一氧化碳的排放浓度。

K

对部分有关机械设备采取机外净化的措施，

装配专用的有催化剂的附属箱，将其与尾气排放管连 接，用催化剂和水洗的办法降低废气中有毒有害的 气体。

7

通风效果分析

在隧洞开挖中，通风时间随着隧洞长度的不同而

需要20〜40min不等，基本符合计算时所选用的时 间。通过不同时段及不同掘进深度对洞内有害气体及 粉尘浓度的监测，工作面的空气质量、粉尘浓度均可 达到设计要求，空气质量状况良好。

8结语

该工程隧洞开挖的实际情况证明，通过计算风量

的方式来选择适当的通风机、防止粉尘的扩散，很好 地解决了单头掘进长大隧洞的施工通风和粉尘控制难 题，取得了比较满意的通风效果，很好地保护了洞内 施工人员的身体健康与生命安全，大大缩短了爆破后 通风排烟的时间和作业循环的时间，加快了工程的施 工进度，取得了一定的社会效益和经济效益。！

参考文献

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