高原特长隧道施工通风技术_蒲荣宇
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根据《铁路隧道施工规范》（ TB 10120 － 2002） ， 稀释内燃设备废弃所需的总风量为
Q = K × Σ（ Ni × Ti × fi） 式中，K 为功率通风系数，取 3 m3 ； Ti 为每种内 燃设备的工作时间利用率，取 0． 8； fi 为每种内燃设 备的平均负荷率，取 0． 9； Ni 为每种内燃设备的额定 功率（ kW） ； ΣNi 为洞内同时作业的内燃设备的总功 率（ kW） ； Q 为洞内内燃设备废气所需要的总风量 （ m3 / min） 。 洞内每个作业面同时作业时最多内燃机主要 有欧曼自卸装渣车 3 台，每台功率 112 kW； ZL50C 装载机 1 台，功率 160 kW； 神钢 300 挖机 1 台，功率 200 kW； 砼罐车 2 台，每台功率 85 kW，洞内同时作 业的内燃设备合计最大功率 866 kW，则 Q = 3 × 866 × 0． 8 × 0． 9 = 1 870． 56 m3 / min。
根据盆因拉隧道施工组织特点，其通风大致按 以下 2 个阶段进行考虑，在后期风量计算及风机选 型上加以比选。 3． 1 辅助坑道未施工到正洞前的施工通风
该阶段正洞和辅助坑道之间还没有联通，采取 互不干扰的通风方式，在正洞和辅助坑道洞口分别 设置轴流式风机，采取压入式通风方案来解决洞内 的通风问题。此阶段正洞最多通风 1 000 m，横洞最 多 1 500 m。 3． 2 施工中期的施工通风
机械通 风 包 括 多 种 方 式，一 般 根 据 隧 道 的 长 短、是否存在辅助坑道和自然地质条件来选择不同 的通风方式。
盆因拉隧道是单线特长隧道，施工设有各种辅 助坑道（ 斜井、横洞） 。施工通风方案应结合具体设 置的辅助坑道根据施工方法和设备条件选择。充 分利用辅助坑道进行施工通风，将会大大缩短通风 的距离，降低施工成本。
4 通风方案
盆因拉隧道属特长隧道，各施工洞口掘进距离均 较长，施工通风较复杂。由于海拔高度影响及隧道断 面对导风筒的限制，依据隧道长度对新鲜空气的要 求，参考以上计算结果，决定选用"旋式通风机 SDF （ B） No11． 5 /75kW × 2 型，该机风量 1 863 m3 / min，全 压 4 628 Pa，配套直径为 1 m 的 PVC 涤纶送压式无 骨架柔性导风筒，其每米压力损失为 2． 5 Pa，其理论 送风 量 为 3 200 m，按 90% 有 效 计 算，实 际 送 风 ≥2 880 m，完全可满足各段通风要求。根据确定的 施工方案和工期安排以及施工顺序情况、施工段落 长度，通过 对 风 量、风 机 风 压、风 机 功 率 等 的 计 算， 确定以下方案：
全部是围岩，特采用允许最低风速为 0． 15 m / s，则： Q = V × A = 55 × 0． 15 × 60 = 495（ m3 / min）
3． 3． 4 按照稀释和排出内燃机废气计算供风量
使用内燃机动力设备时，隧道的通风量应足够
将设备所排出的废气全部稀释和排除，使隧道内各
110
铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2013（ 8）
1 引言
2 工程概况
隧道在钻 爆 法 施 工 中，凿 岩、爆 破、出 碴、喷 射 混凝土等作业过程经常会产生大量的粉尘和有害 气体； 另外，隧道中大量的施工机械（ 如挖掘机、装 载机、自卸汽车、凿岩机、混凝土喷射机、电焊机等） 也会排放有害气体。低海拔地区氧气充足，柴油机 排放的有害气体浓度较低，污染程度低。
隧道出渣全部采用无轨运输。
3 通风系统设计
在隧道施工开挖时，为排出和稀释爆破产生的 炮烟和粉尘，保 持 良 好 的 空 气 条 件，必 须 对 开 挖 工 作面进行通 风，即 向 工 作 面 送 入 新 鲜 风 流，排 出 和 稀释污浊空气。施工通风的主要目的是充分利用 现有条件，使通风效果达到最佳、成本降到最低。
Q =3×N 式中，Q 为工作面风量（ m3 / min） ； N 为隧道内
最多人数。
隧护 10 人，二衬支护 10 人，勤杂工 5 人，管
理人员 5 人） 约 50 人，风量备用系数取 1． 25。 则 Q = 3 × 50 × 1． 25 = 187． 5（ m3 / min）
收稿日期： 2013-05-10
盆因拉隧道是拉（ 萨） 日（ 喀则） 铁路最长单线铁 路隧道，是拉日铁路重点控制性工程。隧道起讫里程 为ⅢDK134 + 763 ～ ⅢDK145 + 173，全长 10 410 m。隧 道洞身穿越雅鲁藏布江左侧中高山，进口位于泽朗曲 右岸冲洪积台地，出口位于雅鲁藏布江左岸至宗嘎村 后的基岩山坡处，线路所经地区地形起伏较大，地势 陡峻，冲沟发育，沟内均无常年流水，地形地貌简单， 地层、岩性较单一，隧道最大埋深 1 080 m。除进口段 104． 38 m 位于 Ｒ5000 m 曲线上之外，其余段落均位 于直线上。洞内坡度依次为 5‰、9‰、7‰、－ 3‰。 全隧道共设 1 座斜井，3 座横洞，设计为无砟轨道。 进口不具备进洞条件，从斜井进洞后往进口方向施 工 237 m。1 # 斜 井 长 度 515 m，与 线 路 交 叉 点 Ⅲ DK135 + 000，夹角 64°3'，坡度 6． 3% ； 2 #横洞长度 1 335 m，与线路交叉点ⅢDK138 + 200，夹角 82°，坡 度 － 4． 8% ； 3 #横洞长度 1 536 m，与线路交叉点Ⅲ DK139 + 800，夹 角 75°，坡 度 － 2% ； 4 # 横 洞 长 度
·中铁二十一局集团有限公司专版·
高原特长隧道施工通风技术
蒲荣宇
（ 中铁二十一局集团有限公司 兰州 730000）
摘 要 高原特长隧道通风一直都是困扰隧道施工的关键性难题。结合盆因拉隧道通风实践，介绍通风系统的设 计、风量计算及通风设备的选型，对类似高原特长隧道通风有借鉴意义。 关键词 高原特长隧道 通风 设计 中图分类号 U453． 5 文献标识码 B 文章编号 1009-4539 （ 2013） 08-0109-04
在高原地 区，空 气 稀 薄，气 压 低，由 于 燃 烧 不 充分，柴油机 在 低 含 氧 量 空 气 的 条 件 下 尾 气 排 放 污染物将 增 加。另 外，作 业 人 员 在 高 原 缺 氧 状 况 下 工 作 效 率 下 降 。 对 高 原 隧 道 ，设 计 先 进 、合 理 的 通风方案，配 置 高 效 的 通 风 机 械 及 供 氧 系 统 是 实 现高原特长 隧 道 快 速 施 工、保 证 施 工 人 员 身 心 健 康及施工安 全 的 重 要 保 障，高 原 隧 道 长 距 离 施 工 通风 技 术 也 是 控 制 特 长 隧 道 建 设 的 一 大 技 术 难题。
当隧道正洞施工达到 1 000 m 或横洞达到1 500 m 时，采用混合式通风，在正洞每隔 500 m（ 或施工具 体情况） 设 1 台射流风机，加快污浊空气在洞内的 停留时间。 3． 3 风量计算
洞内出风口的风量只需满足稀释炮眼和掌子 面内燃机械 废 气 的 空 气 量 即 可，后 方 运 输 设 备、人 员可利用射流风机加快掌子面新鲜空气的循环速 度供给。
洞内施工所需通风量应按满足洞内工作人员
呼吸所需要 空 气 量、稀 释 炮 眼 所 需 要 的 空 气 量、满
足洞内允许最小风速所需空气量、稀释内燃机械废
气所需空气量等计算确定。进行风量计算的目的
是为正确选择通风设备和设计通风系统提供依据，
通风系统的供风能力应能满足工作面对风量的最
大需求，掘 进 工 作 面 所 需 的 风 量 与 施 工 方 法、施 工
（ 1） 1#斜井安装 1 台风机压入使用，污染气体 自然排出。进口贯通后污染气体可以直接从进口 排出。
（ 2） 2#横洞在施工中装 1 台风机压入使用，根
据进度不断加长导风筒，在横洞 1 335 m 中只需压 入新鲜空气即可满足施工要求。当掘进到正洞向 两个方向施工时，在横洞口增加 1 台通风机，2 台风 机配套 2 条导风筒向两个施工面送风。如果污染气 体改变流动方向（ 正洞与横洞成 90°） ，而流速缓慢 时洞内主洞间隔 500 m 安装射流风机，选用接力方 式强迫和加大流动速度，排出污染气体。射流风机 采用 SDS No 10 /30 kW 型，其每秒流量为 27 m3 ，风 速 30 m / s，掘进主洞风机可完成压入长度（ 1 335 + 2 084） m（ 即横洞长 + 主洞施工长度） 。横洞进入主 洞施工后，为保障横洞与主洞交接口处污浊气体的 顺利排出，在洞口增设 1 台抽出式通风机，在横洞全 长范围采用硬质通风皮通风，管径 1． 5 m。
则
Q = 25 × 55 = 1 375（ m3 / min）
3． 3． 2 按照隧道内的最多工作人数计算风量
根据铁道部 2002 年 3 月份发布的《铁路隧道施
工规范》（ TB 10120 － 2002 ） 和 交 通 部 最 新 颁 布 的
《公路隧道施工技术规范》均规定，每人供应新鲜空 气为 3 m3 / min，则
作业的机械配套条件关系很大，且在一个作业循环
中，不同作业工序对风量的要求也有较大差别。
3． 3． 1 按炸药量计算工作面风量
Q = 25 × A
式中，25 为在规定时间内将每千克炸药爆炸所
产生的有害气体稀释到允许浓度以下，每分钟所需
的最小风量（ m / min） ； A 为掘进隧道开挖的断面积
（ m2 ） 。
铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2013（ 8）
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1076 m，与线路交叉点ⅢDK142 + 200，夹角 59°，坡 度 － 2% 。2#、3#横洞的施工需建跨越雅江的便桥， 4#横洞需修建傍山便道，总工期 20 个月，工期压力 及施工难度大。隧道正洞断面净空尺寸（ 宽 × 高） ： 5． 56 m × 6． 85 m，辅助坑道断面尺寸（ 宽 × 高） ： 7 m × 6 m。
3． 3． 3 按照允许最低风速计算风量
《铁路隧道施工规范》（ TB 10120 － 2002） 规定：
风速在全断面开挖时不小于 0． 15 m / s，坑道内不小
于 0． 25 m / s，但均应不大于 6 m / s。则工作面风量：
Q = v×A 式中，Q 为工作面风量 （ m3 / min） ； V 为允许最 低风速（ m /s） ； A 为掘进隧道开挖的断面积（ m2） 。 隧道断面开挖面积 A = 55 m2 左右，由于隧道基本
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主要作业地点空气中有毒和有害气体的浓度降至 允许浓度以下。通风量的计算方法有安全稀释法， 复合危害计算法，柴油机额定功率系数法等。从理 论上看，复 合 危 害 计 算 法 最 为 科 学，但 它 要 求 对 柴 油机各种工况下污染物排放量都事先了解，因而很 难采用。根据工程中同时运行的内燃设备总功率， 并考虑机械的负荷率和时间利用率，以及按柴油机 额定功率系数法计算。
Ventilation Technology for Super-long Tunnel Construction in Plateau
Pu Ｒongyu
（ China Ｒailway 21st Bureau Group Co． Ltd． ，Lanzhou 730000，China）
Abstract Ventilation has been a key puzzling problem for super-long tunnel construction in plateau． Design of the ventilation system，air volume calculation and modal selection of the ventilating equipment is hereby introduced based on the ventilation system construction of Penyinla Tunnel，with a view to provide references to the ventilation system construction of similar plateau super-long tunnels． Key words plateau super-long tunnels； ventilation； design
Q = K × Σ（ Ni × Ti × fi） 式中，K 为功率通风系数，取 3 m3 ； Ti 为每种内 燃设备的工作时间利用率，取 0． 8； fi 为每种内燃设 备的平均负荷率，取 0． 9； Ni 为每种内燃设备的额定 功率（ kW） ； ΣNi 为洞内同时作业的内燃设备的总功 率（ kW） ； Q 为洞内内燃设备废气所需要的总风量 （ m3 / min） 。 洞内每个作业面同时作业时最多内燃机主要 有欧曼自卸装渣车 3 台，每台功率 112 kW； ZL50C 装载机 1 台，功率 160 kW； 神钢 300 挖机 1 台，功率 200 kW； 砼罐车 2 台，每台功率 85 kW，洞内同时作 业的内燃设备合计最大功率 866 kW，则 Q = 3 × 866 × 0． 8 × 0． 9 = 1 870． 56 m3 / min。
根据盆因拉隧道施工组织特点，其通风大致按 以下 2 个阶段进行考虑，在后期风量计算及风机选 型上加以比选。 3． 1 辅助坑道未施工到正洞前的施工通风
该阶段正洞和辅助坑道之间还没有联通，采取 互不干扰的通风方式，在正洞和辅助坑道洞口分别 设置轴流式风机，采取压入式通风方案来解决洞内 的通风问题。此阶段正洞最多通风 1 000 m，横洞最 多 1 500 m。 3． 2 施工中期的施工通风
机械通 风 包 括 多 种 方 式，一 般 根 据 隧 道 的 长 短、是否存在辅助坑道和自然地质条件来选择不同 的通风方式。
盆因拉隧道是单线特长隧道，施工设有各种辅 助坑道（ 斜井、横洞） 。施工通风方案应结合具体设 置的辅助坑道根据施工方法和设备条件选择。充 分利用辅助坑道进行施工通风，将会大大缩短通风 的距离，降低施工成本。
4 通风方案
盆因拉隧道属特长隧道，各施工洞口掘进距离均 较长，施工通风较复杂。由于海拔高度影响及隧道断 面对导风筒的限制，依据隧道长度对新鲜空气的要 求，参考以上计算结果，决定选用"旋式通风机 SDF （ B） No11． 5 /75kW × 2 型，该机风量 1 863 m3 / min，全 压 4 628 Pa，配套直径为 1 m 的 PVC 涤纶送压式无 骨架柔性导风筒，其每米压力损失为 2． 5 Pa，其理论 送风 量 为 3 200 m，按 90% 有 效 计 算，实 际 送 风 ≥2 880 m，完全可满足各段通风要求。根据确定的 施工方案和工期安排以及施工顺序情况、施工段落 长度，通过 对 风 量、风 机 风 压、风 机 功 率 等 的 计 算， 确定以下方案：
全部是围岩，特采用允许最低风速为 0． 15 m / s，则： Q = V × A = 55 × 0． 15 × 60 = 495（ m3 / min）
3． 3． 4 按照稀释和排出内燃机废气计算供风量
使用内燃机动力设备时，隧道的通风量应足够
将设备所排出的废气全部稀释和排除，使隧道内各
110
铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2013（ 8）
1 引言
2 工程概况
隧道在钻 爆 法 施 工 中，凿 岩、爆 破、出 碴、喷 射 混凝土等作业过程经常会产生大量的粉尘和有害 气体； 另外，隧道中大量的施工机械（ 如挖掘机、装 载机、自卸汽车、凿岩机、混凝土喷射机、电焊机等） 也会排放有害气体。低海拔地区氧气充足，柴油机 排放的有害气体浓度较低，污染程度低。
隧道出渣全部采用无轨运输。
3 通风系统设计
在隧道施工开挖时，为排出和稀释爆破产生的 炮烟和粉尘，保 持 良 好 的 空 气 条 件，必 须 对 开 挖 工 作面进行通 风，即 向 工 作 面 送 入 新 鲜 风 流，排 出 和 稀释污浊空气。施工通风的主要目的是充分利用 现有条件，使通风效果达到最佳、成本降到最低。
Q =3×N 式中，Q 为工作面风量（ m3 / min） ； N 为隧道内
最多人数。
隧护 10 人，二衬支护 10 人，勤杂工 5 人，管
理人员 5 人） 约 50 人，风量备用系数取 1． 25。 则 Q = 3 × 50 × 1． 25 = 187． 5（ m3 / min）
收稿日期： 2013-05-10
盆因拉隧道是拉（ 萨） 日（ 喀则） 铁路最长单线铁 路隧道，是拉日铁路重点控制性工程。隧道起讫里程 为ⅢDK134 + 763 ～ ⅢDK145 + 173，全长 10 410 m。隧 道洞身穿越雅鲁藏布江左侧中高山，进口位于泽朗曲 右岸冲洪积台地，出口位于雅鲁藏布江左岸至宗嘎村 后的基岩山坡处，线路所经地区地形起伏较大，地势 陡峻，冲沟发育，沟内均无常年流水，地形地貌简单， 地层、岩性较单一，隧道最大埋深 1 080 m。除进口段 104． 38 m 位于 Ｒ5000 m 曲线上之外，其余段落均位 于直线上。洞内坡度依次为 5‰、9‰、7‰、－ 3‰。 全隧道共设 1 座斜井，3 座横洞，设计为无砟轨道。 进口不具备进洞条件，从斜井进洞后往进口方向施 工 237 m。1 # 斜 井 长 度 515 m，与 线 路 交 叉 点 Ⅲ DK135 + 000，夹角 64°3'，坡度 6． 3% ； 2 #横洞长度 1 335 m，与线路交叉点ⅢDK138 + 200，夹角 82°，坡 度 － 4． 8% ； 3 #横洞长度 1 536 m，与线路交叉点Ⅲ DK139 + 800，夹 角 75°，坡 度 － 2% ； 4 # 横 洞 长 度
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高原特长隧道施工通风技术
蒲荣宇
（ 中铁二十一局集团有限公司 兰州 730000）
摘 要 高原特长隧道通风一直都是困扰隧道施工的关键性难题。结合盆因拉隧道通风实践，介绍通风系统的设 计、风量计算及通风设备的选型，对类似高原特长隧道通风有借鉴意义。 关键词 高原特长隧道 通风 设计 中图分类号 U453． 5 文献标识码 B 文章编号 1009-4539 （ 2013） 08-0109-04
在高原地 区，空 气 稀 薄，气 压 低，由 于 燃 烧 不 充分，柴油机 在 低 含 氧 量 空 气 的 条 件 下 尾 气 排 放 污染物将 增 加。另 外，作 业 人 员 在 高 原 缺 氧 状 况 下 工 作 效 率 下 降 。 对 高 原 隧 道 ，设 计 先 进 、合 理 的 通风方案，配 置 高 效 的 通 风 机 械 及 供 氧 系 统 是 实 现高原特长 隧 道 快 速 施 工、保 证 施 工 人 员 身 心 健 康及施工安 全 的 重 要 保 障，高 原 隧 道 长 距 离 施 工 通风 技 术 也 是 控 制 特 长 隧 道 建 设 的 一 大 技 术 难题。
当隧道正洞施工达到 1 000 m 或横洞达到1 500 m 时，采用混合式通风，在正洞每隔 500 m（ 或施工具 体情况） 设 1 台射流风机，加快污浊空气在洞内的 停留时间。 3． 3 风量计算
洞内出风口的风量只需满足稀释炮眼和掌子 面内燃机械 废 气 的 空 气 量 即 可，后 方 运 输 设 备、人 员可利用射流风机加快掌子面新鲜空气的循环速 度供给。
洞内施工所需通风量应按满足洞内工作人员
呼吸所需要 空 气 量、稀 释 炮 眼 所 需 要 的 空 气 量、满
足洞内允许最小风速所需空气量、稀释内燃机械废
气所需空气量等计算确定。进行风量计算的目的
是为正确选择通风设备和设计通风系统提供依据，
通风系统的供风能力应能满足工作面对风量的最
大需求，掘 进 工 作 面 所 需 的 风 量 与 施 工 方 法、施 工
（ 1） 1#斜井安装 1 台风机压入使用，污染气体 自然排出。进口贯通后污染气体可以直接从进口 排出。
（ 2） 2#横洞在施工中装 1 台风机压入使用，根
据进度不断加长导风筒，在横洞 1 335 m 中只需压 入新鲜空气即可满足施工要求。当掘进到正洞向 两个方向施工时，在横洞口增加 1 台通风机，2 台风 机配套 2 条导风筒向两个施工面送风。如果污染气 体改变流动方向（ 正洞与横洞成 90°） ，而流速缓慢 时洞内主洞间隔 500 m 安装射流风机，选用接力方 式强迫和加大流动速度，排出污染气体。射流风机 采用 SDS No 10 /30 kW 型，其每秒流量为 27 m3 ，风 速 30 m / s，掘进主洞风机可完成压入长度（ 1 335 + 2 084） m（ 即横洞长 + 主洞施工长度） 。横洞进入主 洞施工后，为保障横洞与主洞交接口处污浊气体的 顺利排出，在洞口增设 1 台抽出式通风机，在横洞全 长范围采用硬质通风皮通风，管径 1． 5 m。
则
Q = 25 × 55 = 1 375（ m3 / min）
3． 3． 2 按照隧道内的最多工作人数计算风量
根据铁道部 2002 年 3 月份发布的《铁路隧道施
工规范》（ TB 10120 － 2002 ） 和 交 通 部 最 新 颁 布 的
《公路隧道施工技术规范》均规定，每人供应新鲜空 气为 3 m3 / min，则
作业的机械配套条件关系很大，且在一个作业循环
中，不同作业工序对风量的要求也有较大差别。
3． 3． 1 按炸药量计算工作面风量
Q = 25 × A
式中，25 为在规定时间内将每千克炸药爆炸所
产生的有害气体稀释到允许浓度以下，每分钟所需
的最小风量（ m / min） ； A 为掘进隧道开挖的断面积
（ m2 ） 。
铁道建筑技术 ＲAILWAY CONSTＲUCTION TECHNOLOGY 2013（ 8）
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1076 m，与线路交叉点ⅢDK142 + 200，夹角 59°，坡 度 － 2% 。2#、3#横洞的施工需建跨越雅江的便桥， 4#横洞需修建傍山便道，总工期 20 个月，工期压力 及施工难度大。隧道正洞断面净空尺寸（ 宽 × 高） ： 5． 56 m × 6． 85 m，辅助坑道断面尺寸（ 宽 × 高） ： 7 m × 6 m。
3． 3． 3 按照允许最低风速计算风量
《铁路隧道施工规范》（ TB 10120 － 2002） 规定：
风速在全断面开挖时不小于 0． 15 m / s，坑道内不小
于 0． 25 m / s，但均应不大于 6 m / s。则工作面风量：
Q = v×A 式中，Q 为工作面风量 （ m3 / min） ； V 为允许最 低风速（ m /s） ； A 为掘进隧道开挖的断面积（ m2） 。 隧道断面开挖面积 A = 55 m2 左右，由于隧道基本
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主要作业地点空气中有毒和有害气体的浓度降至 允许浓度以下。通风量的计算方法有安全稀释法， 复合危害计算法，柴油机额定功率系数法等。从理 论上看，复 合 危 害 计 算 法 最 为 科 学，但 它 要 求 对 柴 油机各种工况下污染物排放量都事先了解，因而很 难采用。根据工程中同时运行的内燃设备总功率， 并考虑机械的负荷率和时间利用率，以及按柴油机 额定功率系数法计算。
Ventilation Technology for Super-long Tunnel Construction in Plateau
Pu Ｒongyu
（ China Ｒailway 21st Bureau Group Co． Ltd． ，Lanzhou 730000，China）
Abstract Ventilation has been a key puzzling problem for super-long tunnel construction in plateau． Design of the ventilation system，air volume calculation and modal selection of the ventilating equipment is hereby introduced based on the ventilation system construction of Penyinla Tunnel，with a view to provide references to the ventilation system construction of similar plateau super-long tunnels． Key words plateau super-long tunnels； ventilation； design