15、压入式通风

压入式通风
QB/ZTYJGYGF-SD-0315-2011
第五工程有限公司董亮
1前言
1.1概述
随着隧道施工技术水平的不断提高，修建的隧道长度越来越长、规模越来越大，隧道施工通风从初期的利用自然条件进行通风逐步发展到借助通风管路和施工巷道进行通风，通风设备逐步大型化。

通风机风量已经达到3000～5000m3/min以上，采用的风管直径超过2m。

例如，朔黄铁路长梁山隧道、大秦线花果山隧道、西南铁路东秦岭隧道等均为双线铁路隧道，采用压入式通风，独头通风达到或超过了3km左右，取得了良好效果，西康铁路秦岭Ⅱ线平导独头通风更是达到了6.2km。

1.2工艺原理
1.2.1整个通风系统是在隧道外设置合适的轴流风机并布设合理口径的通风管，通过轴流风机吸取隧道外新鲜空气输入隧道内施工环境中，通过气压将隧道内的污浊空气排出洞外。

1.2.2在隧道内适当的位置设置射流风机，加快隧道内污浊空气流动的速度。

1.2.3为了确保隧道内输入空气的压力，在隧道内适当的位置设置风室，在风室外增加轴流风机，增加工作面的通风压力，加快工作面的污浊空气移动速度。

1.3风机选型及适用范围
1.3.1风机的种类及适用范围
风机按照其作用主要分为轴流风机和射流风机两种。

轴流风机是送风设备，它适用于长达隧道送风；射流风机是导流、引流设备，它适用于所有隧道内导流、引流。

1.3.2选择风机的依据
轴流风机要根据送风距离、施工需风量以及其它因素综合考虑确定风机型号；射流风机主要起导流作用，根据导流距离就可以确定风机型号。

1.4风管类型和挂设要求
1.4.1风管类型
风管主要分为软管和负压管（管内有金属环骨架）两种。

1.4.2风管挂设要求
根据挂设部位和隧道施工条件确定风管的类型。

风管挂设要求主要以挂设牢固、易安装、易更换、不容易脱落、施工影响小为准。

2工艺工法特点
2.1采用常用的通风设备，投资少、可重复使用，适用范围广。

2.2设备可根据具体施工条件进行组合，适应性强。

操作简单、安全可靠。

2.3标准化作业、施工周期快、效果好。

3适用范围
长大隧道、独头通风，通风距离以3km左右为宜。

4主要引用标准
《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214)、《高速与客运专线铁路施工工艺手册》、《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304）、《铁路工程施工技术手册》、《工业与民用配电设计手册》。

5施工方法
压入式通风是一种机械通风方式，它是利用设置在洞外的通风机械通过通风管道将新鲜空气送至工作面，以供给洞内足够的新鲜空气，污浊空气通过隧道流出，稀释、排除有害气体和降低粉尘浓度，从而达到改善劳动环境、保障作业人员身体健康，确保了施工进度。

该类通风系统由四部分组成：①隧道外轴流风机；②通风管道（软管或负压管）；③射流风机；④隧道内风室（包括风室主体和轴流风机）。

6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
压入式通风施工过程中，要先根据通风长度、隧道横断面积和相应的技术指标确定轴流风机、风管、射流风机等设备的型号和尺寸；再通过理论计算和现场试验确定射流风机、风室等的具体位置和角度等，工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1隧道内通风距离和相关参数的确定
根据施工任务确定通风长度，并根据隧道的有效开挖面积确定通风范围和风压大小。

6.2.2理论计算确定通风设备型号和尺寸。

6.2.3该计算内容适用于独头掘进的长大隧道。

下面以高盖山隧道为例，进行通风设计计算。

1通风设计计算 1）风量计算
①按洞内同时工作的最多人数计算 Q 1=qmk(m 3
/min)
q-每人每分钟呼吸所需空气量q=4m 3/min ·人 m-同时工作人数，斜井、单线单洞取m =80人， k-风量备用系数，取k=1.15
由此得Q1=qmk=4×80×1.15=368m 3/min
根据相关参数进行通风设计，选择通风机及风管
根据相关参数进行通风设计，选择通风机及风管
明确隧道通风距离、隧道横断面积等相关参数
现场通风试验
正式投入使用
满足要求
②按允许最低平均风速计算 斜井取0.25m/s ，正洞取0.15m/s ； 计算工作面供风量Q 2=60AV
其中：A —隧道断面积，V 为坑道内平均风速。

斜井面积取为80m 2；正洞单线单洞面积为85m 2。

斜井：Q2=60AV=60×80×0.25=1200m 3/min 正洞：Q2=60AV=60×85×0.15=720m 3/min
则按照允许最低风速所需要的风量为1200m 3/min 。

③按照爆破后稀释一氧化碳至许可最高浓度计算
采用压入式通风：工作面需要风量Q 3= (m 3
/min)
式中：
t--通风时间，取t=30min 。

G--同时爆破炸药用量，斜井、正洞均按Ⅱ级围岩考虑,每循环最大进尺取3.5m 。

斜井单位装药量取1.27kg/m 3，则G=80×3.5×1.27=355.6kg; 正洞单位装药量取1.17kg/m 3，则G=85×3.5×1.17=348.1kg; L —掌子面满足下一循环施工的长度，取200m 。

则斜井井身施工时工作面需要风量： Q 3＝ ＝1169.6m 3/min,取1170m 3/min 。

斜井进入正洞施工时工作面需要风量： Q 3=
＝1209.2m 3/min,取1210m 3/min 。

则按照稀释爆破有害气体所需要的风量为1210m 3/min 。

④按稀释内燃机废气的所需要空气量计算
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
3228.7L GA t
3
2
220085348.130
7.8
⨯⨯⨯32
2200806.55330
7.8
⨯⨯⨯
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，工作面考虑施工高峰期需要的内燃机械使用情况为：ZLC50B装载机装载机1台（功率为162KW），汽车5台（每台功率为193KW），混凝土罐车2台（每台功率为85KW），总功率为1297kw。

则稀释内燃机排出废气的需要空气量：
Q = V / K（m3/min），其中V = ∑βP
式中：β——式内燃机产生有害气体，按照有净化装置机械产生的CO气体为0.09×10-3（m3/min·kw）；
P—内燃机功率，P = 1297 kw；
K—允许浓度0.008%。

计算得：Q = V / K =（0.09×10-3×1297）/0.008%
=1460m3/min
则按稀释内燃机废气的所需要空气量为1460m3/min。

表1 分类计算所需风量统计表
分类计算风量计算结果(m3/min)
按洞内同时工作的最多人数计算斜井
368 正洞
按允许最低平均风速计算
斜井1200
正洞720 按照爆破后稀释一氧化碳至许可最高浓度计算
斜井1170
正洞1210
按稀释和排除内燃机废气计算斜井
1460 正洞
上述四种计算结果，并考虑隧道内作业人员作业时所需用风量，取其最大值作为通风布置设计量：1828m3/min。

第一阶段：斜井通风，根据施工安排单口掘进最大长度为L ＝3221m 。

风管漏风系数(
)
()100
/1/1l c P β
-==1.627，(β=0.015,L=3221m)
通风机供风量Q 供=P c ×Q ；
则Q max =1.627×1460=2375.4m 3/min,取：2376m 3/min 。

第二、三阶段：左右线正洞通过斜井井口大功率风机送风到储风室，再由风室处设的轴流风机向左右线正洞通风。

根据施工安排单洞掘进最大长度为L=2275m 。

正洞风管漏风系数()(
)100
/1/1l c P β-==1.410，(β=0.015, L=2275m)
通风机供风量Q 供=Pc ×Q ；
则：正洞Q max =1.410×1460=2058.6m 3/min,取：2059m 3/min 。

故所需风量Q max ：斜井2376 m 3/min ；正洞2059 m 3/min 。

2）通风机风压计算 ⑴管道阻力系数
风阻系数R f =6.5αL/D 5
，摩阻系数3
/00225.08m kg ==λρα
根据施工经验、隧道断面以及目前常用性能稳定的通风机选定通风管直径，为便于管理和维修，高盖山隧道通风管斜井段采用直径D=1.8m ，正洞段采用直径D=1.5m 。

管道阻力系数R f 求值见表2。

表2 管道阻力系数R f 计算表
第一阶段斜井通风（L ）
第二阶段设储风室给正洞通风（L ）
4＃（瑞应）斜井
2.49（3221m ）
1.76（2275m ）
⑵管道阻力损失
管道阻力损失H f =R f Q j Q i /3600+H D +H 其他
式中 Q j ——通风机供风量，取设计风量，m 3/min ； Q i ——管道末端流出风量，m 3/min ；
H D ——隧道内阻力损失取50；
H 其他——其他阻力损失取60； 风机设计全压H=H f =R f Q j Q i /3600+50+60； 各洞口风机全压计算如下：
第一阶段斜井通风：H max =(2.49×2376×1460)/3600＋50+60=2510Pa ； 第二、三阶段正洞（通过储风室）通风：
H max =(1.76×2059×1460)/3600＋50+60=1580Pa ； 故所需风压为：斜井为 2510 Pa ；正洞为1580 Pa 3）通风机功率计算
风机功率计算公式：W=QHK/60η 式中：Q —风机供风量 H —风机工作风压
η—风机工作效率，取80% K —功率储备系数，取1.05
W 斜井=2376×2510×1.05/(60×η)/1000=131kW ； W 正洞=2059×1580×1.05/(60×η)/1000=72kW ； 故所需风机功率为：斜井131kW ；正洞72kW 。

经综合计算，所需条件见表3。

表3 综合计算统计表
综合计算
计算结果
供风风量计算结果(m3/min)
斜井
2376
正洞 2059 供风风压计算结果(Pa)
斜井
2510
正洞 1580 供风风机功率计算结果(kW)
斜井
131 正洞
72
2通风设备选择
考虑到斜井井口通风机设备需满足所有通风风压和风量的要求，斜井井口单风机应
满足井底总风量Q
max
＝2059＋2059＝4118m3/min；风压为2376Pa；功率W =131kW。

风室处风机向正洞左右线供风，应满足风量Q＝2059m3/min，风压1580Pa，功率72kW。

综合考虑后确定如下：
第一阶段（斜井通风）采用SDF(c)-NO13型号风机通风；
第二阶段（正洞通风）斜井井口选取2台SDF(c)-NO14型号风机(一台供进口储风室，一台工出口储风室)，正洞左右线进口方向掌子面通风：右线用1台SDF(c)-NO13型号风机，左线用1台SDF(c)-NO12型号风机，正洞左右线出口方向掌子面通风各用1台SDF(c)-NO10型号风机，另外斜井段用9台30kW射流风机导流，交叉口段用3台37kW 射流风机导流。

风机配备见表4。

表4 风机配备表
风机型号风量（m3/min）
风压
（Pa）
功率
（kw）
数量
备注
井口正洞
SDF(B)-NO10 1985 4150 110 / 2
SDF(C)-NO12.5 2912 5355 220 / 1
SDF(C)-NO13 3300 5920 264 / 1
现有设备，有效
利用SDF(B)-NO14 4116 6860 370 2 /
射流风机37 9 3 导流作用设备选型说明：斜井井口设计所需供风风量4118 m3/min，选择SDF(C)-NO14通风机，其供风风量为4116 m3/min，考虑正洞内两台风机不同时开启，故其风量满足设计要求。

6.2.3通风设备现场布置
1隧道外轴流风机布设
首先要做好风机基础，确保基础稳固，并根据现场情况合理布置风机开关位置；根据隧道高度和风管布置要求确定风机安装高度，确保风机到洞内风管平顺，具体见图2。

图2 隧道外风机及分管布置图
2隧道内风管布置
隧道内分管根据隧道开挖有效面积，确定风管布设位置；隧道内风必须布设平顺，不能弯曲，减少风阻，确保工作面供风量。

3隧道内射流风机布设
隧道内射流风机可根据本现场实际情况采用支架式或悬挂式。

射流风机主要是对洞内污浊空气排出洞外进行导流和加速作用，因此射流风机安设时必须考虑隧道坡度，应与隧道坡度平行。

4隧道内风室布设
隧道内风室应根据隧道外轴流风机的功率和有效射程选择风室位置，并根据风室供风长度和风室安装的轴流风机的功率确定风室体积，具体见图3。

图3 隧道内风室外风机布置图
6.2.4现场通风试验
采用风速仪对工作面、风室通风管口进行测量，若能理论达到要求即为合格，并对工作面排烟速度进行现场观察，若能达到预期，即为合格。

以上条件均达到，说明本次通风方案可行。

7劳动力组织
压入式通风主要是根据现场情况及时调整轴流风机的功率，并及时调整隧道内射流风机的开关顺序，确保隧道内的污浊空气顺利排出隧道外，因此现场要配备施工经验丰富、熟悉施工工序、有足够操作经验的人员；此外由于通风设备都是带点作业必须配备足够合格的电工；由于隧道内风管长时间运作和施工影响容易破损，因此还应配备足够的风带维修人员。

操作人员一天24小时连续工作，人员配备见表5。

表5 压入式通风所需劳动力
序号作业组主要工作内容人数备注
1 操作组操作隧道内外风机 4
2 电工组每天对洞内外风机电路进行
检查
2
3 风管维护组每天对洞内外风带进行检查
并技术对破损风带进行修
补、更换
6
8主要机具设备
压入式通风机械设备数量主要以通风设备和维修设备为主，机具设备见表6。

表6 主要机具设备配备表
序号设备名称规格型号数量用途备注
1 轴流风机2×185kW
2 隧道外
2 轴流风机2×110kW 2 风室出风口
3 变压器S9-3150KVA-3.8/1.0 1 用于隧道外
4 变压器S9-500KVA-10/0.4 2 用于风室
5 风带φ1800mmφ1500mm 若干
φ1800mm风管
用于隧道外进
风管，1500mm风
管
风带数量根据通
风距离和趟数及
损耗系数确定
6 射流风机SDS型14 隧道内使用，主
要用于污浊空
气的导流和加
速作用
根据隧道长度和
风机的有效距离
计算和实际监测
确定的数量
7 钢丝绳φ12mm 若干风带挂设
8 升降平台 2 风带挂设
9 运输车 2 风带运输
10 交通车 2
用于人员隧道内外检查、维修
11 电工小型机
具
若干
9质量控制
9.1易出现的问题
9.1.1漏风控制
通风风室封堵不严密，容易造成风量浪费；为了确保风量不流失，风室内不会形成负压，应采用钢板对风室口进行封堵并预留风压门，对四周封闭不严密处进行挂设钢筋网片喷砼处理，以达到密封、加固的目的。

9.2保证措施
9.2.1编写详细的施工方案，下发到各相关部门和作业班组，并组织相关人员进
行详细的技术培训会。

9.2.2技术人员应在每个环节完成后进行现场验收、检查，确保每个环节都复核技术方案要求。

9.2.3加强对通风管理班组的管理，制定通风班组管理办法，建立奖惩制度，确保对通风设备和管路及时进行维护和保养，减少通风对施工的影响。

9.2.4制定《长大隧道多工作面施工通风》作业指导书，作为现场技术指导。

9.2.5巩固效果检查：加强隧道内风速测量，及时调整风机配备。

10安全措施
10.1主要安全风险分析
压入式通风属于高空作业，受洞内环境影响较大，而且轴流风机的主要使用吊车进行吊装。

风带安装和维护过程中必须切实做好安全防护工作。

10.2保证措施
10.2.1成立通风班，负责轴流风机、射流风机的使用、维修、保养，负责通风管的挂设、维护、修补等，降低漏风率，提高通风效果。

10.2.2电工、司机及其它特种作业人员必须进过培训，持证上岗。

10.2.3高空作业时严格执行高空作业安全规程，确保施工安全。

10.2.4加强对隧道内外风带的检查，确保风带完好率；并及时对破损、掉落的风带进行修补、加固。

11环境措施
环境的影响有两层含义：一层含义是指内部环境，即施工作业环境；另一层是外部环境，即对周边环境的影响，对周边环境的影响主要指因各种原因引起的地表下沉、水文条件变化、枯水、水位降低、水质污染等；多周边结构物的影响；对社会、生活环境的影响。

11.1生活环境保护
针对现场实际情况，本标段施工时，合理选择洞外轴流风机的安装位置，确保当地居民生活不受噪音影响。

12应用实例
12.1工程简介
中铁一局承担向莆铁路FJ-5A标段施工任务，管段全长35.629km，主要工程项目
为“两站、八隧、九桥”。

我中铁一局五公司项目部主要分担高盖山隧道出口段和两座辅助斜井（4号、5号）任务，出口段左线长度7717m，右线长度7719m，项目部下设三个工区组织施工:出口工区、4号斜井工区和5号斜井工区。

向莆线高盖山隧道左线全长17594m，右线全长17612m，是向莆线重点控制性工程，位居全线第二长隧。

隧道最大埋深723m,隧道洞身最浅埋深为82.1m。

设计为双洞单线，由中铁一局和中铁二局共同施工。

高盖山隧道4#斜井位于瑞应村，斜井与左线正洞隧道中心线交汇点里程为YDK474+910，斜井与左线正洞隧道中线形成夹角40°52′，综合坡率i=8.06%，井口里程为X4DK3+206，斜长为3217.22米。

斜井辅助施工正洞左线长2913m（正向2275m，反向638m），右线长2930m（正向2275m，反向655m）。

12.2施工情况
向莆铁路FJ-5A标高盖山隧道施工过程中，采用压入式通风技术较大的减少了开挖循环时间，从施工放样、开挖、出碴一个循环下来只用7.5小时，为项目部全线贯通奠定了基础。

2010年3月14日4号斜井顺利开挖至主洞交叉口比业主阶段性计划提前了10天；2011年1月1日4号斜井与5号斜井辅助正洞右线顺利贯通比业主计划工期提前了4个月。

为顺利实现项目部按期完工奠定了基础。

12.3工程结果评价
12.3.1社会效益：高盖山隧道4号斜井隧道是控制向莆铁路工期的第一号重难点工程。

成功地解决施工中的通风难题，4号斜井工区最高月掘进280 m。

向莆线的早日建成，对改善东南地区路网建设，促进这些地区的经济发展具有深远的意义，因此其直接的和间接的社会效益是不言而喻的。

12.3.2经济效益：隧道施工通风费用主要由设备材料购置费、电费及管理费构成。

它与通风系统布局方案、设备选型配置及管理方式有直接关系。

高盖山隧道4号斜井施工通风，采用分阶段采用压入式、风室分流式、射流风机辅助的混合方式通风总体方案，与多机分段接力压入式方案相比，风机购置费比例和电费均可节省费用一半以上。

12.3.3环境效益：施工通风的重要目的之一是改善作业环境，保障作业人员健康。

这对保障工程文明施工、安全生产，维护作业人员健康起关键作用，其目前环境效益非常明显。

12.4建设效果及施工图片
图4 风室口效果图
图5 隧道内风室施做后工作面环境对比
图6 隧道内射流风机调整前后隧道内环境对比。