隧道施工通风方式的选择

隧道施工通风方式的选择

李永生

(中铁隧道集团有限公司科研所 洛阳 471009)

摘 要：本文对隧道施工通风的方式进行了归纳总结，就如何针对不同的施工条件选择相应的通风方式进行了

介绍，并提出了一些发展建议。

关键词：隧道 施工通风 通风方式 选择 1 前言

无论是在隧道施工开挖时，还是在并巷工程的巷道掘进中，为了稀释和排出岩体涌出的有害气体、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，即向工作面送人新鲜风流，稀释和排出污浊空气。但是，如何才能充分利用现有条件，使通风效果达到最佳、成本降到最低呢?这就需要首先对通风方式进行合理的选择。 2 通风方式的分类与选择

通风方式按照通风的动力划分，可分为自然通风和机械通风。 2.1 自然通风

在气压、温度和自然风力等各种自然因素的作用下，使空气获得能量，并沿并巷流动的现象，称为自然通风。而借助于自然因素产生的使空气流动的能量，称为自然风压。

在图1所示的地下井巷中，进风口和出风口的标高差为Z 1-2，此高差内空气密度平均值为ρ1-2；3至4段为最低标高的水平巷道；2至3段和4至5段的标高差分别为Z 2-3和Z 4-5，空气密度平均值分别为ρ2-3和p4-5。根据能量变化方程可知1至5点的阻力为： h r =

d ρ +

υ12-υ52

+(Z 1-2+Z 2-3-Z 4-5)·g

ρ

2

式中：h r ——通风阻力；

d ρ——单位质量空气静压； ρ——空气密度；

υ1——进风口风速； υ5——出风口风速； g ——重力加速度。

上式中，因v1=0；Z1-2+Z2-3-Z4-5=0则有

h r =

d ρ -

υ52

（1）

ρ

2

因出风口处5点的单位质量速压(υ52

/2)为出口的能量损失，可计为通风总阻力的一部分，而可服通风总阻力所需要的能量即为自然风压，则自然风压为：

h n =

d ρ （2）

ρ

则单位体积空气所产生的自然风压为：

h n =ρa

d ρ （3）

ρ

式中：ρa ——空气平均密度；

当把井巷内空气视为不可压缩流体时，其静压与深度成正比，即d ρ=ρ·dz ，则(3)式可改写为： 式中：ρ0——大气平均密度；

由于温度随四季变化的地表空气进入井下必与各种热源进行热交换，致使井下的空气密度不断发生变化，造成进回风两列空气柱的重力不平衡。因而产生能量差克服通风阻力，推动气流沿井巷流动。产生的能量差就

Z 1-2

Z 2-3

Z 4-5

12

34

5

新鲜风 污风（以下相同）

图1 自然通风示意图

是自然风压，其大小主要取决于进回风两侧空气的温度差和井巷深度，空气温度对其影响较小。温差越犬、井巷越深，自然风压越大。

自然通风方式因受自然条件和施工方法的影响和限制很大，所以在隧道施工中很少应用，主要应用于矿山开采的井巷工程和部分短隧道的运营通风中。选择此方式通风必须掌握气候条件和自然风压的变化规律，防止风流反向。此方式一旦得以应用对于节能是非常有利的。另外，有些极短的隧道开挖完全依靠空气扩散来换气通风，此方式换气时间长，一般不宜采用。 2.2 机械通风

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。 2.2.1 管道式通风

管道式通风考虑到漏风和风阻的变化影响，一般只适用于独头通风较短的隧道，可供选择的方式有三种。即压人式、抽出式和混合式。

a 压人式通风

其布置如图2所示，风机和启动装置安装在距离隧道口30m 以外的新鲜空气处，风机把新鲜风流经风管压送到开挖工作面，污风沿隧道排出。

风管出风口距开挖工作面的距离根据理论分析和实

践证明可以用下式确定：

lp=(4～5)√S ，m (4)

式中：lp ——风管出风口距开挖工作面距离；S ——隧道净断面积。

此通风方式采用的是柔性风管，成本比较低，但其缺点是污风经整条隧道后排出洞外。一般无轨运输施工的隧道多采用此通风方式。

b ．抽出式通风

其布置如图3所示，风机和启动装置安设在距隧道口30m 以外的下风向，新鲜风流沿隧道流入污风经风管由风机抽出。

风管吸风口距开挖工作面的距离可用下式确定：

le=1.5√S ，m (5)

式中：le ——风管吸风口距开挖工作面距离；

S ——隧道净断面积。

此通风方式将工作面的污风直接经风管抽出洞外，保证了整条隧道的空气清洁，对保护人体健康有利，较适用于有轨运输施工的隧道。但其缺点是采用刚性风管，并且在瓦斯隧道中需要配备防爆风机，成本比较高。另外，与抽出式相仿的使用柔性风管的通风方式还有压出式，如图4所示，但此方法在开挖时风机随工作面的推进需不断前移，并且放炮时飞石易击坏通风设备，一般不宜采用。

c ．混合式通风

它是由压人式和抽出式联合工作，兼有二者的优点，具体的布置方式又分为长压短抽方式和长抽短压方式，而后者又分为前压后抽式和前抽后压式。

① 长压短抽方式

如图5所示，以压人式通风为主，靠近工作面一段用抽出式通风，抽出式通风要配备除尘装置。一般用在开挖工作面粉尘特别多的工点，主要使用柔性风管，成本较低，但除尘器要经常随风管移动，并且增大了通风阻力，除尘效果差时，未除掉的微尘和污风会使全巷道受到污染。在隧道施工中很少应用此通风方式。

② 前压后抽方式

风机

柔性风管

图2 压入式通风示意图

风机

刚性风管

图3 抽出式通风示意图