./3-1-31隧道巷道式射流通風技術1前言1.1巷道通風技術發(fā)展在隧道施工中,良好的洞環(huán)境往往關系到隧道的安全施工、施工人員的身心健康,以及工程的施工進度。施工通風是改善洞作業(yè)環(huán)境的主要措施和方法,也是長大隧道工程進度的控制因素之一。隧道施工通風分管道通風和巷道式通風兩種。管道通風有壓入式、吸出式、混合式三種形式。巷道式通風指有兩個以上互相連通的隧洞,利用隧洞做風道的通風方式。隨著通風技術的發(fā)展,巷道式通風由礦山巷道通風發(fā)展到目前使用比較多的無風門巷道式射流通風,它是由公路隧道運營通風引入到隧道施工通風中來的,目前技術水平日漸成熟,并已達到一個較高的水平。1.2巷道式通風原理1.2.1礦山巷道式通風原理當隧道施工設有輔助坑道〔如平行導坑、橫洞、斜井等時,通常是借鑒礦井巷道通風的方法,利用輔助坑道來進行巷道通風,例如：一座設有平行導坑的隧道,在平導口設置風門,另需要施作風道、風機房、安裝大功率主扇風機。如圖1-1所示。在京廣復線鐵路大瑤山隧道,南昆鐵路米花嶺隧道,侯月線云臺山隧道等長大隧道中均使用這種方法。這種方法供風量比長距離風管供風的風量大,功率省。與無風門射流巷道式通風比較,有風門巷道式通風存在以下弊?。孩僦魃蕊L機功率大,能耗高；②風門漏風多,約15%—30%,降低了通風效率,浪費大；③需修建風機房、風道、風門等臨時工程,增加成本；④風門干擾交通,使進料出渣運輸受干擾,影響施工進度。1.2.2巷道式射流通風原理隧道通風的射流技術先用于公路隧道的運營通風中,在已建成的隧道中由多個射流風機組成供風系統(tǒng),提供貫穿全隧的縱向風流,稀釋運輸和車輛排放的廢氣。隧道施工通風工作者利用了射流風機的升壓原理,將射流風機的正壓力轉化為側壓力,把風流引入另一巷道〔隧道,1998年在華鎣山隧道做了射流風機替代軸流風機試驗,取消了原礦山巷道通風的風機房、風道、風門。只需安裝一定數(shù)量的小直徑射流風機,即可達到礦山巷道通風同樣的效果。如圖1-2所示。1.3工藝特點隧道無風門射流巷道式施工通風方法,與傳統(tǒng)的礦山巷道式通風比較有以下幾方面優(yōu)點：①采用多臺射流風機代替軸流主風機,風管路少；②不需設置風門〔洞口附近,風向反向簡單,風量用開啟射流風機臺數(shù)控制；③沒有風道局部阻力,風阻損失小,能耗低；④電器設備配套簡單,工藝易操作；⑤通風量、通風阻力計算兩種方法相同；⑥減少了風門漏風,通風效果更好。無風機房、風道,降低土建成本。1.4適用圍設置輔助施工坑道或多巷道共同施工的隧道,例如：設有平行導坑的鐵路隧道、上下行分離公路隧道、設多條單線通道縱橫的地下大型人防工程等,均可采用本通風方式。2巷道式射流通風工藝隧道施工無風門射流式通風工藝流程見圖2-1。3巷道式通風計算與風機選型及布置3.1計算依據(jù)依據(jù)相關規(guī)和標準進行風量計算。計算主要考慮的因素和標準有：①巷道最低風速不低于0.25m/s、最大風速不大于6m/s；②掌子面工作的柴油機車輛需要的空氣量不小于3m3/kw.min、地下開挖圍每個作業(yè)人員不小于3m3/min；③CO含量不高于30ppm,一般控制在24pmm及以下；NO2含量不超過2.5ppm；H2S不超過6.6ppm；④粉塵中SiO2含量不超過1mg/m3；⑤空氣中適合人呼吸的O2控制在21%左右,要求不低于20%；⑥需風量計算跟施工方法相關。當采用有軌運輸時,控制風量為爆破時的炮煙稀釋與工作面作業(yè)人員用風；當采用無軌運輸時,通常為裝運作業(yè)與工作面作業(yè)人員用風。3.2巷道式通風風量計算3.2.1經驗公式計算⑴射流通風量計算射流通風技術引入施工通風之中,計算方法與運營通風略有不同：N=〔3-1式中：N—射流風機臺數(shù)；pc—通風阻力〔Pa；pc=〔3-2式中：—局部阻力系數(shù),計算時可以忽略；λi—隧道不同地段沿程摩擦阻力系數(shù),隧道在噴護后可按0.10～0.2取值；〔3-3式中：δ—隧道壁粗糙度〔mmLi——隧道不同洞段長度〔m；di—隧道不同洞段水力直徑〔m；〔3-4式中：Ar及C分別為隧道面積〔m2和周長〔mVi—隧道所需滿足的風速〔m/s；ρ—空氣容重〔kg/m3,取1.2。pj—射流風機推力〔Pa。pj=〔3-5式中：K—噴流系數(shù)取0.85；Vj—射流風機出口風速〔m/s；φ——面積比；φ=<3-6>式中：Fj—射流風機的出口面積〔m2；Fs—隧道橫斷面積〔m2?！俣缺?。<3-7>式中：VS—隧道風速〔m/s；⑵軸流風機通風量計算采用巷道式通風,掌子面通風距離不會大于1000m,一般小于800m,當大于這個距離時,風機必須前移,因為橫向施工通道距離通?？刂圃?00～600m,故此掌子面通風量不必計算,直接按經驗選擇風機即可。一般選擇2×55kw～2×135kw足夠,且宜選擇多速風機,即鉆孔作業(yè)時開低檔；爆破出碴時開高檔；其它情況可開中檔。3.2.2經驗法確定射流通風所需臺數(shù),一般計算只能作為參考,通常按經驗進行布置。其所需風機數(shù)量與斷面大小、通風要求、通風距離、工序安排相關。巷道式通風可安排多工序平行作業(yè),即進出風洞均可安排工序。斷面小于50m2及以下,進風洞可按1000～1200m布置一臺；出風洞可按500～800m布置一臺,其洞平均風速可達1.2～1.5m/s。斷面在50～150m2時,進風洞按500～800m布置一臺；出風洞可按300～500m布置一臺,其洞風速可達1.0～1.2m/s。當平均風速要求高于1.5m/s時,可以縮短射流風機間距,其實際間距通過現(xiàn)場試驗確定。風機數(shù)量按上述原則進行布置即可。3.3風機、風管選型3.3.1風機選型選擇風機原則上應該綜合考慮：噪聲低、風量大、風壓大、電能消耗低、重量輕、成本相對低。具體選擇時主要應該考慮其風量、風壓、節(jié)能以及可實現(xiàn)變速控制。射流風機應該考慮其升壓和最大風速等技術指標,原則選擇出風口平均風速度不低于30m/s。3.3.2風管選型風管選擇應該考慮經久耐用,管節(jié)要長且連接方便。根據(jù)經驗螺旋形風管比較符合風在風管的流動原理,可減少風阻、風流通暢。風管一般長度20～40m,管節(jié)間用拉鏈連接較方便。風管選擇在修補時可以使用熱風焊接的材料。3.4風機布置與安裝3.4.1射流風機布置⑴進風洞射流風機布置進風洞風機數(shù)量原則上相對于出風洞風機要少得多,風機數(shù)量必須考慮進風洞的長度和工作量。當進風洞只是進風需要且在橫向通道都全部封堵的情況下,則射流風機可在軸流風機后方布置1～2臺即可；若進風洞長于3000m或有其它多工序作業(yè)時,則應該在其后方按1臺/km增加風機。風機一般布置在隧道〔洞的一側,離地約2m高,當風機重量或體積較小時可布置在隧道〔洞的頂部。注意在橫向通道附近布置風機時,風機宜靠洞口方向布置且離橫向通道中線一般在10～15m左右,具體合適位置應根據(jù)通道是否串風來調整1～2次即可滿足。⑵出風洞射流風機布置出風洞原則上按500～800m布置1臺風機,當通風距離大于5000m時,宜500～600m布置一臺,當洞身大于8000m時應該縮短至300～500m布置一臺風機。風機位置布置同進風洞。⑶射流風機擺放注意事項①射流風機應安放在風機托架上,風機托架應結實牢固,距地面和側壁的距離不小于0.5m。②風機擺放應牢固不能晃動,方向應與巷道軸線基本平行,夾角應小于3o。③應設專人看守,在值班工程師的指導下操作風機,無關人員不得隨意啟閉風機。④定期對風機的機械部分和電氣部分進行檢修養(yǎng)護,一般以三個月為一個周期,特殊情況下可縮短周期。3.4.2軸流風機布置⑴風管彎頭選擇因位于掌子面第一個橫通道后方的其中1臺軸流風機要穿過橫向通道,主風管要經過兩道轉彎后才能到達另一隧道〔洞的掌子面,為此必須通過彎管變向才能實現(xiàn)。根據(jù)多個工程經驗,當橫向通道與正線夾角合適時可使用軟彎管,否則一般使用硬彎管。軟彎管材料同風管材料,不過管壁稍厚,而硬風管只能用鐵皮彎制。但無論如何,彎管制作時一定要盡量考慮較大的彎管半徑,這樣有利于通風。⑵風管到掌子面的最佳距離確定風管口到掌子面的最佳距離L必須滿足設計要求。一般10～15m2的巷道〔如平導等L=10～15m；30～50m2的巷道〔單線鐵路隧道等L=20～30m；70～100m2的巷道〔雙線鐵路隧道、公路隧道等L=30～50m。⑶軸流風機與風管的安裝1>軸流風機安裝軸流風機安裝在緊靠隧道〔洞掌子面的第一個橫通道后方約80～100m位置,原則上左右隧道〔洞交替布置,但也可以在同一隧道〔洞布置；若是單一的平行導坑,在正常情況下因其遠超前正洞掌子面開挖,故軸流風機將一直設置在平導且根據(jù)需要移動軸流風機的位置。2>風管安裝風管宜從隧道〔洞頂通過,但為了安裝方便通常置于一側,其安裝高度以便于維修方便及洞車輛不至于碰到為原則,通常高于5m及以上位置。風管安裝用吊環(huán)鉤掛在預先鋪設好的鐵絲上,鐵絲鋪設要平直牢固且與洞線平行。3.4.3巷道式射流通風平面布置實例參考圖圖3-1為獨頭通風距離8500m時的兩條相互平行的某隧道巷道式通風布置圖。4通風輔助系統(tǒng)4.1通風供電系統(tǒng)射流風機功率較小的20～30kw,較大的75kw,一般在其附近100～600m左右必須有變壓器供電,變壓器容量必須根據(jù)照明與結合其它用電設備統(tǒng)一考慮,常配置315KVA、500KVA、630KVA幾種。4.2風門設置巷道式射流通風不在主洞口附近設置風門,但所有橫向通道必須設置風門,有時也根據(jù)進風巷道的工序安排需要,少量通道不封堵。風門封堵采用工字鋼或其它型鋼結合使用木板或竹制材料進行封堵,并有足夠的剛度要求。風門要盡量封堵嚴密,對預留進人洞要設置活動小風門或門簾,以減少污濁空氣混入新鮮空氣中及減少漏風率。4.3檢查與維護系統(tǒng)必須設置專人經常性對通風系統(tǒng)進行檢查與維護,工作容包括風機使用正常與否、風機擺放位置正確與否、風管漏風情況、控制柜、供電線路、變壓器負荷、風機噪聲檢查、風速是否在正常圍等等。5風機運轉控制5.1軸流風機的分級供風控制一般都選用多級變頻風機,當掌子面僅鉆孔作業(yè)時,可開低速檔；當爆破后出碴期間開高速檔；在鉆孔與掌子面后方噴護作業(yè)時可開中速檔。5.2射流風機供風控制風機在爆破出碴期間可全部開啟；僅鉆孔作業(yè)時可關閉一半風機；鉆孔過程中當其它工序同時作業(yè)時可少關。總的原則要保證巷道的回風速度不低于規(guī)的要求和需要的最小風量控制要求。6通風質量控制要點6.1風機、風管的安裝質量控制①壓入通風機應擺設在新鮮風流中,四周無障礙物。②風機安裝應牢固,風機與風管的連接應密封,如果截面變化過于劇烈可以制作鐵皮接頭避免增大阻力。③定期對風機的機械部分和電氣部分進行檢修養(yǎng)護,一般以三個月為一個周期,特殊情況下可縮短周期。④應保證接頭的密封,注意使風向與風管上標注的風向箭頭保持一致。⑤風管吊掛應平、直、順。⑥破損的風管應及時拆換、修補,尤其是靠近風機段的風管嚴禁出現(xiàn)漏洞,應能保證管路的漏風在20%以下。施工中可先將新風管用在靠近風機段,出現(xiàn)破損更換下來修補后用于中段,確實無法修補的可以用在靠近工作面的部位。6.2污染源控制減少污染源是搞好通風質量控制的關鍵。一是運輸設備選型時盡量考慮低污染車輛；二是在裝碴等待時間盡量不開發(fā)動機；三是運輸車輛盡量均勻拉開距離,保證在洞同時通行的重車不宜過多；四是爆破后采取降塵措施。6.3通風效果的檢查與風機狀態(tài)的監(jiān)測①應定期對通風效果進行監(jiān)測檢查,尤其是變換通風方案后,以確保通風效果達到設計要求并符合勞動衛(wèi)生標準。②通風效果檢測常指風速、有害氣體等,風壓很少檢測。風速檢測在斷面不同位置都應該有檢測點,并注意風門處風速測試,做好通風效果監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄,整理后可用來進行效果分析。③風機性能監(jiān)測設備每臺風機配備一套,由風機司機定時觀測記錄。6.4瓦斯隧道施工中還需注意的問題①洞外主風機應安裝在距洞口30m以外,進風口應在新鮮風流中,并由專人值守。②在施工期間,風機應有雙電源,以保持連續(xù)通風。特殊情況下停風時,必須同時停止工作,撤出人員,切斷一切電源。③局部通風機應安裝在新鮮風流中,進風口瓦斯?jié)舛炔坏么笥?.5%,并安裝風電閉鎖設備。7機具設備項目名稱機具設備型號參數(shù)備注通風設備射流風機PAG葉片數(shù)量根據(jù)設計計算確定,需有備用,瓦斯隧道需防爆。局部通風機低噪、節(jié)能隧道專用風機變極雙速風機輔助通風設備引射器、水幕降塵器等螺旋通風軟管拉頭、低漏風率,節(jié)長10～40m瓦斯隧道需"雙抗"輔材吊掛風管材料鐵絲、短鋼筋、膨脹螺栓等

小工具沖擊鉆、鋼絲鉗、扳手等

修補風管材料拉鏈、風管布材、焊接工具

通風系統(tǒng)監(jiān)測風機性能監(jiān)測可采用U型壓力計、風速儀

通風效果監(jiān)測風速計、有害氣體監(jiān)測計

主要機具設備與材料見表7-1。表7-1施工通風主要機具設備表8通風管理與操作及勞動力配置①設置通風管理工班,最好是專業(yè)的通風隊伍。負責通風系統(tǒng)中各種設備材料的管理和檢修,并進行相應的通風測試和反饋；全面推行全面質量管理制度,人人愛護通風設備與管道。②風機、風管應有備用,風機安裝位置應開闊、無污風,與風管的連接應密封、變斷面應平緩。③風機配電系統(tǒng)的線路布設應合理、清晰,便于維修更換。開啟、關閉風機應由風機司機嚴格按照規(guī)程操作,及時觀察記錄風機監(jiān)測設備,其他無關人員禁止啟閉風機。④通風管路應按照設計布設,吊掛應平、直、順,無急彎,無破損。通風工班人員應經常巡查,及時更換修補破損風管,檢查風管是否有被堵、擠壓變形的情況并及時處理。⑤人員數(shù)量根據(jù)隧道施工規(guī)模確定,除專業(yè)技術人員和電工外,通風工大概15人左右,其風機司機2～3人,分早、中、晚三班,晝夜值班。通風施工勞動組織人員配置見表8-1。9主要安全措施9.1風機操作安全注意事項①安裝風機宜用起重設備,當隧道〔洞條件有限時可使用裝載設備配合安裝。②安裝位置不影響交通運輸,以防車輛行駛過程中碰撞風機。③風機必須安放在隧道〔洞安全和視線開闊及斷面稍寬的位置。④風機的啟動電流較大,在其附近有其它用電設備時,注意開啟順序,以確保其它供電設施的安全。9.2風管掛拆安全注意事項①注意洞壁是否穩(wěn)定、是否有安全隱患,若有必須先排除后安裝。②高度大于3m時要用人字梯或升降設備進行風管安裝。③高空作業(yè)拴安裝帶。④洞動力線、照明線不得安裝在風管同一側。⑤風管出風口隨掘進及時延伸,爆破時做好保護,防止風管損壞。⑥通風管上不允許加掛重物,風管周圍不堆放尖銳物體。⑦隧道貫通后分節(jié)拆除風管,對每節(jié)進行檢查修補,入庫妥善保管。工種人數(shù)職責技術人員2～3全面技術管理,根據(jù)通風效果及時修正通風設計工班長2～3協(xié)助技術人員工作,負責勞動力安排通風工6～9負責通風系統(tǒng)中各種設備材料的管理和檢修風機司機2～3負責通風機的操作和記錄輔助工2修補更換下來的舊風管、進行通風效果的測試等電工2通風系統(tǒng)的電氣部分的維修、安拆合計16～22

表8-1通風施工勞動組織人員表9.3用電安全注意事項①控制柜等必須設置于干燥環(huán)境,并離地用托架放穩(wěn)。②變壓器按隧道〔洞用電要求設置。③通往風機的電線通常要跨越隧道〔洞,因此要求敷設穩(wěn)定,其離地高度按隧道〔洞安全用電相關要求執(zhí)行。9.4其它事項①遵