论文部分内容阅读
摘 要：以两广隧道榕木斜井及其正洞段工程为例，介绍无轨运输内燃机械作业的长大隧道压入式与射流混合通风系统设计。该设计按隧道掘进长度的增加逐步加大通风量，增设射流风机以达到节能目的。
关键词：长大隧道；压入式与射流混合通风；系统设计；两断面同时施工
1．工程概况
贵广客运专线新建铁路贵阳至广州铁路两广长大隧道，起于广西壮族自治区贺州市步头镇南水村，止于广东省怀集县蓝钟镇下竹水库区西南（横闩），隧道全长8560米，起讫里程DK614+480～DK623+040，为山岭深埋隧道，隧道埋深最大处埋深约722.6米。
由于两广隧道为长大隧道，为加快施工进度，实施长隧短打，
设置了斜井辅助坑道。隧道在DK617+300右侧设置与线路方向呈90°的榕木斜井，综合坡度为9.6％；斜井采用无轨运输双车道衬砌断面；斜井井口里程XDK1+080，斜井斜长1080m。为保证隧道顺利按质按期贯通、加快施工进度，同时改变工人施工环境、方便施工，保证工人、技术人员的身体健康，解决隧道通风成了关键问题。
2.通风设计
2.1总体设计思想
两广隧道榕木斜井身长1080m，进入正洞后，压入式通风主攻方向（广州方向2540m）长度3620m，按3600m计算，副攻方向（贵阳方向1395m）通风长度2475m，按2500m计算。斜井为双车道断面，设计初步安装两条Φ1.5m风管。斜井采用无轨运输出碴，在距斜井洞口25m处设置4台SDF(B)-No18隧道施工专用轴流通风机，主洞两头同时施工，每头最大配用电机功率分别为：低速22*2kw,中速45*2KW，高速132*2KW，擁有6个挡位的通风量（可随距离的增加逐步增加供风量），风管采用带钢筋肋加强柔性风管，结构采用在圆周上完全封闭形式，风管钢筋肋间距为0.3m,坚固耐用。节长20～50m减少接头，降低接头泄风量和总阻力，安装管理方便，每个掌子面增加1台射流风机增加该处风流。
2.2洞内施工所需风量计算
1）按洞内同时工作的最多人数计算风量
q—洞内每人每分钟所需新鲜空气量，《隧规》规定按每人每分钟3m3计算；
m—洞内同时工作最多人数，副攻方向按45人考虑,主攻方向按50人考虑；
K—风量调整系数，取1.10～1.15。
计算结果为副攻方向需风量148.5m3/min，主攻方向需风量165m3/min。
2）按满足洞内允许最小风速要求计算风量
S—隧洞开挖断面，116.11m2；
V—允许最小风速，全断面开挖取0.15m/s。
计算结果为主、副攻方向均需风量1045m3/min。
3）按同时爆破的最多炸药量计算
t—通风时间，30min；
A—一次爆破炸药消耗量,418kg；
b一公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积（L），一般采用b=40L。
计算结果为主、副攻方向均需风量2787m3/min。
4）按爆破后稀释CO至许可最高浓度计算
A、t、b符号意义同前；
K—风量备用系数，取1.10。
计算结果为主、副攻方向均需风量1339m3/min。
5）按压入式通风30分钟内将齐头工作面爆破产生的有害气体浓度稀释到允许浓度计算
S—隧道断面积，70m2；
L—通风区段长度，取100m，即掌子面向洞口方向100m范围内；
A、t符号同前。
计算结果为主、副攻方向均需风量1049m3/min。
6）按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算
Q—柴油机废气排量。假定当一个工作面出碴时，洞内有自卸车8辆（柴油发动机排气量9.3L，转速1900rpm），3辆重车，3辆空车。ZL50C装载机1台（柴油发动机排气量7.6L，转速2100rpm），取重车及装载机的负荷率0.9，转速系数1.0，空车负荷率0.3，转速系数0.8；
δ—稀释系数，10.6；
η—安全系数，1.5。
计算结果为主、副攻方向均需风量2310m3/min。
取上述风量的最大值作为设计风量，故工作面所需风量应大于2787m3/min。
7）考虑漏风因素
据风管厂提供的技术指标，百米漏风率正常时可控制在1.5%以内。本方案通风距离考虑主攻方向3600m，副攻方向2500m，据此计算漏风系数
L—通风距离，主攻方向3600m，副攻方向2500m；
P100—百米漏风率，取1.5%。
计算结果为P主攻=2.17，P副攻=1.60
故计算结果为主、副攻方向需最大风量Qmax主:6048m3/min和Qmax副:4459m3/min。
2.3 系统风压计算
从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。
1）、动压计算
γ—空气密度，1.2kg/m3；
ν—末端管口风速，5.2m/s（按工作面最小风速折算ν=0.15*S/(d2*π/4)。
计算结果H动=16Pa。
2)、静压计算
管道摩擦阻力：
λ—管道摩阻系数，0.015；
ν0—管道内平均风速， ，主攻方向20.87m/s，副攻方向17.92m/s；
L,γ,Qmax，Q符号意义同前；
d—风管直径。
计算结果h主静：8820Pa，h副静：4516Pa。
系统风压
计算结果H主：8836Pa，H副：4532Pa。
2.4风机选择
选用山西省侯马市鑫丰康风机有限公司提供SDF(B)-No18型对旋式轴流风机，设计风量2973-6100m3/min，风压782-5124Pa，电动机功率4×185kW，三级调速，通风软管直径1.5m，送风长度主攻方向3600m，副攻方向2500m。
注：F1设计风量2973-6100m3/min，风压782-5124，电动机功率2*200kW，三级调速，通风软管直径1.5m，送风长度主攻方向3600m，副攻方向2500m,每个掌子面增加1台射流风机增加该处风流。
3 结论
按照设计的通风系统，应用于两广隧道榕木斜井及正洞，经现场施工实践检验，完全符合施工要求，很好的解决了长大隧道的通风难题，对同类隧道的通风问题提供了参考。
关键词：长大隧道；压入式与射流混合通风；系统设计；两断面同时施工
1．工程概况
贵广客运专线新建铁路贵阳至广州铁路两广长大隧道，起于广西壮族自治区贺州市步头镇南水村，止于广东省怀集县蓝钟镇下竹水库区西南（横闩），隧道全长8560米，起讫里程DK614+480～DK623+040，为山岭深埋隧道，隧道埋深最大处埋深约722.6米。
由于两广隧道为长大隧道，为加快施工进度，实施长隧短打，
设置了斜井辅助坑道。隧道在DK617+300右侧设置与线路方向呈90°的榕木斜井，综合坡度为9.6％；斜井采用无轨运输双车道衬砌断面；斜井井口里程XDK1+080，斜井斜长1080m。为保证隧道顺利按质按期贯通、加快施工进度，同时改变工人施工环境、方便施工，保证工人、技术人员的身体健康，解决隧道通风成了关键问题。
2.通风设计
2.1总体设计思想
两广隧道榕木斜井身长1080m，进入正洞后，压入式通风主攻方向（广州方向2540m）长度3620m，按3600m计算，副攻方向（贵阳方向1395m）通风长度2475m，按2500m计算。斜井为双车道断面，设计初步安装两条Φ1.5m风管。斜井采用无轨运输出碴，在距斜井洞口25m处设置4台SDF(B)-No18隧道施工专用轴流通风机，主洞两头同时施工，每头最大配用电机功率分别为：低速22*2kw,中速45*2KW，高速132*2KW，擁有6个挡位的通风量（可随距离的增加逐步增加供风量），风管采用带钢筋肋加强柔性风管，结构采用在圆周上完全封闭形式，风管钢筋肋间距为0.3m,坚固耐用。节长20～50m减少接头，降低接头泄风量和总阻力，安装管理方便，每个掌子面增加1台射流风机增加该处风流。
2.2洞内施工所需风量计算
1）按洞内同时工作的最多人数计算风量
q—洞内每人每分钟所需新鲜空气量，《隧规》规定按每人每分钟3m3计算；
m—洞内同时工作最多人数，副攻方向按45人考虑,主攻方向按50人考虑；
K—风量调整系数，取1.10～1.15。
计算结果为副攻方向需风量148.5m3/min，主攻方向需风量165m3/min。
2）按满足洞内允许最小风速要求计算风量
S—隧洞开挖断面，116.11m2；
V—允许最小风速，全断面开挖取0.15m/s。
计算结果为主、副攻方向均需风量1045m3/min。
3）按同时爆破的最多炸药量计算
t—通风时间，30min；
A—一次爆破炸药消耗量,418kg；
b一公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积（L），一般采用b=40L。
计算结果为主、副攻方向均需风量2787m3/min。
4）按爆破后稀释CO至许可最高浓度计算
A、t、b符号意义同前；
K—风量备用系数，取1.10。
计算结果为主、副攻方向均需风量1339m3/min。
5）按压入式通风30分钟内将齐头工作面爆破产生的有害气体浓度稀释到允许浓度计算
S—隧道断面积，70m2；
L—通风区段长度，取100m，即掌子面向洞口方向100m范围内；
A、t符号同前。
计算结果为主、副攻方向均需风量1049m3/min。
6）按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算
Q—柴油机废气排量。假定当一个工作面出碴时，洞内有自卸车8辆（柴油发动机排气量9.3L，转速1900rpm），3辆重车，3辆空车。ZL50C装载机1台（柴油发动机排气量7.6L，转速2100rpm），取重车及装载机的负荷率0.9，转速系数1.0，空车负荷率0.3，转速系数0.8；
δ—稀释系数，10.6；
η—安全系数，1.5。
计算结果为主、副攻方向均需风量2310m3/min。
取上述风量的最大值作为设计风量，故工作面所需风量应大于2787m3/min。
7）考虑漏风因素
据风管厂提供的技术指标，百米漏风率正常时可控制在1.5%以内。本方案通风距离考虑主攻方向3600m，副攻方向2500m，据此计算漏风系数
L—通风距离，主攻方向3600m，副攻方向2500m；
P100—百米漏风率，取1.5%。
计算结果为P主攻=2.17，P副攻=1.60
故计算结果为主、副攻方向需最大风量Qmax主:6048m3/min和Qmax副:4459m3/min。
2.3 系统风压计算
从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。
1）、动压计算
γ—空气密度，1.2kg/m3；
ν—末端管口风速，5.2m/s（按工作面最小风速折算ν=0.15*S/(d2*π/4)。
计算结果H动=16Pa。
2)、静压计算
管道摩擦阻力：
λ—管道摩阻系数，0.015；
ν0—管道内平均风速， ，主攻方向20.87m/s，副攻方向17.92m/s；
L,γ,Qmax，Q符号意义同前；
d—风管直径。
计算结果h主静：8820Pa，h副静：4516Pa。
系统风压
计算结果H主：8836Pa，H副：4532Pa。
2.4风机选择
选用山西省侯马市鑫丰康风机有限公司提供SDF(B)-No18型对旋式轴流风机，设计风量2973-6100m3/min，风压782-5124Pa，电动机功率4×185kW，三级调速，通风软管直径1.5m，送风长度主攻方向3600m，副攻方向2500m。
注：F1设计风量2973-6100m3/min，风压782-5124，电动机功率2*200kW，三级调速，通风软管直径1.5m，送风长度主攻方向3600m，副攻方向2500m,每个掌子面增加1台射流风机增加该处风流。
3 结论
按照设计的通风系统，应用于两广隧道榕木斜井及正洞，经现场施工实践检验，完全符合施工要求，很好的解决了长大隧道的通风难题，对同类隧道的通风问题提供了参考。