马家坡隧道施工通风方案(定)_隧道通风专项施工方案
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马家坡隧道施工通风方案
一、概述
马家坡隧道为上、下行分离四车道高速公路特长隧道，隧道最大埋深约472米。隧道起讫桩号：左线ZK139+545-ZK143+523,长3978m；右线YK139+485-YK143+435,长3950m。
二、施工通风方案
施工通风是长大隧道施工的重要配套工艺之一，按照本标段工程特点，全线隧道均采用无轨运输，隧道施工采用压入式通风方案。在洞外设置主风机，接风管引至工作面，据工作面距离不大于15m，为工作面提供新鲜空气，污浊空气通过隧道主洞排出洞外。隧道紧急停车带、横洞、侧洞（室）、台车、掌子面、排水板背部、拱顶等易积聚瓦斯的地方，应加强瓦斯监测，结合局扇、局部抽排、局部采用高压风吹，增加瓦斯易聚集地段的风速和风流量，防止瓦斯聚集。在死角、塌腔等部位，加强监测，根据瓦斯检测结果，用高压风将聚集的瓦斯吹出，使之与回风混合后排出。对于人行和车行横洞应尽快打通，横洞设可变换抽风方向的射流风机，使左右隧道内部形成巷道通风，加快爆破后有害气体的排出，减少作业等待时间，但必要时应注意采取防爆（隔爆）措施，注意防止横道内形成通风短路，影响通风效果。
三、通风理论计算
马家坡隧道采用独头压入式供风，通风计算以最大供风长度计算做为控制值。根据目前工程进度，最大供风长度按2000m计算，约为隧道总长度的一半。隧道开挖采用无轨运输。
3.1 计算参数
按照《铁路隧道施工规范》（TB10204－2002）的规定，计算应满足以下条件：
1）、供给每人的新鲜空气量按m=3m3/min计； 2）、内燃机械作业时所需供风量按Q0＝3m3/min〃kW计；
3）、全断面开挖最低允许风速为0.15m/s，分部开挖最低允许风速为0.25m/s，亦不应大于6m/s；为防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s；
4）、根据目前剩余工程的围岩衬砌支护设计，开挖断面尺寸按SF-Ⅳa型衬砌结构设计参数控制,其设计开挖断面尺寸为101.26m2。
考虑可能存在的超挖、尺寸误差，以及为保证限界满足要求需要加大开挖断面尺寸等情况，预留5%左右的安全系数，则隧道主洞最大开挖面积为：
101.26×1.05=106.3m2，取值106 m2；
根据设计图纸，隧道内约658m设一隧道紧急停车带，长度为40m，隧道紧急停车带全断面计算断面为：
106+45.38=151.38m2，取值152 m2
5）、每炮炸药用量：根据剩余工程量围岩情况，结合工程实践经验，对于瓦斯隧道，采用煤矿许用炸药，每循环进尺约2m，全段面爆破时，1m3岩石用药量约1.4～1.6 kg，则主洞每循环所用炸药量约为：
1.4×106×2=296.8kg，取为300 kg 隧道紧急停车带全断面每循环所用炸药量约为：
1.4×152×2=425.6kg，取为426 kg 根据《乳化炸药》GB18095-2000，煤矿许用乳化炸药爆炸后有毒气体含量不大于80L/kg，则主洞每循环所用炸药产生的最大有毒气体量为：
80×360=24000 L 隧道紧急停车带全断面每循环所用炸药产生的最大有毒气体量为：
80×426=34080 L 6）、隧道主放炮后通风时间按t=30min计； 3.2用风量分项计算
1、以隧道中通风风速计算风量
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120－2002，J160－2002)，防 止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s。本工程采用全断面开挖，独头压入式通风。鉴于隧道紧急停车带设计间距658m一道，长40m，其数量和长度有限，可采用局部风扇或高压风吹解决瓦斯积聚问题，所以防止瓦斯积聚通风计算时不予考虑，则为防止瓦斯积聚所需要的通风量为：
Q风速=Vmin×S×60=1×106×60=6360(m3/min)
2、按洞内同时作业最多人数计算
Q1kNq
式中：k—风量备用系数，一般为1.1～1.25，本工程取1.2；
N—洞内同时作业的最多人数，按钻孔15人，喷混凝土8人，衬砌12人，其他10人计，共45人；
q—每一作业人员的通风量，取m3/min。
Q人员=3×45×1.2=162(m3/min)
3、按照爆破后稀释有毒气体至许可最高浓度确定用风量 1）、隧道主洞全断面爆破时
（1）按洞内同一时间爆破使用最多炸药量计算风量： Q爆=5Ab/t(m3/ min)其中：t—通风时间，本工程取30 min；
Ab—同一时间爆破耗药量生产的有毒气体，m3； Q爆=5×24000/30=4000 m3/ min（2）采用理论计算公式，压入式通风用风量为：
Q爆=(7.8/t)(A〃S2〃L2)1/3(m3/ min)其中：t—通风时间，本工程取30 min；
A—同一时间爆破耗药量，kg； S—巷道断面面积，m2；
L—需要稀释的巷道长度(即工作人员工作区)，按距掌子 面向后400m计，符合爆破飞石安全距离要求。
则 Q爆=(7.8/t)(A〃S2〃L2)1/3
=(7.8/30)[(360×1062×4002]1/3 =2249(m3/ min)由于第一个计算公式没有考虑炮眼扩散被主风流带走，所以计算结果偏大，综合以上两种计算方法，取Q爆=3000 m3/ min。
2）、隧道紧急停车带全断面爆破时
（1）按洞内同一时间爆破使用最多炸药量计算风量：
Q爆=5×34080/30=5680 m3/ min（2）采用理论计算公式，压入式通风用风量为：
Q爆=(7.8/t)(A〃S2〃L2)1/3 =(7.8/30)[(426×1522×4002]1/3 =3024.9(m3/ min)，取为3025 m3/ min 由于第一个计算公式没有考虑炮眼扩散被主风流带走，所以计算结果偏大，综合以上两种计算方法，取Q爆=4500 m3/ min。
3）、隧道紧急停车带全断面爆破时，按隧道主洞全断面爆破时需要的通风量控制，需要的通风时间为：
（1）按洞内同一时间爆破使用最多炸药量计算： t =5Ab/ Q爆(m3/ min)=5×34080/4000=42.6 min（2）采用理论计算公式计算：
t =(7.8/ Q爆)(A〃S2〃L2)1/3(m3/ min)=(7.8/2249)[(426×1522×4002]1/3 =40.35 min 综合以上两种计算方法，经过安全、经济等方面考虑，取t=43min。
4、按洞内使用内燃机械计算风量
Q内燃=Q0×ΣP 式中：ΣP——进洞内燃机械功率总数。
根据现场机械配置情况，在装渣工序中，按2辆东风自卸载重汽车(190KW)、1台ZL40型装载机(125KW)、1台斗山220挖掘机(150KW)，根据《铁路隧道钻爆法施工工序和作业指南》(TZ231-2007)，采用内燃机械作业时，供风量不宜小于3 m3/(min〃KW)，则洞内使用内燃机械计算用风量为：
Q燃=(2×190+150+125)×3=1965m3/ min5、按将瓦斯浓度稀释到0.5％以下，计算风量 隧道稀释瓦斯用风Q稀=n(1/0.5％-1)其中：n—隧道绝对瓦斯涌出量(m3/min)，根据石家庄铁道大学马家坡瓦斯隧道左线进口瓦斯等级评定报告，隧道瓦斯涌出总量为2.06 m3/min；
0.5％—将瓦斯浓度稀释到0.5％以下；
计算得：Q稀= 2.06×（1/0.5%-1）=409.94m3/ min，取410m3/ min 3.3、通风量确定
1、按隧道主洞断面考虑，计算通风量
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120－2002，J160－2002)第7.2.5条规定“瓦斯隧道需要的风量，必须按照爆破排烟、同时工作的最多人数以及瓦斯绝对涌出量分别计算，并按允许风速进行检验，采用其中的最大值。马家坡隧道施工采用无轨运输方案，考虑不利组合，安全生产用风量按满足爆破排烟、最大工作人数(考虑爆破时，人员不出洞)、瓦斯稀释以及出渣作业、工作人数(出渣司机四人，同时初期支护作业人员10人、二衬绑扎钢筋等人员5人、仰拱作业人员5人、安全人员1人，计25人)、瓦斯稀释两种情况计算，并按允许风速进行检验。
无轨运输安全生产用风量为：
Q无轨总1= Q爆＋Q人＋Q稀
=3000+162+410=3572 m3/min Q无轨总2= Q燃＋Q人＋Q稀
=1965+25×3+410=2450 m3/ min 则取Q无轨总为3572 m3/min。
综上，若按照《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120－2002，J160－2002)控制，无轨运输安全生产用风量与允许风速用风量相比，满足安全生产的用风量应为6360 m3/min，但根据有关试验结果，如完全达到瓦斯不积聚，风速必须达到3.5m/s以上，而施工实践经验表明，采用加强监测，结合局扇、局部抽排、局部采用高压风吹等措施，完全能够满足保证施工安全的需要。所以综合考虑安全、经济等因素，在加强监测，结合局扇、局部采用高压风吹、局部抽排等措施的马家坡隧道通风量可以按照无轨运输安全生产用风量来控制，即需要的通风量为3572 m3/min。
2、隧道紧急停车带全断面爆破时，通风量及通风量时间控制 隧道紧急停车带全断面爆破时，按照爆破后稀释有毒气体至许可最高浓度确定用风量达到4500 m3/ min，是按隧道主洞全断面爆破时需要通风量3000 m3/ min的1.5倍。由于隧道紧急停车带数量和长度有限，考虑通过延长爆破后通风时间来控制，即通风量仍按3572 m3/min控制，通风时间延长到43min。
3.4、考虑风管漏风损失修正后的实际通风量
风管选择便于装卸和维修的PVC拉链式软风管。为减少接头，减小风阻，减少漏风，风管每节长20m，并配少量每节长10m的风管，以利于调节风管末端到工作面的距离。风管联接采用密封式法兰盘接头，垫板可采用橡胶板或软聚氯乙烯塑料板，以减少接头漏风。
1）、根据《铁路工程施工技术手册隧道（下册）（1995年10月，第二版），胶皮风管漏风视接头情况可以计算如下：前20节风管每个接头漏风约为1%，而以后每个接头则为0.5%，则2000m漏风系数为：
1+20×1%+[（2000-20×20）/20] ×0.5%=1+0.2+0.4=1.6 则洞内实际所需总风量Q需= 3572×1.6=5715.2 m3/min 2）、根据《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120－2002 J160－2002)7.3.4条规定“风管百米漏风率不应大于2%”，则2000m漏风系数为： 1+（2000/100）×2%=1+0.4=1.4 则洞内实际所需总风量Q需=3572×1.4=5000.8 m3/min 综上，取洞内实际所需总风量Q需=5400 m3/min，即90 m3/s。考虑到风管漏风损失修正后，隧道紧急停车带全断面爆破时，通风时间按60 min控制。
3.5.风压计算
风管内摩擦阻力系数取为λ＝0.0078，若采用直径1.5m风管，则
S风管=πD²/4=1.767m²
V= Q需/S
风管
=90/1.767=50.93m/s 风速过大，达到强台风分级风速标准的上限值，故需加大风管设计直径。若采用直径2m风管，则有：
C=ρ×L=1×2000=2000；W=C/2D=2000/(2×2)=500 S风管=πD²/4=3.14m²；
V= Q需/S
风管
=90/3.14=28.66m/s H摩=λ×W×V²=0.0078×500×28.66²=3203.4Pa 式中：ρ—空气密度，隧道进口海拔800m左右，按ρ=1.0kg/m³计。
V—风管内平均风速。
系统风压Hh摩h局h正h其他，为简化计算，取H=1.2H摩
H=1.2 H摩=1.2×3203.4=3844.08Pa 3.6.风机选型
风机的选择主要根据所需风量和风压来确定，并考虑节能效果，采用多级变速风机。为安全，隧道内接力串联风机宜采用防爆轴流式风机。为保证施工作业的连续进行，同时配备一套同等性能的备用通风机，并保证在主风机出现故障时在15min内启动投入使用。必要时，设轴流抽风机，风管设置在拱顶上，在距掌子面400m处进行瓦斯抽排，保证作业范围内瓦斯浓度符合规范要求。
风管采用φ2000软质双抗（抗燃烧、抗静电）风管，每节20m，具有 风阻小、漏风低，强度高等优点。
在隧道紧急停车带、横洞、侧洞（室）、台车、掌子面等易积聚瓦斯的地方，应加强瓦斯监测，并各设1～2台局部风扇，以增加瓦斯易聚集地段的风速和风流量，防止瓦斯聚集。在死角、塌腔等部位，根据瓦斯检测结果，用高压风将聚集的瓦斯吹出，使之与回风混合后排出。
3.7注意事项
根据以上计算结果，隧道主洞全断面爆破后，持续通风30 min后可以开始进入掌子面400m范围内正常施工；隧道紧急停车带全断面爆破后，持续通风60 min后可以开始进入掌子面400m范围内正常施工。
四、根据现场实际情况，对已有通风设备应用进行校核
目前，现场实际通风设备为天津风机厂生产的2SZ-S-12.5隧道通风机，功率为2×115kW，高速运转条件下，最佳工况下的最大供风量为2000 m3/min，最大压力为4800Pa。风管采用φ1500mm软质双抗（抗燃烧、抗静电）风管，每节20m，具有风阻小、漏风低，强度高等优点。为充分利用现场已有设备，根据以上计算结果，计算如下：
1、取漏风系数为1.5，则实际有效供风量为：2000/1.5=1333.3 m3/min2、需要稀释至许可最高浓度的爆破后有毒气体
Q爆= Q无轨总1-Q人-Q稀
=1333.3-162-410=761.3 m3/min3、爆破后有毒气体稀释至许可最高浓度所需时间 1）、隧道主洞全断面爆破时
t1 =5Ab/ Q爆(m3/ min)=5×24000/761.3=157.6 min t2 =(7.8/ Q爆)(A〃S2〃L2)1/3(m3/ min)
=(7.8/761.3)[(360×1062×4002]1/3 =88.62 min 取通风时间为120min。2）、隧道紧急停车带全断面爆破时
t1 =5Ab/ Q爆(m3/ min)=5×34080/761.3=223.8 min t2 =(7.8/ Q爆)(A〃S2〃L2)1/3(m3/ min)=(7.8/761.3)[(426×1522×4002]1/3 =119.2 min 取通风时间为170min。
根据以上计算结果，采用现有通风设施，隧道主洞全断面爆破后，持续通风120min后可以开始进入掌子面400m范围内正常施工；隧道紧急停车带全断面爆破后，持续通风170 min后可以开始进入掌子面400m范围内正常施工。
公司工作组
二〇一一年四月十六日
