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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 隧道施工通风方式的挑选李永生摘 中铁隧道集团科研所洛阳 471009 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挑选相应的通风方式进行了介绍,并提出了一些进展建议；关键词：隧道施工通风通风方式挑选1 前言无论是在隧道施工开挖时,仍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,必需对开挖工作面进行通风,即向工作面送人新奇风流,稀释和排出污浊空气；但是,如何才能充分利用现有条件,使通风成效到达最正确、成本降到最低呢 .这就需要第一对通风方式进行合理的挑选；2 通风方式
2、的分类与挑选通风方式依据通风的动力划分,可分为自然通风和机械通风；2.1 自然通风并沿并巷流淌的现象,称在气压、 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,为自然通风；而借助于自然因素产生的使空气流淌的能量,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 Z1-2,此高差内空气密度平均值为 1-2；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 Z2-3 和 Z4-5,空气密度平均值分别为 2-3 和 p4-5 ；依据能量变化方程可知 1 至 5 点的阻力为：hr = d+ 1 2- 5+Z 1-2+Z2-3 -Z 4-5 g
3、1 5 2式中： hr通风阻力； 2 Z1-22d 单位质量空气静压； 空气密度； 1进风口风速；Z2-3 Z4-5 5出风口风速；3 4g重力加速度；上式中,因 v1=0；Z1-2+Z2-3-Z4-5=0 就有 新奇风 污风（以下相同）d 5 2 图1 自然通风示意图hr = - 1 2 因出风口处 5 点的单位质量速压 5 2/2 为出口的能量缺失,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,就自然风压为：hn= d2就单位体积空气所产生的自然风压为：名师归纳总结 hn=ad3即 d = dz,就3 式可改写为：式中： a空气平均密度；其静压与深度成正比,当把井巷内
4、空气视为不行压缩流体时,第 1 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 式中： 0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稳；因而产生能量差克服通风阻力,推动气流沿井巷流淌；产生的能量差就是自然风压,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；挑选此方式通风必
5、需把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特别有利的；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,一般不宜采纳；2.2 机械通风一般依据隧道的长短、是否存在帮助坑道和自然地质条件来挑选不同的机械通风包括多种方式,通风方式；2.2.1 管道式通风一般只适用于独头通风较短的隧道,可供挑选的方式管道式通风考虑到漏风和风阻的变化影响,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风机柔性风管距离隧道口30m 以外的新奇空气处,风机把新奇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
6、工作面的距离依据理论分析和实践证明可以用下式确定：图2 压入式通风示意图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；此通风方式采纳的是柔性风管,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纳此通风方式；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,新奇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：风机刚性风管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；图3 抽出式通风示意图此通风方式将工作面的污风直接经风管抽出洞外,保证了
7、整条隧道的空气清洁,对爱护人体健康有利, 较适用于有轨运输施工的隧道；但其缺点是采纳刚性风管,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仍有压出式,如图 4 所示,但此方法在开挖时风机随工作面的推动需不断前移,并且放炮时飞石易击坏通风设备,一般不宜采纳；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, 详细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； 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殊多的工点,主要使用柔性风管,
8、 成本较低, 但除尘器要常常随风管移动,并且增大了通风阻力,除尘成效差时, 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；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 前压后抽方式如图 6 所示, 以抽出式通风为主,靠近柔性风管风机工作面设一段压人式通风；此通风方式可使整条隧道不受烟尘污染,但主要使用刚性风管,成本较高； 此通风方式也较适用于有轨运输施工的隧道；图4 压出式通风示意图刚性风管 前抽后压方式如图 7 所示, 以抽出式通风为主,抽出风管口靠近工作面, 巷道中设一段压人式风管,其出风口在抽出风口
9、后面；其优缺点与风机柔性风管前压后抽式相同, 只是此通风方式一般在并巷工程中应用；图5 长压短抽式通风示意图在混合式通风中, 压人式风机的风量要比抽出式小, 有时可用引射器代替；压人式风机刚性风管风管出风口距工作面的距离按4 式运算；为防止污风循环, 压人式风机进风口距抽出式风管吸风口 或压出式风机吸风口 的重风机柔性风管合距离不得小于10m,并且尽量使排出的污风处于下风向；各种通风方式的风管口距工作面距离风机图6 前压后抽式通风示意图都较近, 放炮时常常炸破风管,装拆和爱护刚性风管风管很麻烦,目前仍没有很好的解决方法；以上所介绍的通风方式可依据投入的资金 和设备不同、 通风所要到达的要求和地
10、质条件 是否存在易燃、易爆、有毒、有害气体风机柔性风管等 的不同来进行合理挑选；2.2.2 巷道式通风 图7 前抽后压式通风示意图巷道式通风主要是针对在长大隧道施工中开设有各种帮助坑道的情形,如平行导坑 简称平导 、斜井、竖井和钻孔等；假如没有帮助坑道,施工通风只能挑选前面所介绍的几种管道式通风；假如设 有帮助坑道,就施工通风就要针对不同的帮助坑道并依据施工方法和设备条件等挑选不同的通风方 式；充分利用帮助坑道进行施工通风,将会大大缩短独头通风的距离,降低施工成本；a利用斜井、竖井或钻孔进行施工通风 如图 8 和图 9 所示,为军都山隧道斜并施工通 风示意图；在图 8 中实行混合斜井进风,抽出
11、式通风, 设 有两道风管分别通向两个开挖工作面,风机和启动 装置可设在井口之外；也可串联在井底或隧道内的 风管中间； 混合斜井也可采纳压人式通风,但均以斜井内排除的污风不回流至隧道内为宜；图 9 为 主、副斜井通风布置, 通风机均布置在主斜井并底,并且新奇风流经主斜井压人隧道工作面,主斜井井 底仍设有帮助风门,平常关闭,过往运输时打开,工作面产生的污浊空气由副斜井排出；为使隧道内 空气状况更好些, 此处也可应用到抽出式或混合式名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 通风,将抽风机安设在副斜井内即可；竖井或钻孔的通风布置与斜
12、井基本相像,这里不再赘述； 需要特殊指出的是,当隧道与地面的高 差较大或竖井 或斜井或钻孔 井口与隧道口的标高差较大时,可以利用自然风压通风,不用安设抽出 10 所示；但由于自然风压随季节和地面气候变化较大,此方式要谨慎采纳,多数情形 式风机,如图 下必需安设抽出式风机,且风量应大 于压人式风机的风量；b利用平行导坑进行施工通风 正洞与平导开挖初期仍没有横通 道联通时,其通风与管道式通风相同,均为独头通风；当开挖到肯定长度,正洞与平导通过横通道联通时才能形 成一个完整的通风系统,如图 11 和图 12 所示,为渝怀铁路圆梁山隧道施工 过程中的通风示意图；在图 11 中新风由平导流人,平导内产生
13、的污浊空气经3 通由正洞排出；这里的通风系统采纳了射流通风技术, 在平导中 2 通与 3 通之间布置了两台射流风机,利用其射流、 卷收和诱导作用使巷道中的气流升压,将工作面产生的污浊空气压人 3 通,再经正洞排出；0 通是为便利运输而开设的,为防止污风循环采纳了小功率射流风机进行封堵；此通风方式中风机是随着前面横通道的贯穿逐步前移的,后面的横通道可依据需要挑选射流风机、风墙、风帐或风门封堵,应尽量减小漏风、防止发生污风循环,为了有利通风和便利施工,一般风机都安设在平导内,即平导进风、正洞回风；此通风方式名师归纳总结 - - - - - - -通过利用平导大大缩短了风管的长度,降低风阻和漏风率、
14、保证充分的风量；其缺点是正洞长期处于污风之中； 要改善这种状况, 可增加除尘装置或将前面介绍的混合式通风即抽、 压结合 应用于此,但成本会提高许多；图12 是在图 11 的基础上,当施工有所进展而形成的,其形式大同小异,不再赘第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 述；另外, 利用平导进行施工通风仍有一种方式,是将平导洞口设一风门,在平导外侧通过另设风道来安设大功率主扇,平导和横通道内再通过安设局扇来向各工作面送风；如图 13 为大瑶山隧道进口施工过程中的通风示意图；此通风方式与前面介绍的圆梁山隧道施工通风有相像之处,只是其缺点除了正洞长期处于污风之中外,应用大
15、功率主扇耗电量特别大,风门漏风和横通道封闭不严使部分风流短路,铺张的能量过多；考虑到节能、降低成本和操作的便利性,此通风方式现已很少采纳；3 终止语随着隧道施工技术和井巷工程技术的不断进展,其施工通风技术也在不断提高,并向着综合通风技术的方向进展；近年来提倡兴建绿色工程,这对隧道地下工程又提出了更高的要求,环保和人体健康已经成为社会普遍关注的热点,所以强调施工通风技术的不断进展、完善是特别重要和必要的；通风技术的不断进展仍呼吁相关技术的提高和完善,呼吁设备专业去进一步讨论开发更好的通风设备和配套设施, 使通风技术在理论上通俗易懂、在实际操作中简捷便利,并且能够合理使用和配备资源与设备,使隧道与地下工程显现更多的绿色环保工程；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页