羅文松

摘要:隧道通風(fēng)是把隧道內(nèi)有害氣體、粉塵、污染的空氣排出洞外,或者送入新鮮空氣進(jìn)行稀釋。本文筆者根據(jù)多年來(lái)的隧道施工通風(fēng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),探討了隧道施工中最理想的通風(fēng)方法。

1、隧道施工通風(fēng)方式的選擇要點(diǎn)分析

隧道施工通風(fēng)方式的選擇應(yīng)針對(duì)污染源的特性進(jìn)行,在選擇時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)要點(diǎn):

◆自然通風(fēng)因其影響因素多、通風(fēng)效果不穩(wěn)定且不易控制,盡量避免使用。故除短直隧道外,有軌運(yùn)輸隧道宜采用吸出式或混合式通風(fēng),無(wú)軌運(yùn)輸隧道宜采用壓入式或變換式通風(fēng)。

◆壓入式通內(nèi)能將新鮮空氣直接輸送至工作面,有利于工作面施工,但污染空氣將流經(jīng)整個(gè)坑道,若采用大功率、大管徑設(shè)備,該通風(fēng)方式適用范圍較廣。

◆吸出入通風(fēng)的風(fēng)流方向與壓入式相反,但其排煙速度較慢,且易于在工作面形成炮煙停滯區(qū),故一般很少采用,因此,常在工作面處另設(shè)局扇以構(gòu)成混合式通風(fēng)系統(tǒng)。

◆混合式通風(fēng)具有壓入式和吸入式的優(yōu)點(diǎn),但管路、風(fēng)機(jī)等設(shè)施增多,在管徑較小時(shí)可采用,若有大管徑、大功率風(fēng)機(jī)時(shí),其經(jīng)濟(jì)性不如壓入式。

◆有平行導(dǎo)坑施工的隧道應(yīng)采用巷道式通風(fēng),其通風(fēng)效果主要取決于通風(fēng)管理的好壞。

2、隧道施工所需風(fēng)量的計(jì)算

確定隧道施工過(guò)程中所需風(fēng)量的因素包括:隧道內(nèi)同時(shí)工作最多人數(shù);一次爆破所用最多炸藥量;隧道內(nèi)規(guī)定的最小風(fēng)速;瓦斯、二氧化碳等有毒有害氣體涌出情況及隧道內(nèi)所用內(nèi)燃機(jī)械數(shù)量等。

2.1按隧道內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)需要的新鮮空氣計(jì)算風(fēng)量

Q=4N (1)

式中:Q為隧道內(nèi)所需風(fēng)量,m3/min。

4為每人每分鐘應(yīng)供給的最小風(fēng)量,m3/min?人。

N為隧道內(nèi)同時(shí)施工(指導(dǎo)施工)的最多人數(shù),人。

2.2按炸藥量計(jì)算

Q=25A(2)

式中:25為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將每千克炸藥爆炸所產(chǎn)生的有害氣體稀釋到允許濃度以下,每分鐘所需的最小風(fēng)量,m3/min?kg。

A為一次爆破所需的最大炸藥量,kg。

2.3按隧道內(nèi)規(guī)定的最小風(fēng)速計(jì)算

Q≥Vmin?S(3)

式中:Vmin為隧道內(nèi)規(guī)定的最小風(fēng)速,m/min。

S為施工隧道的最小斷面積,m2。

2.4按有毒有害氣體(瓦斯、二氧化碳等)涌出量計(jì)算

Q=100?q?k(4)

式中:100為按規(guī)定(瓦斯、二氧化碳涌出隧道工作面瓦斯、二氧化碳濃度不高于1%)得出的系數(shù)。

q為隧道內(nèi)有毒有害氣體的絕對(duì)涌出量,m3/min。根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)值的平均值取值。

k為隧道內(nèi)有毒有害氣體涌出的不均衡系數(shù)。它是最大涌出量與平均涌出量之比,由實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)而得。一般在1.5～2.0之間。

按以上4種方法計(jì)算后,選取Q值最大者作為隧道內(nèi)施工通風(fēng)所需風(fēng)量值,并根據(jù)此數(shù)值選擇通風(fēng)設(shè)備。此外,還要考慮隧道內(nèi)內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備的使用數(shù)量,適當(dāng)加大通風(fēng)量。

３、通風(fēng)設(shè)備的選擇

３.1風(fēng)筒相關(guān)參數(shù)的計(jì)算

3.1.1風(fēng)筒的風(fēng)阻

風(fēng)筒的風(fēng)阻理論上包括風(fēng)筒的磨擦風(fēng)阻、接頭風(fēng)阻、彎頭風(fēng)阻、風(fēng)筒出口風(fēng)阻(壓入式通風(fēng))或風(fēng)筒入口風(fēng)阻(抽出式通風(fēng)),且根據(jù)通風(fēng)方式的不同,各有相應(yīng)繁瑣的計(jì)算公式。但在實(shí)際應(yīng)用中,風(fēng)筒風(fēng)阻除與上述因素有關(guān)外,還與風(fēng)筒的吊掛、維護(hù)、風(fēng)壓大小等管理質(zhì)量密切相關(guān),因此,很難用相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行精確計(jì)算,一般都根據(jù)實(shí)測(cè)風(fēng)筒百米平均風(fēng)阻(包括局部風(fēng)阻)作為衡量風(fēng)筒管理質(zhì)量和設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。其百米平均風(fēng)阻由風(fēng)筒生產(chǎn)廠家在出廠產(chǎn)品參數(shù)說(shuō)明中給出。故風(fēng)筒風(fēng)阻計(jì)算式:

R=R100?L/100Ns2/m8(5)

式中:R為風(fēng)筒風(fēng)阻,Ns2/m8。

R100為風(fēng)筒百米平均風(fēng)阻,簡(jiǎn)稱百米風(fēng)阻,Ns2/m8。

L為風(fēng)筒全長(zhǎng),m,L/100構(gòu)成R100的系數(shù)。

3.1.2風(fēng)筒的漏風(fēng)

正常情況下,金屬和透氣性極小的塑料風(fēng)筒的漏風(fēng)主要發(fā)生在接頭處,只要加強(qiáng)接頭處理,漏風(fēng)較少,可忽略不計(jì)。而膠布風(fēng)筒等不僅接頭而且全長(zhǎng)的壁面和針眼都有漏風(fēng),故其風(fēng)筒漏風(fēng)屬連續(xù)的不均勻漏風(fēng)。漏風(fēng)使風(fēng)筒和風(fēng)機(jī)連接端的風(fēng)量Qf與風(fēng)筒靠近出口端的風(fēng)量(即隧道內(nèi)所需風(fēng)量)Q不等。因此,應(yīng)按始末端風(fēng)量的幾何平均值作為通過(guò)風(fēng)筒的風(fēng)量Qa,則:

Qa=√Qf?Qm3/min。(6)

顯然,Qf與Q之差就是風(fēng)筒和漏風(fēng)量QL。即:

QL=Qf－Q(7)

QL與風(fēng)筒的種類、接頭的數(shù)目、方法和管理質(zhì)量以及風(fēng)筒直徑、風(fēng)壓等有關(guān),但更主要是與風(fēng)筒的維護(hù)和管理密切相關(guān)。反映風(fēng)筒漏風(fēng)程度的指標(biāo)參數(shù)有三:

①風(fēng)筒漏風(fēng)率Le:風(fēng)筒漏風(fēng)量占風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量的百分?jǐn)?shù),即:

Le=QL/Qf×100%=(Qf－Q)/Qf×100%(8)

Le雖然能反映某一風(fēng)筒的漏風(fēng)情況,但不能作為比較的指標(biāo)。故常用百米漏風(fēng)率Le100表示:

Le100=[(Qf－Q)/(Qf?L/100)]×100% (9)

風(fēng)筒的百米漏風(fēng)率由風(fēng)筒生產(chǎn)廠家在出廠產(chǎn)品的參數(shù)說(shuō)明中給出。

②風(fēng)筒的有效風(fēng)量率Ef:即掘進(jìn)工作面風(fēng)量占風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)。

Ef=(Q/Qf)×100%=[(Qf－QL)/Qf]×100%=(1－Le)×100%(10)

由式(9)得:

Qf=100Q/(100－L?Le100)(11)

式(11)代入式(10)得:

Ef=[(100－L?Le100)/100]×100%=(1－L?Le100/100)×100% (12)

(3)風(fēng)筒漏風(fēng)備用系數(shù)ф:即風(fēng)筒有效風(fēng)量率的倒數(shù)。

ф=Qf/Q=1/Ef=1/(1－Le)=100/(100－L?Le100) (13)

3.1.3風(fēng)筒直徑

風(fēng)筒直徑的選擇取決于送風(fēng)量、送風(fēng)距離及隧道斷面的大小等因素,實(shí)際應(yīng)用中,多是根據(jù)與風(fēng)機(jī)出口直徑的匹配情況,選取標(biāo)準(zhǔn)直徑。隨著隧道施工技術(shù)日益發(fā)展,長(zhǎng)大隧道采用全斷面開挖越來(lái)越多。利用大口徑風(fēng)管進(jìn)行施工通風(fēng)可大大簡(jiǎn)化隧道施工工序,有利于全斷面開挖的推廣使用,便于一次成洞,可節(jié)約大量的人力和物資,并使通風(fēng)管理大大簡(jiǎn)化,是解決長(zhǎng)大隧道施工通風(fēng)的主要途徑。

3.2確定所需風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)

①確定風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量Qf

Qf=ф?Q=[100/(100－L?Le100)]?Q (14)

②確定風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓hf

hf=R?Qa2=R?Qf?Q(15)

3.3設(shè)備的選擇

通風(fēng)設(shè)備的選擇,首先要考慮通風(fēng)方式,要滿足所采用通風(fēng)方式的要求。同時(shí),在選擇設(shè)備時(shí),還要考慮到隧道內(nèi)所需風(fēng)量與以上計(jì)算風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)性能參數(shù)相匹配,以確保通風(fēng)機(jī)械設(shè)備達(dá)到最大的工作效率和減少能量浪費(fèi)。

3.3.1風(fēng)機(jī)的選擇

①在風(fēng)機(jī)的選擇上,由于軸流式風(fēng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、便于安裝和效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

②風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量應(yīng)滿足Qf的要求。

③風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓應(yīng)滿足hf的要求,

但不宜大于風(fēng)筒的允許工作壓力(風(fēng)筒出廠參數(shù))。

3.3.2風(fēng)筒的選擇

①隧道掘進(jìn)通風(fēng)使用的風(fēng)筒分無(wú)骨架柔性風(fēng)筒、帶剛性骨架的柔性風(fēng)筒和硬質(zhì)風(fēng)筒。

②風(fēng)筒的選擇考慮風(fēng)筒直徑與風(fēng)機(jī)的出口直徑相匹配。

③其它條件相差不多時(shí),易選擇百米風(fēng)阻小和百米漏風(fēng)率低的風(fēng)筒。

4、通風(fēng)效果

隧道通風(fēng)由于在工程實(shí)踐中加強(qiáng)了通風(fēng)管理,尤其在“防漏降阻”上采取了嚴(yán)防風(fēng)管接頭漏風(fēng)、局部破損部位及時(shí)粘補(bǔ)、管路安裝做到平、順、直等有效措施,使風(fēng)管百米漏風(fēng)率控制在設(shè)計(jì)的1.3%以下,加上風(fēng)管模型試驗(yàn)成果提供了依據(jù),最終確定采用單機(jī)單管壓入通風(fēng)方案。某隧道按此方案進(jìn)行通風(fēng)施工,取得了良好的施工效果,達(dá)到了預(yù)期的通風(fēng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李英,韓常領(lǐng).法國(guó)公路隧道通風(fēng)量計(jì)算方法.中外公路,2009.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。