隧道施工通风计算

一、规范规定

《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）规定： ⑴空气中氧气含量，按体积计不得小于20％。

⑵粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10％以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg。

⑶瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于0.5％；总回风道风流中瓦斯浓度应小于0.75％；开挖面瓦斯浓度大于1.5％时，所有人员必须撤至安全地点。防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s。

⑷有害气体最高容许浓度：

①一氧化碳最高容许浓度为30mg/m；在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3；但工作时间不得大于30min。

②二氧化碳按体积计不得大于0.5％。 ③氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3。 ⑸隧道内气温不得高于28℃。 ⑹隧道内噪声不得大于90dB。

⑺隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人应供应新鲜空气3m3/min，采用内燃机械时，供风量不宜小于3m3/(min·kW)。

⑺隧道施工通风的风速，全断面开挖时不应小于0.15m/s，在分部开挖的坑道中不应小于0.25m/s。

⑼每100m平均漏风率不应大于2％。 二、通风方案的确定

隧道施工通风主要采用机械通风，其通风方式按风道类型一般分为巷道式和管道式两种，其中后者按送风方式不同又可分为压入式、吸出式和混合式三种。它们各有其优缺点（见表1）。

表1 几种管道式通风方案的比较

序号 通风 方式 布置形式 优点 缺点 3

1 压入式 能很快地排除工作面的污浊空气,拆装简单 污浊空气流经全洞 2 吸出式 工作面净化较快， 洞内空气较好 风机移动频繁，噪声大，管道漏风可造成循环污染 3 混合式 洞内空气好、净化快 噪声大，受空间 本工程隧道独头掘进长1230m，隧道断面面积为56m，采用钻爆法全断面开挖，无轨运输。 综合考虑隧道独头掘进长度、断面大小、开挖方法、出渣运输方式、设备条件等因素，通过分析比较，确定压入式通风较为适合无轨运输施工，可使足够的新鲜空气能很快被送至工作面，实现快速掘进。

三、风量计算

⑴按洞内同时工作的最多人数计算风量：

Qqmk

2q—每人每分钟呼吸所需新鲜空气量，取4.0m3/min；

m—洞内同时工作的最多人数，50人；

k—风量备用系数，取1.15。 计算得：Q=230m3/min ⑵按排出炮烟计算风量： 计算方法一：

Q5GbAl0t

G—同时爆破的炸药消耗量，GAlq，得100.2kg；

A—掘进面积,26m； l—循环进尺，4.0m；

2

q—单位耗炸药量，1.7kg/m；

3

b—炸药爆炸时有害气体生成量，取40 m/kg；

3

t—通风时间，取40min；

l0—炮眼抛掷长度，l015G/5 ,得50.36m。

计算得：Q=230m3/min 计算方法二：

22.253G(Al临界)bQ

tp2t—通风时间，取40min；

b—炸药爆炸时有害气体生成量，取40m/kg；

3

—淋水系数，取0.3； A—掘进面积,26m； l—循环进尺，4.0m；

2

q—单位耗炸药量，1.7kg/m；

G—同时爆破的炸药消耗量，GAlq，得100.2kg；

3

L—通风距离，1100m；

P100—百米漏风率，取2%；

P—漏风系数，P1，得P＝1.23

L1P100100k—紊流扩散系数，取风管口至工作面的距离等于风流的有效射程，

即s4A＝35m，风管直径d＝1.8m，

l临界—隧道爆破临界长度，l临界12.5s＝9.7，查表得k＝0.53； 2dGbk，得l临界＝788m。 2Ap计算得：Q=230m3/min ⑶按允许最低风速计算风量：

Q60VA

V—工作面最小风速，全断面开挖取0.15m/s，分部开挖取0.25m/s，瓦斯

隧道取1.0m/s；

A—掘进面积,26m。

2

计算得：Q=230m3/min

⑷按稀释和排除内燃机废气计算风量：

若采用有轨运输，施工设备均按电动设备配置，此项舍去。

若采用无轨运输，洞内内燃设备配置较多，废气排放量较大，供风量应足够将内燃设备所排放的废气全面稀释和排出，使有害气体降至允许浓度以下，计算可按下式计算：

QTiKNi

i1NK—功率通风计算系数,我国暂行规定为2.8～3.0m/min；

Ni—各台柴油机械设备的功率； Ti—利用率系数。

3

内燃设备配置表

机械名称 ZLC40装载机 15自卸汽车 砼罐车 TH178三臂台车 配置台数 工作台数 单机功率（kW） 内燃机利用系数Ti 1 6 3 1 1 5 2 1 140 150 85 116 0.50 0.45 0.50 0.10 计算得：Q=230m3/min

⑸按按瓦斯绝对涌出量计算所需风量（仅对瓦斯隧道）：

QQCH4K

nn0QCH4—瓦斯绝对涌出量2m3/min；

K—瓦斯涌出的不均衡系数，取1.6；

n—工作面允许的瓦斯浓度，取0.5%；

n0 —送入风流中的瓦斯浓度，取0。

计算得：Q=m/min ⑹计算结果取值：

以上计算结果取最大值QMax（230，149，785，123）＝7m3/min作为控制设计通风量。

考虑漏风因素：

据风管厂提供的技术指标，采用PVC增强塑纤布作风管材料，百米漏风率正常时可控制在2%以内。据此计算漏风系数：

P1

L1P1001003

L—通风距离，1100m；

P100—百米漏风率，取2%。

计算得：P＝1.23 则风机供风量应不小于：

QmaxQp＝1253m3/min

四、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。

⑴动压计算：

h动1v2 23

—空气密度，1.16kg/m；

v—末端管口风速，按控制设计通风量计算，vQ，得5.6m/s； A60系统动压：h动＝19Pa ⑵静压计算： ①沿程摩擦阻力：

h摩21Lv 2d—管道摩阻系数，0.025；

v—管道内平均风速，QmaxQ(d2460)，得12.78m/s；

d—风管直径，1.2m；

L—通风距离，1100m；

—空气密度，1.16kg/m；

Q—风量计算最大值，7m/min； Qmax—风机应提供最小风量，1253m/min。

3

3

3

计算得：h摩＝19Pa ②局部阻力： 无拐角情况：

h局0.1h摩＝1.9Pa

有拐角情况：

h局21v 2—系数，根据风管拐角角度查表，取1.3；

—空气密度，1.16kg/m；

3

v—管道内平均风速，QmaxQ(d2460)，得12.78m/s；

计算得：h局＝19Pa

系统静压：h静h摩h局＝20.9 Pa ⑶系统风压：

hh动h静＝30.9 Pa

通风管径越大，则系统阻力越小，根据全断面掘进时断面尺寸，施工机械和衬砌台车的尺寸，设计时按φ1.2m风管计算。

五、设备选型

设备选型关系到整个方案的成败，是通风系统运行好坏的基本保证。在立足现有、国产设备的基础上，我们采用了天津产88-1型轴流式风机，其功率为55KW×2，风量达1000m3/min，全压5000Pa。它具有空气流动性能好、效率高、节省

能量、噪音低、结构紧凑、安装方便等特点。风管则选用了天津通风设备厂生产的PVC增强塑纤布拉链式φ1.2m柔性风管。该风管具有较强的抗拉强度和较小的伸长率，接头方式新颖，使用方便，重量轻，易安装，破损较少，径向变形也小。另接头光滑、严密，能有效地减少漏风和系统阻力。

由上述计算结果可知，选用88-1型风机和φ1.2m柔性风管应该可以满足洞内通风的要求。