隧道施工通风专项设计

1.1通风设计依据

（1）《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）、《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）、《公路隧道通风设计细则》（JTG/T D70/2-02-2014）、《公路工程施工安全技术规程》（JTJ 076-95）等公路隧道现行有关规程、规范；

（2）《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）、《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）、《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）等铁路隧道现行有关规程、规范；

（3）《煤矿安全规程》（2011）、《防治煤与瓦斯突出规定》（2009）等煤矿现行有关规程、规范；

（4）《隧道安全施工技术手册》（傅鹤林 等 编著）、《现代隧道施工通风技术》（杨立新 等 编著）；

（5）《**公路**隧道地质详勘报告》、《****公路**隧道工程两阶段施工图设计》、《**公路**隧道C2标段**隧道施工组织设计》、《**省**公路C2标段**隧道瓦斯等级鉴定报告》。

1.2通风设计原则

（1）遵循公路隧道现行有关规程、规范，参考铁路隧道现行有关规程、规范。

（2）设计的隧道施工通风系统安全、稳定、可靠、经济，各用风地点风量配备应合理，风量、风速、瓦斯及其它有毒、有害气体浓度应符合要求。

（3）尽量采用双级或多级调速轴流式通风机，选取较大直径的通风管道。当需要风量大时，采用双级或多级运转，通风机以高转速运行；当需要风量较小时，采用单级运转，通风机可以较低转速运行。

（4）同一标段各工区配置的通风设备型号、规格不宜过多、过杂，射流风机数量亦不宜过多。

（5）根据隧道施工图设计，施工通风应根据隧道长度、断面大小、施工方法、施工设备配套等综合考虑。洞口至洞内第一个车行横通道段落采用独头压入式通风，洞内第一个车行横通道以后段落采用巷道式通风。选择通风机时，应充分考虑本隧道高海拔、高寒、空气稀薄、氧含量低等特点。

（6）坚持“以人为本、改善环境、确保安全、节约能源、节约投资”的设计原则。

1.3 通风设计标准

隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：

（1）空气中氧气含量：按体积计不得小于20%。

（2）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；每立方米空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg。

（3）有毒、有害气体最高容许浓度：一氧化碳最高容许浓度30mg/m3，高原地区海拔+2000～+3000m为20mg/m3，大于+3000m为15mg/m3；在特殊情况下，施工人员必须进入开挖掌子面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不得大于30min；二氧化碳按体积计不得大于0.5%；氮氧化合物（换算成NO2）为5mg/m3以下。

（4）隧道内气温不得高于28℃。

（5）隧道内噪声不得大于90dB。

（6）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4m3/min；采用内燃机械作业时，供风量不应小于4.5m3/(min·kW)。

（7）隧道施工通风风速：瓦斯工区最低风速不应小于0.5m/s，最高风速不应大于6m/s。

1.4 通风设计条件和参数

1.4.1 隧道施工条件和参数

（1）本标段隧道掘进深度：左洞4491m，右洞4496m。

（2）本标段隧道海拔标高：+3133m（K188+496）～+3181m（K184+000），平均+3150m。

（3）隧道开挖采用光面爆破技术，有效爆破深度取3.0m，单位体积岩石炸药用量取1.2kg/m3。

（4）隧道最大开挖断面积：Ⅲ级围岩81m2，Ⅳ级围岩99m2，Ⅴ级围岩120m2；台阶法开挖断面积：上台阶约72m2，下台阶（含仰拱）约48m2；隧道净空断面积：主洞66m2，车行横通道22m2。

（5）本标段隧道车行、人行横通道设置：设置5条车行横通道，间距590～720m；另设置7条人行横通道。

（6）隧道施工采用内燃机械作业，无轨运输出渣。自卸汽车隧道内设计标准车速为10km/h，具有5°左右的坡度或者出现路面不平整时，车速为5km/h。

1.4.2 通风设计条件和参数

（1）瓦斯：根据隧道瓦斯等级鉴定报告，左洞绝对瓦斯涌出量为0.994m3/min，绝对二氧化碳涌出量为1.187m3/min；右洞绝对瓦斯涌出量为1.039m3/min，绝对二氧化碳涌出量为1.224m3/min，**隧道瓦斯等级为高瓦斯。在构造带附近，由于地应力和高压气体的共同作用，隧道偶有岩石与二氧化碳（瓦斯）动力现象。

（2）反向风门：在瓦斯突出工区掌子面进风侧，必须设置至少2道反向风门，以控制突出时的瓦斯能沿回风道流入回风系统。

（3）排除炮烟通风时间：取30min。

（4）风筒及漏风率：压入式通风管选用PVC增强塑纤布拉链式Φ1.2～1.8m高强度、抗静电、阻燃柔性风筒，每节长度100m，模板台车至通风机处风筒每节20～30m，二衬台车至掌子面风筒每节10m，柔性风筒百米漏风率P100取1.0～2.0%之间。

（5）自然风压：隧道进、出风口标高相同，洞口与洞内最高点标高差约50m，参考矿井设计规范，自然风压可忽略不计。

（6）气象要素：根据施工方提供的资料，并经现场实测核实，本标段平均气压68810Pa，气温16℃，相对湿度60%。根据气象数据，通过下式计算隧道洞内空气平均密度：

式中：

ρ——隧道内空气平均密度，kg/m3；

P——大气压力，68810Pa；

t——温度，17℃。ρ==0.83kg/m3

2.1 通风形式

长距离隧道施工主要采用巷道式通风，巷道式通风分为主要通风机巷道式和射流巷道式，以上两种形式在本设计中均有体现。

隧道施工局部通风主要采用机械通风，按送风方式不同又可分为压入式、抽出式和混合式3种，其优缺点详见表2-1。

表2-1  几种管道式通风方案比较

根据隧道实际情况，综合考虑隧道布置形式、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，确定局部通风采用压入式通风方式，可使足够的新鲜空气被送至掌子面，实现快速掘进。

2.2 通风方案

根据隧道布置情况及施工方案，将隧道施工通风方案分为2个阶段：

（1）第一阶段：独头压入式通风

洞口至洞内第一个车行横通道（11#车行横通道）段落，采用独头压入式通风，在洞口外安设局部通风机，详见图2-1。

图2-1  施工通风第一阶段布置示意图（独头压入式通风）

（2）第二阶段：巷道式通风

洞内第一个车行横通道（11#车行横通道）以后段落，采用巷道式通风，在洞内安设主要通风机和局部通风机。

①方案一：主要通风机全压式通风

在洞内第一个车行横通道中安设主要通风机抽出式通风，促使左、右洞形成一定的风压差，由左洞进风，右洞回风，形成巷道式通风系统。新鲜风流由左洞引至车行横通道附近，在进风侧并联安设2台局部通风机分别接柔性风筒压入至左洞、右洞掌子面，主要通风机抽吸左洞风流，左洞污风经车行横通道引至右洞，右洞污风直接排出地表，主要通风机与局部通风机形成“又抽又压”的运行方式。车行横通道、人行横通道设置临时密闭，车行横通道密闭墙上设置2道风门，作为左、右洞安全逃生通道；左洞安设局部通风机与车行横通道之间设置临时密闭，密闭墙上设置2道反向风门，以控制风流方向；左、右洞弃渣由本洞排出。

根据隧道掘进深度，每贯通2个车行横通道移动一次通风机。第三个车行横通道（9#车行横通道）贯通后，主要通风机移动至第三个车行横通道中，左、右洞局部通风机均移动至相应位置，车行横通道、人行横通道设置临时密闭，第三个车行横通道密闭墙上设置2道风门，左洞相应位置设置临时密闭及2道反向风门，完成循环，以后循环以此类推。本设计方案详见图2-2。

图2-2  施工通风第二阶段布置示意图（主要通风机全压式通风）

②方案二：射流风机巷道式通风

在洞内安设射流风机，促使左、右洞形成一定的风压差，由左洞进风，右洞回风，形成巷道式通风系统。新鲜风流由左洞引至第一个车行横通道附近，在进风侧并联安设2台局部通风机接柔性风筒分别压入至左、右洞掌子面，左洞污风经车行横通道引至右洞，右洞污风直接排出地表。人行横通道设置临时密闭，车行横通道作为左、右洞安全逃生通道；左洞安设局部通风机与车行横通道之间设置临时密闭，密闭墙上设置2道反向风门，以控制风流方向；左、右洞弃渣均由右洞排出。

第三个车行横通道贯通后，增设射流风机，左、右洞局部通风机均移动至第三个车行横通道附近进风侧，除第三个车行横通道外，其余车行横通道、人行横通道设置临时密闭，左洞相应位置设置临时密闭及2道反向风门，完成循环，以后循环以此类推。本设计方案详见图2-3。

图2-3  施工通风第二阶段布置示意图（射流风机巷道式通风）

③方案三：右洞增加引风硐抽出式通风

右洞增加引风硐并安设主要通风机抽出式通风，促使左、右洞形成一定的风压差，由左洞进风，右洞回风，形成巷道式通风系统。新鲜风流由左洞引至第一个车行横通道附近，在进风侧并联安设2台局部通风机接柔性风筒分别压入至左、右洞掌子面，左洞污风经车行横通道引至右洞，右洞污风经引风硐排出地表。在引风硐安全出口设置2道风门，右洞洞口设置防爆门；人行横通道设置临时密闭，车行横通道作为左、右洞安全逃生通道；左洞安设局部通风机与车行横通道之间设置临时密闭，密闭墙上设置2道反向风门，以控制风流方向；左、右洞弃渣均由左洞排出。

第三个车行横通道贯通后，左、右洞局部通风机均移动至第三个车行横通道附近进风侧，除第三个车行横通道外，其余车行横通道、人行横通道设置临时密闭，左洞相应位置设置临时密闭及2道反向风门，完成循环，以后循环以此类推。本设计方案由于施工方要求不增加隧道工程量而淘汰。

2.3 通风方案比选

本设计主要考虑主要通风机全压式通风方案（方案一）和射流风机巷道式通风方案（方案二），进行安全性、可靠性和经济性比较：

（1）方案一：主要通风机全压式通风

优点：左、右洞弃渣由本洞排出，不易产生污染叠加效应；通风机运行稳定，可靠性较高；能耗低，经济性较好。

缺点：压入掌子面的风流含有内燃机废气，空气质量一般；设备安装复杂，工程量大。

（2）方案二：射流风机巷道式通风

优点：左、右洞弃渣均由右洞排出，压入掌子面的风流未经内燃机废气污染，空气质量较好；设备安装简单，工程量小。

缺点：右洞易产生污染叠加效应；通风机工况点风压变化大，运行稳定性较差；能耗高，经济性较差。

根据安全高效、运行可靠和经济合理的原则，对两个通风方案进行比选，结论为：方案一为推荐方案，方案二为比较方案。建议在施工通风较困难时，综合运用两种通风方案，以增强隧道施工通风效果。通风方案比选详见表2-3。

表2-3 通风方案比选

隧道施工通风需风量按爆破排烟、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、洞内同时工作的最多人数和稀释洞内使用内燃机废气分别计算，并按允许风速验算，选取其中的最大值。

本隧道工程位于高原地区，按上述各种方法计算需风量的相关参数需相应调整，并根据空气密度进行相关修正。

式中   ：

Kρ——空气密度校正系数；

ρz——海拔高度为z处空气密度，经实测气象数据计算，为0.83kg/m3；

ρ0——海拔高度为0处空气密度，取1.20kg/m3。