高原高寒長(zhǎng)距離隧道通風(fēng)、增氧及降塵方案

高原高寒長(zhǎng)距離隧道通風(fēng)、增氧及降塵方案1通風(fēng)1.1施工安排原則（1）施工通風(fēng)設(shè)計(jì)的基本方針是“以人為本、環(huán)境達(dá)標(biāo)、安全至上”，保障長(zhǎng)大隧道的施工環(huán)境滿足要求。（2）對(duì)于長(zhǎng)大隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)分階段進(jìn)行，節(jié)能降耗，動(dòng)態(tài)調(diào)整。（3）采用技術(shù)先進(jìn)、高效實(shí)用、配套完善、匹配合理的機(jī)械裝備，科學(xué)組織，充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備性能。1.2高原高寒長(zhǎng)大隧道通風(fēng)難點(diǎn)（1）隧道單頭掘進(jìn)距離長(zhǎng)，洞內(nèi)屬有限空間作業(yè)，施工過(guò)程中產(chǎn)生揚(yáng)塵及灰塵大，噪音大，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜且惡劣，作業(yè)人員身心健康難以保證。（2）高原氧氣含量少，人員與機(jī)械作業(yè)降效嚴(yán)重。作業(yè)在0～4000米范圍內(nèi)，海拔每升高1000米，大氣壓降低10％，空氣動(dòng)力設(shè)備功效相對(duì)于平原指標(biāo)下降10％～13％。壓力損失造成設(shè)備功率損失加大，油耗增加，廢氣排放污染嚴(yán)重。（3）長(zhǎng)大隧道單洞掘進(jìn)距離大，洞內(nèi)含氧量比洞外低，威脅洞內(nèi)施工人員身心健康，隧道通風(fēng)需考慮增氧措施。（4）隨著海拔升高，溫度下降，為保證洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境溫度滿足要求，隧道通風(fēng)需考慮加熱措施。1.3隧道通風(fēng)計(jì)算根據(jù)新建川藏鐵路項(xiàng)目特點(diǎn)及隧道施工組織設(shè)計(jì)，通風(fēng)設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)為壓入式、風(fēng)渠式及巷道式通風(fēng)分別專項(xiàng)計(jì)算風(fēng)量及風(fēng)壓。（1）通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算供給每人的新鮮空氣量按高原地區(qū)取值m=4m3/min計(jì)；正洞開挖爆破一次最大用藥量A=140×3×0.8=336kg（按全斷面循環(huán)進(jìn)尺3m計(jì)算）；放炮后通風(fēng)時(shí)間按t=30min計(jì)；風(fēng)管百米漏風(fēng)率β=1％，風(fēng)管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)為λ，風(fēng)筒直徑D，空氣密度ρ=1.2kg/m3。通風(fēng)量的計(jì)算主要是計(jì)算各種情況下所需的通風(fēng)量，主要有洞內(nèi)人員呼吸、爆破煙塵排出、稀釋內(nèi)燃機(jī)廢氣、允許最低風(fēng)速、涌出瓦斯稀釋五個(gè)方面，分別對(duì)五種情況計(jì)算，取其中最大者，并根據(jù)通風(fēng)方式和長(zhǎng)度考慮漏風(fēng)增加值，確定風(fēng)機(jī)配置參數(shù)。1）按作業(yè)人員所需的通風(fēng)量計(jì)算公式：Q=K·m·q式中：Q—通風(fēng)量，m3/min；m—同時(shí)在洞內(nèi)工作的最多人數(shù)，按60人考慮（考慮管理、檢查人員）；q—每人所需的通風(fēng)量，一般取值3m3/min，考慮高原空氣稀薄，計(jì)算取值4m3/min；K—風(fēng)量備用系數(shù)，取1.2；2）按允許最低風(fēng)速計(jì)算供風(fēng)量公式：Q=V·A·60式中：Q—最小風(fēng)速通風(fēng)量，m3/min；v—允許最低風(fēng)速，隧道施工規(guī)范規(guī)定，風(fēng)速在全斷面開挖時(shí)不小于0.15m/s，坑道內(nèi)不小于0.25m/s，但均不應(yīng)大于6m/s。本處按全斷面取值0.15m/s；A—開挖斷面積，取值140㎡。3）按稀釋和排出內(nèi)燃機(jī)廢氣計(jì)算供風(fēng)量：公式：Q=K·n·P式中：Q—通風(fēng)量，m3/min；K—配風(fēng)系數(shù)，取值0.8；n—洞內(nèi)同時(shí)工作內(nèi)燃設(shè)備功率總和，kW；P—每千瓦每分鐘需提供空氣量，按3m3/min（按鐵路隧道施工規(guī)范取值）。隧道洞內(nèi)內(nèi)燃動(dòng)力機(jī)械主要有裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸車；其中側(cè)卸式裝載機(jī)最大功率158kw，計(jì)算功率142kw；洞內(nèi)同時(shí)2臺(tái)自卸車（滿載車1臺(tái)，空車1臺(tái)），滿載功率按206kw，計(jì)算功率185kw，空車計(jì)算功率按滿載80%計(jì)，即148kw；挖掘機(jī)最大功率122kw，計(jì)算功率110kw，隧道機(jī)械功率統(tǒng)計(jì)見下表。尾氣排放頂峰為出渣施工階段，施工機(jī)械為裝載機(jī)2臺(tái)+自卸車2臺(tái)，計(jì)算總功率n=142+142+185+185=654kw。

隧道施工主要機(jī)械功率參數(shù)表4）按爆破排煙需風(fēng)量計(jì)算公式：式中：Q—通風(fēng)量，m3/min；G—一次爆破耗藥量：336kg；A—開挖斷面積，取值140㎡；L—通風(fēng)排煙長(zhǎng)度；L=k0×（15+G/5），安全系數(shù)k0取值1.2，L=98m，計(jì)算取值100m。t—排煙時(shí)間30min。根據(jù)《現(xiàn)代隧道施工通風(fēng)技術(shù)》中關(guān)于高原隧道爆破散煙修正系數(shù)的界定，隧道爆破散煙根據(jù)海拔高程修正系數(shù)如下表：爆破散煙所需通風(fēng)量高程修正系數(shù)5）按照瓦斯涌出量計(jì)算公式：Q=QCH4×K/(Bg–Bg0)式中：QCH4—瓦斯涌出量，施工中按照實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)調(diào)整；Bg—工作面瓦斯允許濃度，取1%；Bg0—送入工作面空氣中的瓦斯?jié)舛龋?；K—不均勻系數(shù)，取1.5。通風(fēng)量選上述5種計(jì)算中最大的作為通風(fēng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。6）高海拔修正高海拔地區(qū)的大氣壓力降低，故對(duì)總需風(fēng)量進(jìn)行修正，海拔高度與大氣壓力關(guān)系表如下表所示。公式：式中：Q高—高海拔地區(qū)需風(fēng)量（m3/min）；Q—正常條件下計(jì)算的需風(fēng)量（m3/min）；P高—高海拔地區(qū)大氣壓力（mmHg）海拔高度與大氣壓力關(guān)系表7）風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的計(jì)算采用青函隧道理論的近似計(jì)算，采用公式：Q供=Q需/（1-β）L/100式中：Q供為風(fēng)機(jī)供風(fēng)量，單位m3/min；Q需為管路末端需風(fēng)量，單位m3/min；L為管路長(zhǎng)度，即通風(fēng)長(zhǎng)度，單位m；β百米平均漏風(fēng)率平均值，取值1%；（2）通風(fēng)風(fēng)壓計(jì)算1）摩擦阻力計(jì)算公式為：P摩擦=6.5×α×L/D5×Q2式中：P摩擦—摩擦阻力；α—風(fēng)阻系數(shù)（摩擦阻力系數(shù)）；L—風(fēng)筒長(zhǎng)度，單位m；D—風(fēng)筒直徑，單位m；Q—風(fēng)管內(nèi)均風(fēng)量m3/s，Q=（Q需+Q供）/2。2）局部阻力考慮回風(fēng)影響，則局部通風(fēng)阻力為：P局部=0.2P摩擦則風(fēng)機(jī)需要克服通風(fēng)阻力為：P=P摩擦+P局部。當(dāng)隧道計(jì)算屬于高原隧道時(shí)，計(jì)算中需按海拔高度進(jìn)行修正。風(fēng)機(jī)在不同海拔上運(yùn)行時(shí)，其風(fēng)量是不變的，而風(fēng)壓隨著海拔高度的增加而降低。有以下公式：當(dāng)風(fēng)量相同時(shí)：P0=(Pb0×P)/Pb×(273+t)/(273+20)式中：P0—高原地區(qū)風(fēng)機(jī)實(shí)際產(chǎn)生壓力，Pa；Pb0—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力101325Pa；P—平原地區(qū)計(jì)算風(fēng)機(jī)壓力，Pa；t—環(huán)境溫度，℃；Pb=101325（1-0.02257*H）5.356其中：H為海拔高度，單位km。1.4通風(fēng)專項(xiàng)設(shè)計(jì)（1）壓入式通風(fēng)設(shè)計(jì)壓入式通風(fēng)選擇格聶山隧道出口進(jìn)行設(shè)計(jì)，主洞獨(dú)頭最長(zhǎng)掘進(jìn)長(zhǎng)度3700m，海拔3000m～3200m。壓入式的管路進(jìn)風(fēng)口設(shè)在洞外，出風(fēng)口設(shè)在掌子面附近，在風(fēng)機(jī)作用下，新鮮空氣從洞外經(jīng)管路送到掌子面，稀釋污染物，污濁空氣則由洞內(nèi)排至洞外，布置方式如圖所示：格聶山隧道出口通風(fēng)系統(tǒng)布置示意圖根據(jù)計(jì)算公式，海拔3500m，隧道按獨(dú)頭掘進(jìn)4000米計(jì)算，風(fēng)機(jī)所需最大風(fēng)量為3303m3/min，風(fēng)壓為8309Pa，參考風(fēng)機(jī)樣本資料，建議選用山西侯馬鑫豐康風(fēng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為SDF（p4）-№16/4×160kW。風(fēng)機(jī)參數(shù)見下表。選用風(fēng)機(jī)參數(shù)配置表風(fēng)機(jī)型號(hào)風(fēng)量(m3/min)風(fēng)壓(Pa)功率(kw）配套風(fēng)管直徑SDF（p4）-№162320-51001732-10204160*42000mm風(fēng)機(jī)性能曲線如下圖。SDF（p4）-№16風(fēng)機(jī)性能曲線圖風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖。SDF（p4）-№16風(fēng)機(jī)圖（2）風(fēng)渠式通風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)渠式通風(fēng)是利用隔板將橫洞洞身和部分段落的正洞分隔為上下兩個(gè)部分，上部為進(jìn)風(fēng)道，下部為出風(fēng)道兼交通運(yùn)輸通道。新風(fēng)由上部風(fēng)道進(jìn)入，再由送風(fēng)機(jī)通過(guò)管路轉(zhuǎn)送至各個(gè)開挖面，污風(fēng)由各個(gè)開挖面匯總到斜井井低附近由下部通道統(tǒng)一排到洞外。風(fēng)渠式通風(fēng)無(wú)需在斜井內(nèi)布設(shè)通風(fēng)管路，可有效縮短風(fēng)管送風(fēng)距離。風(fēng)渠式（無(wú)主扇式）通風(fēng)布置軸側(cè)圖1）雙作業(yè)面掘進(jìn)風(fēng)渠方案以格聶山隧道3號(hào)橫洞開挖為計(jì)算模型，按海拔3000m，隧道輔助坑道進(jìn)正洞后，正洞掘進(jìn)3000m進(jìn)行計(jì)算，主洞斷面面積140m2，如下圖。風(fēng)渠式通風(fēng)布置示意圖參照計(jì)算方式計(jì)算，正洞風(fēng)渠端頭軸流風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為3075m3/min，風(fēng)壓為5293Pa，參考樣本資料，建議風(fēng)機(jī)型號(hào)為SDF（p2）-№14/2×160kW。風(fēng)機(jī)參數(shù)見下表。選用風(fēng)機(jī)參數(shù)配置表風(fēng)機(jī)型號(hào)風(fēng)量(m3/min)風(fēng)壓(Pa)功率(kw）配套風(fēng)管直徑SDF（p2）-№141936-37721210-7544160*22000mm風(fēng)機(jī)性能曲線如下圖。SDF（p2）-№14風(fēng)機(jī)性能曲線圖風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖。SDF（p2）-№14風(fēng)機(jī)圖以平導(dǎo)開挖為計(jì)算模型，按海拔3000m，掘進(jìn)3000m進(jìn)行計(jì)算，平導(dǎo)斷面面積52m2，風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為2410m3/min，風(fēng)壓為3259pa，參考樣本資料，建議風(fēng)機(jī)型號(hào)為SDF（p2）-№12/2×90kw。風(fēng)機(jī)參數(shù)見下表。選用風(fēng)機(jī)參數(shù)配置表風(fēng)機(jī)型號(hào)風(fēng)量(m3/min)風(fēng)壓(Pa)功率(kw）配套風(fēng)管直徑SDF（p2）-№121721-3760710-415590*22000mmSDF（p2）-№12風(fēng)機(jī)性能曲線圖2）四作業(yè)面掘進(jìn)風(fēng)渠方案考慮橫洞進(jìn)入正洞后承擔(dān)正洞和平導(dǎo)四個(gè)作業(yè)面同時(shí)作業(yè)為計(jì)算模型，按海拔3000m，正洞單作業(yè)面掘進(jìn)3000m，主洞斷面面積140m2，平導(dǎo)斷面面積52m2，進(jìn)行計(jì)算，如下圖。風(fēng)渠式通風(fēng)布置示意圖參照公式計(jì)算結(jié)果可知，總共所需風(fēng)量為10970m3/min，考慮到4個(gè)工作面工序的不同時(shí)性?？紤]隧道機(jī)械化配置，實(shí)際施工情況，進(jìn)行施工系數(shù)選擇，選取ψ=0.6，則所需風(fēng)量值為6582m3/min，風(fēng)渠斷面通風(fēng)面積為16.3m2。采取射流風(fēng)機(jī)配合進(jìn)風(fēng)，需風(fēng)量6582m3/min=110m3/s，根據(jù)射流風(fēng)機(jī)參數(shù)表，下表進(jìn)行選擇2臺(tái)NO18—55kw射流風(fēng)機(jī)即能滿足通風(fēng)風(fēng)量要求。射流風(fēng)機(jī)參數(shù)配置表3）風(fēng)渠式通風(fēng)實(shí)施方法隔板必須具有一定剛度和強(qiáng)度的密封材料，連接縫要進(jìn)行密封處理，尤其是隔板與隧道的邊墻接縫。結(jié)合青藏鐵路關(guān)角隧道使用實(shí)例，隔板選材和施作分為兩種類型：PVC復(fù)合布（風(fēng)管布）和PVC板（吊頂用板材）隔板。PVC復(fù)合布（風(fēng)管布）隔板：風(fēng)管布采用熱合工藝粘接，防止泄露，墻根用107膠與粘子粉混合涂刷作密封。PVC板（吊頂用板材）隔板：PVC板為插接，用粘膠密封；墻根可用107膠與粘子粉混合或用玻璃膠密封。PVC復(fù)合布隔板示意圖PVC板隔板示意圖橫洞風(fēng)渠式通風(fēng)隨著隧道施工的進(jìn)展分階段和步驟實(shí)施。第一階段：在進(jìn)行橫洞洞身施工的前期，采用壓入式通風(fēng)，在橫洞洞口設(shè)置一臺(tái)送風(fēng)機(jī)，通過(guò)管路將洞外新鮮空氣送到橫洞開挖掌子面，其布置如下圖所示。該階段雖未利用隔板風(fēng)道，但需按計(jì)劃施作隔板。風(fēng)渠式通風(fēng)第一階段布置示意圖第二階段：在進(jìn)行橫洞洞身施工的中后期，開始部分采用隔板風(fēng)道通風(fēng)，進(jìn)行初步通風(fēng)方式轉(zhuǎn)換，將風(fēng)機(jī)設(shè)置在橫洞洞身內(nèi)與隔板上部風(fēng)道密封連接，從風(fēng)道內(nèi)吸取新鮮風(fēng)，再通過(guò)風(fēng)管將新鮮風(fēng)送到橫洞開挖面。其布置如下圖所示。隨著隧道開挖推進(jìn)，同步施作隔板。風(fēng)渠式通風(fēng)第二階段布置示意圖第三階段：斜井施工全部完成，開始進(jìn)入正洞施工時(shí)，需要增設(shè)開挖工作面，原有的一路通風(fēng)管已經(jīng)不能滿足施工要求，而此時(shí)隔板風(fēng)道還沒(méi)有施作完成，仍可以部分采用隔板風(fēng)道通風(fēng)，增設(shè)一臺(tái)風(fēng)機(jī)及一路風(fēng)管，風(fēng)機(jī)全部安設(shè)在橫洞隔板風(fēng)道末端通過(guò)管路為正洞開挖面送風(fēng)，布置如下圖所示。風(fēng)渠式通風(fēng)第三階段布置示意圖第四階段：在雙洞隧道四個(gè)開挖作業(yè)面均進(jìn)入正常的平行施工狀態(tài)，隔板風(fēng)道也已施作完成，能夠形成完整的隔板風(fēng)道通風(fēng)系統(tǒng)，完成通風(fēng)方式的整體轉(zhuǎn)換。布置圖如下圖所示。風(fēng)渠式通風(fēng)第四階段布置示意圖隔板上部風(fēng)道在橫洞洞口向洞外延伸一段距離，以防止發(fā)生的污風(fēng)循環(huán)，延伸長(zhǎng)度不小于橫洞當(dāng)量直徑的10倍；隔板上部風(fēng)道進(jìn)入正洞后繼續(xù)向兩個(gè)方向延伸一段距離，延伸長(zhǎng)度不小于正洞的10倍當(dāng)量直徑。承擔(dān)主洞施工長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，正洞內(nèi)設(shè)隔板向前延伸。（3）巷道式通風(fēng)設(shè)計(jì)根據(jù)格聶山隧道出口圍巖情況，參照新建川藏鐵路雅安至林芝段施工組織安排（可研階段）中關(guān)于隧道鉆爆法主要工效指標(biāo)的界定，正洞進(jìn)尺按150m/月計(jì)算，平導(dǎo)按180m/月計(jì)算。在正洞進(jìn)尺4500米、平導(dǎo)進(jìn)尺5400米前，正洞、平導(dǎo)各自在洞口外設(shè)置風(fēng)機(jī)獨(dú)自通風(fēng)，如“前期正洞平導(dǎo)各自獨(dú)立通風(fēng)圖”所示；在隧道主洞進(jìn)尺4500米后，平導(dǎo)貫通前，增加橫洞及射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)通風(fēng)，通風(fēng)設(shè)置如“平導(dǎo)與正洞并行施工射流巷道式通風(fēng)示意圖”所示；平導(dǎo)貫通后，通風(fēng)設(shè)計(jì)如“利用貫通平導(dǎo)隧道多工作面同時(shí)施工射流巷道式通風(fēng)示意圖”所示。1）獨(dú)頭掘進(jìn)較短時(shí)：平導(dǎo)與隧道均采用壓入式通風(fēng)，系統(tǒng)布置與單洞隧道獨(dú)頭掘進(jìn)的送風(fēng)方式相同。前期正洞平導(dǎo)各自獨(dú)立通風(fēng)圖2）平導(dǎo)與正洞并行施工通風(fēng)：平導(dǎo)與正洞工作面向前平行掘進(jìn)，平導(dǎo)超前并進(jìn)入正洞增開作業(yè)面，兩洞之間有橫通道連通。射流巷道式通風(fēng)利用射流風(fēng)機(jī)在平行的平導(dǎo)與隧道中形成主風(fēng)流，使新鮮空氣從橫洞進(jìn)入，并在流近暢通的橫通道時(shí)，利用三個(gè)管路將橫通道上游的新鮮空氣分別送到平導(dǎo)與正洞的兩個(gè)作業(yè)面，污濁空氣從掌子面流回橫通道，再由正洞排出。為加強(qiáng)橫洞通風(fēng)效果，在橫通道兩側(cè)分別設(shè)一臺(tái)30KW的射流風(fēng)機(jī)，利用射流風(fēng)機(jī)自身的吸卷升壓作用，誘導(dǎo)橫洞內(nèi)回流的污濁空氣進(jìn)入正洞，以達(dá)到加快通風(fēng)換氣的作用。進(jìn)風(fēng)口到暢通橫斷面區(qū)域均為新鮮空氣，從而有效減小風(fēng)機(jī)的輸送距離和輸送壓力。采用該通風(fēng)布局時(shí)，不用的橫通道要及時(shí)封閉，因施工需要不能封閉的要安設(shè)風(fēng)門（隔風(fēng)墻）；通風(fēng)管路的布設(shè)要做到平、直、順，特別是由進(jìn)風(fēng)洞經(jīng)橫通道進(jìn)入正洞的通風(fēng)管路，在橫通道轉(zhuǎn)彎處要做到順直，不轉(zhuǎn)死角；施工運(yùn)輸（無(wú)軌運(yùn)輸）時(shí)，車輛必須從排風(fēng)洞進(jìn)出。平導(dǎo)與正洞并行施工射流巷道式通風(fēng)示意圖利用貫通平導(dǎo)隧道多工作面同時(shí)施工射流巷道式通風(fēng)示意圖3）平導(dǎo)貫通后多作業(yè)面同時(shí)施工通風(fēng)：利用自然風(fēng)和射流風(fēng)機(jī)在貫通的平導(dǎo)內(nèi)形成足夠大的主風(fēng)流。送風(fēng)機(jī)集中放置于橫通道的上風(fēng)側(cè)，送風(fēng)管路通過(guò)各橫通道進(jìn)入不同的作業(yè)區(qū)，污濁空氣回流后再經(jīng)橫通道進(jìn)入平導(dǎo)主風(fēng)流中，順風(fēng)流排到洞外。本通風(fēng)方法具有管路延長(zhǎng)容易、風(fēng)機(jī)設(shè)置位置靈活、通風(fēng)斷面大且耗電少的特點(diǎn)。該通風(fēng)方式使用時(shí)，需注意射流風(fēng)機(jī)的引射方向要與自然風(fēng)方向一致，送風(fēng)機(jī)集中布置在橫通道的上風(fēng)側(cè)，無(wú)軌運(yùn)輸車輛由出風(fēng)口進(jìn)出。巷道式通風(fēng)利用平導(dǎo)與正洞的平行關(guān)系，可將風(fēng)機(jī)移動(dòng)裝置于洞內(nèi)，從而減小風(fēng)機(jī)送風(fēng)距離。因風(fēng)機(jī)前移，通風(fēng)距離遠(yuǎn)小于橫洞壓入式通風(fēng)，通風(fēng)機(jī)選型可參照風(fēng)渠式通風(fēng)風(fēng)機(jī)選擇，本方案不再單獨(dú)計(jì)算。1.5風(fēng)機(jī)安裝及風(fēng)管掛設(shè)（1）隔板安裝采用鋼隔板進(jìn)行井身分割。橫梁（60×60mm的方鋼）縱向間距2.5m設(shè)置，隔板用鉚釘固定在橫梁上，涂刷玻璃膠后用鉚釘固定連接。靠近邊墻的隔板向下彎折10cm，用4cm寬扁鐵和射釘釘在邊墻，隔板和邊墻之間用具有彈性的聚乙烯保溫板封填密實(shí)。為了避免洞內(nèi)出來(lái)的污風(fēng)不被重新吸入新鮮空氣通道，將隔板向洞外延伸30m。（2）風(fēng)機(jī)安裝為了保證壓入較好的新鮮空氣，壓入式通風(fēng)風(fēng)機(jī)安裝于洞外距洞約30m以外（洞口位于陡坡區(qū)域，安裝距離可根據(jù)地形適當(dāng)調(diào)整），為了使通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，通風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)深度不低于0.5米，采用混凝土澆筑，于基礎(chǔ)預(yù)埋6組0.2×0.3×0.016米鋼板，通風(fēng)機(jī)架用18號(hào)工字鋼焊接，高度不低于4米，先將通風(fēng)機(jī)架與預(yù)埋鋼板焊接牢固后，再將通風(fēng)機(jī)安裝在機(jī)架上面。為了防止通風(fēng)機(jī)和配電柜雨淋受潮及防止他人觸電發(fā)生意外，在風(fēng)機(jī)和配電柜上方搭蓋雨棚和護(hù)欄。（3）風(fēng)管的布置風(fēng)管選用專為高海拔、低溫、高紫外線環(huán)境研發(fā)的高原型塑膠涂覆布正壓風(fēng)筒，該風(fēng)管布具有外表光滑、阻力小、漏風(fēng)少等特點(diǎn)。橫洞風(fēng)管布置于隧道頂部，主洞風(fēng)管布設(shè)于隧道邊墻，采用雙吊環(huán)固定方式。作業(yè)時(shí)，先每隔20m打眼，安裝膨脹螺栓，然后布置ф8鋼絲，用緊線器張緊，風(fēng)管吊掛在拉線下。風(fēng)管懸吊要穩(wěn)固，高度一致，要求每10m撓度不大于100mm。風(fēng)管長(zhǎng)度一般20米/節(jié)，每個(gè)懸掛環(huán)距離500mm，要求逢環(huán)必掛。掛設(shè)風(fēng)管要平順直。通風(fēng)管中線高度與通風(fēng)機(jī)中心高度須處于同一軸線上，風(fēng)管套入風(fēng)機(jī)隨機(jī)附帶的接頭上并將緊固鋼帶用螺桿緊固。風(fēng)管掛點(diǎn)錨桿采用全站儀定位，確保穿線水平無(wú)偏位、高度一致。為避免掌子面爆破引起風(fēng)管損壞，風(fēng)管端頭距離掌子面20米左右；同時(shí)為了減少橫洞轉(zhuǎn)主洞風(fēng)管彎折引起較大風(fēng)損，風(fēng)管轉(zhuǎn)主洞時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑不小于3倍風(fēng)管直徑。風(fēng)管需穿越二襯臺(tái)車引入掌子面施工區(qū)域，在二襯臺(tái)車設(shè)計(jì)時(shí)盡量預(yù)留風(fēng)管通道，如對(duì)襯砌澆筑影響較大，可在臺(tái)車處適當(dāng)減小風(fēng)管管徑。降塵措施2特殊環(huán)境隧道通風(fēng)措施2.1高寒隧道通風(fēng)加熱設(shè)計(jì)（1）空氣加熱方式對(duì)于高寒地區(qū)隧道，由于圍巖原始溫度過(guò)低或大氣溫度過(guò)低，開挖、襯砌等正常施工條件改變，機(jī)械設(shè)備、人員作業(yè)環(huán)境改變，影響隧道施工質(zhì)量和安全。必須通過(guò)升溫措施控制作業(yè)環(huán)境溫度，以保障人員健康、設(shè)備按要求正常工作，冬季寒冷地區(qū)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度低于2℃時(shí)，需要對(duì)進(jìn)洞空氣進(jìn)行預(yù)熱。隧道通風(fēng)空氣加熱方式主要有巷道式通風(fēng)空氣加熱、送風(fēng)式通風(fēng)空氣加熱兩種方式。巷道式通風(fēng)空氣加熱方式需要在洞口安設(shè)空氣加熱器，對(duì)施工影響大，安全不易保證，一般采用較少。通風(fēng)機(jī)前預(yù)加熱布置方式如下圖所示，是把已預(yù)加熱好的空氣，由施工通風(fēng)主機(jī)吸入洞內(nèi)，有加熱風(fēng)機(jī)做動(dòng)力對(duì)主通風(fēng)機(jī)影響較小，整體通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，加熱效果好，實(shí)際中應(yīng)用較多。送風(fēng)式通風(fēng)預(yù)加熱方式示意圖（2）空氣加熱量計(jì)算洞外冷風(fēng)溫度的確定：隧道加熱風(fēng)流在斜井口時(shí)，空氣需加熱的洞外冷風(fēng)溫度采用歷年極端最低溫度的平均值，正洞洞口空氣需加熱的冷風(fēng)溫度采用歷年極度最低溫度平均值與采暖室外計(jì)算溫度二者的平均值?？偪諝饧訜崃堪ɑ炯訜崃亢透郊訜釗p失兩部分，其中附加熱損失包括熱風(fēng)道、通風(fēng)機(jī)殼等的熱損失?；炯訜崃考礊榧訜崂滹L(fēng)所需的熱量，在設(shè)計(jì)中，一般附加熱損失可不單獨(dú)計(jì)算，總加熱量可按基本加熱量乘以一個(gè)系數(shù)求得。

Q=αMcp(th-t1)

式中：Q—總加熱量(kw)；

M—隧道進(jìn)風(fēng)量(kg/s)；α—熱量損失附加系數(shù)，取1.05～1.15；th—冷、熱風(fēng)混合后空氣溫度(℃)，計(jì)算暫取0℃；t1—室外冷風(fēng)溫度(℃)；cp—空氣定壓比熱，Cp=1.005kJ/(kg.K)。風(fēng)流通過(guò)通風(fēng)機(jī)獲得動(dòng)能，有一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給風(fēng)流，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流溫度上升，熱力學(xué)公式為：MBcp（t2-t1）=KBNe

式中：MB—通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量(kg/s)；cp—c空氣定壓比熱，1.005kJ/(kg.K)；KB—通風(fēng)機(jī)放熱系數(shù)，可取0.555～0.7；Ne—通風(fēng)機(jī)額定功率(kw)；t1—通風(fēng)機(jī)進(jìn)口處風(fēng)溫度(℃)；t2—通風(fēng)機(jī)出口處風(fēng)溫度(℃)；按通風(fēng)計(jì)算海拔3000m，洞口進(jìn)洞500m范圍內(nèi)需對(duì)空氣進(jìn)行加熱，翻閱資料川藏線平均最低溫度-12.3℃考慮，參照4.1章節(jié)計(jì)算，高原修正后需風(fēng)量2400m3/min，則M=2400×1.29÷60=51.6（kg/s）。風(fēng)流通過(guò)通風(fēng)機(jī)后溫度為：51.6×1.005×{t2-（-12.3）}=0.7×640t2=-3.66（℃）需要加熱空氣的電熱機(jī)功率計(jì)算如下：Q=αMcp(th-t1)=1.1×51.6×1.005×{0-（-3.66）}=209(kw)（3）空氣加熱器選擇擬采用LJ-DR-220型風(fēng)道加熱器，是空氣加熱系統(tǒng)使用的新型加熱設(shè)備，該設(shè)備由風(fēng)機(jī)、風(fēng)道加熱器本體和溫度控制系統(tǒng)組成。發(fā)熱元件采用翅片式不銹鋼加熱管，0Cr27Al7MO2高溫電阻合金絲、結(jié)晶氧化鎂粉，經(jīng)壓縮工藝成型?？刂撇糠植捎脭?shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀自動(dòng)恒溫控制，PID智能調(diào)節(jié)。額定加熱功率：220kw，分為2組，每組又分為2路，共4路控制，每路55kw。4路加熱器可同時(shí)或獨(dú)立工作。送風(fēng)式通風(fēng)預(yù)加熱現(xiàn)場(chǎng)圖2.2高原低氧隧道增氧通風(fēng)設(shè)計(jì)（1）增氧控制的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)文獻(xiàn)表明在四級(jí)勞動(dòng)強(qiáng)度（隧道施工屬四級(jí)勞動(dòng)強(qiáng)度）條件下，海拔低于2800m時(shí)人體各項(xiàng)生理指標(biāo)較平原地區(qū)無(wú)明顯差異，人體勞動(dòng)能力不會(huì)受到大的影響，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的高原習(xí)服后，作業(yè)人員完全可以適應(yīng)此環(huán)境。因此，可將海拔高度2800m作為需要增氧的界限，即海拔超過(guò)2800m時(shí)就必須采用增氧通風(fēng)方案。通過(guò)對(duì)大氣氧含量、大氣壓力和密度等參數(shù)隨海拔高度的變化進(jìn)行計(jì)算，最后得出的增氧控制標(biāo)準(zhǔn)為：海拔超過(guò)2800m時(shí)就必須采用增氧通風(fēng)方案，增氧通風(fēng)保證人員作業(yè)環(huán)境內(nèi)氧含量不低于222.67g/m3（海拔2500m氧含量標(biāo)準(zhǔn)）。（2）增氧通風(fēng)方案目前主要的制氧方法有深冷法、變壓吸附法、化學(xué)法、水電解法、薄膜法等。通過(guò)比選各種方法和結(jié)合隧道工程的實(shí)際條件，適合隧道施工增氧通風(fēng)的，比較經(jīng)濟(jì)合理、效果好的為變壓吸附法。變壓吸附法制氧工藝如下圖所示。其制氧系統(tǒng)主要由過(guò)濾器、空壓機(jī)、吸附器和冷扣取組成。制氧過(guò)程為：自然狀況下的空氣先經(jīng)過(guò)濾器凈化，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)壓縮，再經(jīng)冷冷卻。最后進(jìn)入變壓吸附器將空氣中的氧氣和氮?dú)夥蛛x，氮?dú)馀懦绞彝?，高濃度的氧氣被送到供氧系統(tǒng)的儲(chǔ)氣罐內(nèi)儲(chǔ)存。變壓吸附法制氧工藝圖增氧通風(fēng)布置主要分為通風(fēng)管路供氧和專用管路供氧。這兩種方式的制、供氧設(shè)備均設(shè)置在洞外固定位置，主要區(qū)別是前一種屬集中式置換空氣增氧，后一種屬?gòu)浬⑹皆鲅?。川藏鐵路隧道占比高且多為長(zhǎng)大隧道，獨(dú)頭掘進(jìn)長(zhǎng)度大，通過(guò)對(duì)比，施工中建議采取通風(fēng)管路供氧方式。通風(fēng)管路供氧方式布置如下圖所示。制氧系統(tǒng)將成品氧氣輸送到供氧系統(tǒng)（氧氣儲(chǔ)罐）儲(chǔ)備，供氧系統(tǒng)有一條氧氣輸送管，上面安設(shè)流量計(jì)和減壓閥，可將高濃度氧氣定量輸送到風(fēng)機(jī)尾部進(jìn)風(fēng)口處被風(fēng)機(jī)吸入，再與同時(shí)吸入并與壓送到風(fēng)管內(nèi)的新風(fēng)充分混合，形成滿足含氧量控制指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)流，最后被送到開挖作業(yè)面。通風(fēng)管路供氧方式布置示意圖（3）增氧通風(fēng)設(shè)計(jì)及增氧設(shè)備配置對(duì)高原地區(qū)的隧洞內(nèi)的氧氣含量應(yīng)根據(jù)高原地區(qū)的具體情況考慮，應(yīng)該與低海拔地區(qū)的規(guī)定有所區(qū)別。從施工安全和勞動(dòng)保護(hù)方面考慮，規(guī)定應(yīng)不低于18%。等效海拔高度含氧量的計(jì)算公式：n=0.01464(h/100)2-3.5272*（h/100）+301.7（參照《現(xiàn)代隧道施工通風(fēng)技術(shù)》P169頁(yè)公式）式中：n-氧氣含量（g/m3）h-等效海拔高度，取值4000m計(jì)算得到海拔4000m時(shí)大氣含氧量為184g/m3。依據(jù)輸送氧氣質(zhì)量守恒：q0*N0+q1*N1=q*N式中：q0-新風(fēng)量（m3/s）；q1-供氧風(fēng)量（m3/s）；q-需風(fēng)量（m3/s），q=q0+q1；參照4.1章節(jié)計(jì)算，高原修正滿足洞內(nèi)同時(shí)作業(yè)人員需風(fēng)量497m3/min，即8.3m3/s；N0-新風(fēng)中含氧量（g/m3）；N1-供氧濃度（g/m3）；按濃度93%計(jì)算：1429*93%=1329g/m3；N-含氧量控制標(biāo)準(zhǔn)（g/m3），按海拔2500m含氧量計(jì)算，取值222.67g/m3；經(jīng)計(jì)算得計(jì)算，增氧風(fēng)量為：0.28m3/s。（4）其他供氧措施在高原隧道施工過(guò)程中，除增氧通風(fēng)外，也可采用其他供氧措施，主要有氧氣瓶（袋）、呼吸器和氧吧。1）氧氣瓶（袋）氧氣瓶（袋）為便攜式供氧設(shè)施，隧道內(nèi)外均需配置，也是日常施工生產(chǎn)中最常用的一種供氧設(shè)施。2）呼吸器呼吸器由背架和供氧器組成，充氣后總質(zhì)量2.5kg，可連續(xù)使用2-4小時(shí)，輕便靈活，對(duì)作業(yè)沒(méi)有影響。采用呼吸器可確保施工人員呼吸高純度氧氣，可顯著提高高原作業(yè)功效。3）氧吧在高原隧道施工中氧吧設(shè)置為移動(dòng)氧吧車較為實(shí)用，隨隧道掘進(jìn)同步遷移。一般每個(gè)氧吧長(zhǎng)2m、寬1.5m、高2m，氧吧內(nèi)裝有12個(gè)輸氧回路，配置有流量控制設(shè)備。另外相對(duì)設(shè)置10個(gè)座位，可同時(shí)供10人吸氧。3隧道除塵技術(shù)隧道內(nèi)除塵應(yīng)采用通風(fēng)防塵、噴霧降塵及專用降塵設(shè)備的綜合技術(shù)措施。（1）通風(fēng)防塵通風(fēng)防塵的作用是稀釋和排出洞內(nèi)空氣中的粉塵，為避免由風(fēng)管吹出的風(fēng)流在工作面形成渦流或直接吹向碴堆而增加空氣中粉塵含量，使風(fēng)管懸掛于隧道的一側(cè)，并使其軸線與隧道平行。（2）噴霧防塵于掌子面10m左右開挖洞壁上安裝高壓噴霧器，起爆前提前打開，形成噴霧，借噴霧降低爆破粉塵含量。放炮后出碴前，用水槍在掘進(jìn)工作面自里向外逐步洗刷隧道頂板及兩幫，在裝碴前及裝碴時(shí)，向碴堆灑水濕透，對(duì)干燥的石碴，其灑水量取4～8L/m3。（3）專用降塵設(shè)備防塵中鐵隧道股份有限公司新鄉(xiāng)機(jī)械制造分公司研發(fā)的ZS系列隧道除塵降溫設(shè)備是由行走系統(tǒng)、粉塵吸收系統(tǒng)（包括粉塵在線檢測(cè)儀、引風(fēng)機(jī)、廢氣吸收伸縮臂、廢氣凈化箱、循環(huán)水泵等)、照明和控制系統(tǒng)等組成。工作流程：粉塵自動(dòng)檢測(cè)—伸縮臂展開—啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)—循環(huán)噴淋泵啟動(dòng)—捕沫器—潔凈氣體—粉塵檢測(cè)合格—除塵降溫。性能特點(diǎn)：處理能力2000m3/min，15～20分鐘可將雙線隧道的粉塵量降至合格標(biāo)準(zhǔn)；可處理粉塵、噴漿漿霧及刺激性氮氧化物氣體，不受污染物干濕程度的影響，有效保障操作人員職業(yè)健康；在線檢測(cè)空氣中粉塵含量，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化運(yùn)行；環(huán)向風(fēng)幕封鎖粉塵等向外擴(kuò)散，改善隧道整體施工環(huán)境、提高施工效率；設(shè)備所需除塵介質(zhì)為水，循環(huán)利用周期長(zhǎng)，只需定期排污即可，使用成本低。隧道除塵降溫設(shè)備圖4智能自動(dòng)通風(fēng)、供氧、加熱監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)技術(shù)4.1自動(dòng)智能通風(fēng)技術(shù)風(fēng)機(jī)配備全自動(dòng)智能控制系統(tǒng)，良好的作業(yè)環(huán)境是隧道施工的根本保證，已有的風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是由自動(dòng)控制柜、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、傳感器等組成，其中傳感器布置在掌子面附近，掌子面施工放炮會(huì)損壞探頭，時(shí)間一長(zhǎng)便會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。傳感器通過(guò)光纖電纜與自動(dòng)控制柜連接，隨著掘進(jìn)長(zhǎng)度的增加，電纜長(zhǎng)度隨之增加，給使用方及施工方增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，另外光纖電纜信號(hào)傳輸弱，施工布置比較麻煩。鑫豐康風(fēng)機(jī)有限公司研發(fā)的通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，在原有自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種可根據(jù)洞口采集的風(fēng)速變頻控制、節(jié)約能源的風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括PLC、變頻器、觸摸屏、風(fēng)速傳感器和風(fēng)壓傳感器。PLC控制系統(tǒng)、變頻器、觸摸屏、風(fēng)速傳感器和風(fēng)壓傳感器之間采用導(dǎo)線連接，觸摸屏是PLC控制系統(tǒng)的操作界面，觸摸屏用于顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)量、風(fēng)壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。風(fēng)速傳感器和風(fēng)壓傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)導(dǎo)線信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)控制變頻器的頻率。風(fēng)量傳感器和風(fēng)壓傳感器安裝在通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處，用來(lái)檢測(cè)風(fēng)機(jī)本身的風(fēng)量、風(fēng)壓，并將數(shù)據(jù)直接顯示在觸摸屏上。在隧道入口區(qū)域安裝有風(fēng)速傳感器，檢測(cè)到的風(fēng)速轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號(hào)，輸入到西門子PLC控制系統(tǒng)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所需要的風(fēng)速和預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值，進(jìn)行PID計(jì)算，計(jì)算結(jié)果輸入到變頻器中，通過(guò)變頻器控制變頻的輸出頻率，從而達(dá)到控制通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證隧道回風(fēng)風(fēng)速一直是恒速量。設(shè)備安裝示意圖電氣原理圖4.2自動(dòng)智能供氧技術(shù)隧道供氧系統(tǒng)采用自動(dòng)供氧裝置，包括氧氣發(fā)生系統(tǒng)，用于產(chǎn)生氧氣并提供給當(dāng)前環(huán)境；檢測(cè)系統(tǒng)由氧氣濃度監(jiān)測(cè)儀及有線傳輸組成，用于檢測(cè)掌子面環(huán)境氧氣濃度值；控制系統(tǒng)用于將所述檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的當(dāng)前環(huán)境氧氣濃度值與預(yù)設(shè)的氧氣濃度值進(jìn)行比對(duì)，依據(jù)所述比對(duì)結(jié)果控制所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)開啟或關(guān)閉。上述自動(dòng)供氧裝置，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前環(huán)境氧氣濃度的檢測(cè)，并由控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷自動(dòng)控制所述氧氣發(fā)生系統(tǒng)的工作或關(guān)閉，極大地提升了特殊環(huán)境下的安全度，避免重大事故的發(fā)生，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能降效的效果。氧氣濃度監(jiān)測(cè)儀及有線傳輸示意圖制氧工藝流程圖變壓吸附法制氧集成設(shè)備（便捷集裝箱式）4.3自動(dòng)智能加熱技術(shù)隧道加熱裝置采用數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀自動(dòng)恒溫控制，PID智能調(diào)節(jié)。出口溫度傳感器主要用于加熱氣體溫度控制，在電加熱過(guò)程