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高原高寒长距离隧道通风、增氧及降尘方案

1通风

1.1施工安排原则

（1）施工通风设计的基本方针是“以人为本、环境达标、安全至上”，保障长大隧道的施工环境满足要求。

（2）对于长大隧道通风设计应分阶段进行，节能降耗，动态调整。

（3）采用技术先进、高效实用、配套完善、匹配合理的机械装备，科学组织，充分发挥机械设备性能。

1.2高原高寒长大隧道通风难点

（1）隧道单头掘进距离长，洞内属有限空间作业，施工过程中产生扬尘及灰尘大，噪音大，作业环境复杂且恶劣，作业人员身心健康难以保证。

（2）高原氧气含量少，人员与机械作业降效严重。作业在0～4000米范围内，海拔每升高1000米，大气压降低10％，空气动力设备功效相对于平原指标下降10％～13％。压力损失造成设备功率损失加大，油耗增加，废气排放污染严重。

（3）长大隧道单洞掘进距离大，洞内含氧量比洞外低，威胁洞内施工人员身心健康，隧道通风需考虑增氧措施。

（4）随着海拔升高，温度下降，为保证洞内作业环境温度满足要求，隧道通风需考虑加热措施。

1.3隧道通风计算

根据新建川藏铁路项目特点及隧道施工组织设计，通风设计统计为压入式、风渠式及巷道式通风分别专项计算风量及风压。

（1）通风风量计算

供给每人的新鲜空气量按高原地区取值m=4m3/min计；正洞开挖爆破一次最大用药量A=140×3×0.8=336kg（按全断面循环进尺3m计算）；放炮后通风时间按t=30min计；风管百米漏风率β=1％，风管内摩擦阻力系数为λ，风筒直径D，空气密度ρ=1.2kg/m3。

通风量的计算主要是计算各种情况下所需的通风量，主要有洞内人员呼吸、爆破烟尘排出、稀释内燃机废气、允许最低风速、涌出瓦斯稀释五个方面，分别对五种情况计算，取其中最大者，并根据通风方式和长度考虑漏风增加值，确定风机配置参数。

1）按作业人员所需的通风量计算

公式：Q=K·m·q

式中：Q—通风量，m3/min；

m—同时在洞内工作的最多人数，按60人考虑（考虑管理、检查人员）；

q—每人所需的通风量，一般取值3m3/min，考虑高原空气稀薄，计算取值4m3/min；

K—风量备用系数，取1.2；

2）按允许最低风速计算供风量

公式：Q=V·A·60

式中：Q—最小风速通风量，m3/min；

v—允许最低风速，隧道施工规范规定，风速在全断面开挖时不小于0.15m/s，坑道内不小于0.25m/s，但均不应大于6m/s。本处按全断面取值0.15m/s；

A—开挖断面积，取值140㎡。

3）按稀释和排出内燃机废气计算供风量：

公式：Q=K·n·P

式中：Q—通风量，m3/min；

K—配风系数，取值0.8；

n—洞内同时工作内燃设备功率总和，kW；

P—每千瓦每分钟需提供空气量，按3m3/min（按铁路隧道施工规范取值）。

隧道洞内内燃动力机械主要有装载机、挖掘机、自卸车；其中侧卸式装载机最大功率158kw，计算功率142kw；洞内同时2台自卸车（满载车1台，空车1台），满载功率按206kw，计算功率185kw，空车计算功率按满载80%计，即148kw；挖掘机最大功率122kw，计算功率110kw，隧道机械功率统计见下表。

尾气排放顶峰为出渣施工阶段，施工机械为装载机2台+自卸车2台，计算总功率n=142+142+185+185=654kw。

隧道施工主要机械功率参数表

4）按爆破排烟需风量计算

公式：

式中：Q—通风量，m3/min；

G—一次爆破耗药量：336kg；

A—开挖断面积，取值140㎡；

L—通风排烟长度；L=k0×（15+G/5），安全系数k0取值1.2，L=98m，计算取值100m。

t—排烟时间30min。

根据《现代隧道施工通风技术》中关于高原隧道爆破散烟修正系数的界定，隧道爆破散烟根据海拔高程修正系数如下表：

爆破散烟所需通风量高程修正系数

5）按照瓦斯涌出量计算

公式：Q=QCH4×K/(Bg–Bg0)

式中：QCH4—瓦斯涌出量，施工中按照实际测试数据调整；

Bg—工作面瓦斯允许浓度，取1%；

Bg0—送入工作面空气中的瓦斯浓度，取0；

K—不均匀系数，取1.5。

通风量选上述5种计算中最大的作为通风设计的依据。

6）高海拔修正

高海拔地区的大气压力降低，故对总需风量进行修正，海拔高度与大气压力关系表如下表所示。

公式：

式中：Q高—高海拔地区需风量（m3/min）；

Q—正常条件下计算的需风量（m3/min）；

P高—高海拔地区大气压力（mmHg）

海拔高度与大气压力关系表

7）风机供风量的计算

采用青函隧道理论的近似计算，采用公式：Q供=Q需/（1-β）L/100

式中：Q供为风机供风量，单位m3/min；

Q需为管路末端需风量，单位m3/min；

L为管路长