某公路隧道通风风压计算与施工布置

银建伟 申铁军

山西路桥第三工程有限公司 山西路桥建设集团有限公司

摘 要： 为了进一步加强隧道标准化建设及规范隧道施工质量安全管理，针对隧道施工的不确定性和高风险性，加强施工信息化系统建设，实行围岩与支护结构监控量测、人员定位和安全管理以及施工质量管理的信息化，通过隧道通风风压计算选择最优施工方案可以及时有效地指导和控制施工，降低质量安全风险，并根据隧道通风风压变化，不断进行施工组织设计优化。

关键词： 隧道通风;风压计算;施工布置;

作者简介： 银建伟（1973—）,男,本科,工程师,从事公路桥梁质量检测工作。;*申铁军（1980—）,男,本科,高级工程师,从事公路工程研究。;

0 引言

隧道通风阻力包括摩擦阻力、局部阻力，为保证将所需风量送到工作面并达到规定的风速，通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h>h阻。H总阻=Σh局+Σh摩，摩擦阻力在风流的全部流程内存在如分支、拐弯、风流受到其他阻碍的部位。通过隧道通风风压计算使工序衔接，不论劳动力组织还是机具设备工期安排都有利于施工生产。风量计算从四个方面予以考虑，即按隧道要求最低风速计算得Q1；按隧道最多工作人员数计算得Q2；按排除爆破炮烟计算得Q3；按稀释内燃机废气计算得Q4。

1 隧道通风风压计算

1.1 计算参数

供给每人的新鲜空气量按m=4 m3/min计。

隧道施工通风最小风速按vmin=0.15 m/s。

隧道最小允许风速为0.15 m/s。

隧道内气温不超过28℃。

隧道最大开挖面积按S=107.6 m2计。

风管百米漏风率β=1%。

风管内摩擦阻力系数为λ=0.007 8。

风筒直径为D=1.5 m。

1.2 风压计算

1.3 风机功率计算

风机功率计算公式：W=QHK/60η=2 859×530×1.05/(60×η)/1 000=33.15 k W

式中，Q—风机供风量（m3/min);H—风机工作风压（Pa);η—风机工作效率；K—功率储备系数。

1.4 通风设备选择

风机应满足风量Q=2 859 m3/min，风压530 Pa，功率33.15 k W。

1.5 通风系统设备配置

依据上述计算，根据施工距离及出碴方式，考虑经济合理，计算出施工通风设备配备。见表1。

1.6 风机位置

按照隧道出口端地形，考虑到洞口形式为端墙式明洞，风机设置在距隧道洞口10 m处[1,2,3]，洞口段30 m通风管采用铝合金管，其他通风管采用软管，通风管直径1.5 m[4,5]。

2 隧道工程施工组织

全线隧道共2座，其中长隧道1座（范火泉隧道左线1 555 m，右线1 472 m），中隧道1座（核桃岩隧道左线850 m，右线760 m）。隧道队伍分为2家，隧道1队组织实施核桃岩隧道，由隧道出口进行双洞掘进；隧道2队由范火泉隧道进口组织双洞掘进[6,7,8]。配备挂布台车、开挖台车、二衬台车、养护台车、湿喷机、挖机、装载机、自卸车等机械设备，劳务人员高峰期达到170人，满足施工需求[9,10,11]。为确保工期，在范火泉隧道左侧500.0 m以外修建一座临时炸药库，由项目部专人看管。范火泉隧道：隧道左洞全长1 555.0 m，右洞全长1 472.0 m。核桃岩隧道：隧道左洞全长850.0 m，右洞全长760.0 m。两座隧道左洞全长2 405.0 m，右洞全长2 232 m，是该项目的控制性工程，也是难点工程，尤其是隧道施工的安全管控问题[12,13,14]。从监控量测、爆破开挖到支护衬砌，从现场施工班组人员到管理人员，施工安全管控点多面广。为保证隧道安全施工必须全方位、多层次、宽领域地做到宣传到位、交底到人、监督到人、落实到人[15,16]。见表2、表3。

表1 风机选型 下载原图

2.1 核桃岩隧道

隧道左洞全长850 m，右洞全长760 m。进入隧道地形崎岖复杂，地处国有林场及交口林业局范围内，须通过4.5 km的施工便道方可到达核桃岩隧道进口，场站、便道因林地问题无法先行建设，地质条件较复杂。

表2 隧道施工段落划分表 下载原图

表3 隧道管理人员配备表 下载原图

2.2 范火泉隧道

隧道左洞全长1 555 m，右洞全长1 472 m。进入隧道地形崎岖复杂，地处国有林场及交口林业局范围内，须通过14.6 km的施工便道方可到达范火泉隧道进口，场站、便道因林地问题无法先行建设。难度系数大，是项目的控制性工程。

2.3 施工组织

全线共20座桥梁，40道涵洞，地形起伏变化较大，沟壑纵横，进入施工现场需修筑15 km的主便道，与各结构物高差高达75～90 m。经实地勘测，弃土场、15座桥梁、16道涵洞需单独修建施工支便道，长度约为48.0 km。便道施工工程量大，工期影响大[17]。该项目弃方逾6 000 000 m3，工程量大，设计弃土场为8处，占用林地多，占地费用大，水保、环保要求高。经勘察，设计弃土场位置距主线较远，便道修建损毁林地多，多无法修建，已与建设单位沟通重新规划，并根据地形图结合现场实际继续优化，尽快确定方案，施工过程中严格有关弃土场的相关要求，把弃土场工作作为重要工作。

2.3.1 隧道施工主便道

(1）从项目起点（A匝道起点）大麦郊河道为主便道使用，长约7.5 km。从红回线岔路口至1号拌和站，由于周边村庄较多，村民的蔬菜菌菇大棚在便道左侧，因菌菇生长环境要求高，行车后灰尘污染严重，经多次洒水作用不明显，造成村民多次阻拦施工，为保证正常施工，计划在该段铺设15 cm厚C15混凝土硬化，路面宽6.5 m。

(2）从后山底村沿路线方向平行于路线纵向修筑，延伸至范火泉隧道进口至S321省道。新建主便道设计长度7.7 km，计划在该段铺设15 cm厚固废水泥混凝土基层，路面宽6.5 m。

(3）从S321省道通往范火泉隧道出口端新建主便道，长度2.2 km，计划在该段铺设15 cm厚固废水泥混凝土基层，宽6.5 m。

2.3.2 隧道施工支便道

根据设计图纸，桥梁及隧道支便道以主便道为基准，沿等高线延伸至各个结构物，因路线弯道多、半径小，考虑旋挖钻机、吊车、混凝土罐车、塔吊等大型设备进场及施工问题，需新建15条支便道，长度17.4 km，路面宽度6.5 m，结构层为20.0 cm厚固废水泥混凝土基层（高差较大的需进行混凝土硬化）。

2.3.3 其他便道

(1）涵洞支便道同样以主便道为基准，结合路基施工进度同步进行，设计图中设计的涵洞施工支便道，长度约9.4 km，修筑宽度6.5 m，结构层为20.0 cm厚固废水泥混凝土基层。

(2）弃土场支便道，根据送审稿图纸，原设计中的8处弃土场需新增修建施工支便道7.8 km。

3 结语

综上所述，通过计算掌子面工作风量不得小于2 859 m3/min，风机全压大于530 Pa，综合计算数据对比隧道施工风机的技术性能参数，选用SDF-Ⅲ-NO14轴流风机，通风管采用直径1.5 m，可满足通风要求，同时根据现场实际施工需要，隧道内可配置视频系统，实行隐蔽工程施工可视化监控管理。建立隐蔽工程施工过程照片和影像记录资料库以保证施工过程可溯可查。

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煤矿主通风系统风压监控

一、GF型风流压力传感器

GF型风流压力传感器,是一种专门用于监测煤矿井下巷道及瓦斯抽放管道负压的模拟量传感器，对于监测井下风压变化，确保矿井正常通风、配风及瓦斯抽放管路安全等方面有着重要作用，能就地数字显示风压或管道压力变化。

1、型号的组成及其代表意义

GF5F(A)型风流压力传感器

-5 kPa～0 kPa

2、技术指标：

1）工作电压：12 VDC～24 VDC(本安)；

2）工作电流：≤80 mA.DC；

3）测量范围：GF5F(A)型-5 kPa～0 kPa；

4）输出方式：200～1000 Hz；

5）信号最大传输距离2 km。

3、接线：

红色线——电源正极（电缆插头1号口）

蓝色线——电源和信号负极（电缆插头2号口）

白色线——恒流（或频率）输出（电缆插头3号口）

二、U 型压力传感器

1、使用说明：

使用时请将U形压力计垂直悬挂在固定的支座上,在U形玻璃管内注入工作液（水银或纯水） ,注入量为标尺刻度的1/2处,再用橡胶软胶管将被测气体接口与U形管的一个（或二个）管口连接。

2、注意事项：

在使用过程中还应注意必须同时读取两边玻璃管的液面高度，不允许只读取一边玻璃管的数值乘二的做法，这一点必须特 别注意。从下面的例子中可了解到同时读取两边玻璃管数值的重要性。如在一次测量中，使用10kPa的U型管压力计，无压力时两液面静止在5000Pa刻度上。当加上某一压力时，上液面上升至7800Pa，下液面为3000Pa，正确的压力值应为7800—3000=4800Pa，若采用单管读数乘2的做法，取上液面读数为准，则压力值为 （7800Pa-5000Pa）×2=5600Pa，误5600Pa-4800Pa= 800Pa取下液面读数为准，则压力值为 （5000Pa-3000Pa）×2=4000Pa,误4000Pa-4800Pa=800Pa。由此可见,用此U型管压力计来测量压力值,压力为4800Pa的压力时，若采用用单管读数乘2的方法将产生士800Pa的误差。当被测压力变化时，使用不同的U型管压力计，其附加误差也将随之变化。

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