龙泉山隧道施工通风方案设计

1.设计依据 (4)

2.编制原则 (4)

3.工程概况 (4)

3.1 工程地理位置 (4)

3.2工程范围和主要工程量 (5)

3.2.1工程范围 (5)

3.2.2主要工程量 (5)

3.3工程地质及不良地质 (6)

3.3.1工程地质 (6)

3.3.2不良地质 (6)

4.通风方式选择 (7)

5.选型计算 (7)

5.1计算参数 (7)

5.2风量计算 (8)

5.3通风设备选型计算 (10)

5.3.1轴流风机选型计算 (10)

5.3.2射流风机选型计算 (14)

6.通风设备配置 (15)

7．通风布置 (17)

7.1进口工区 (17)

7.2 1#、2#斜井工区 (21)

7.3 3#斜井工区 (23)

7.4 出口工区 (25)

8．施工通风管理 (26)

8.1管理机构设置及人员编制原则 (26)

8.2机构和人员 (26)

8.3管理制度与评价 (27)

9. 通风对施工的要求 (28)

10. 气体监测 (29)

10.1主要有害环境因素 (29)

10.2污染防治措施 (29)

10.3主要检测对象 (30)

10.4测对象、仪器和检测频率。 (31)

11.5气体检测和应急警报系统 (31)

11.6上报频率 (31)

龙泉山隧道施工通风方案设计说明

1.设计依据

（1）《龙泉山隧道工程地质说明》；

（2）《龙泉山隧道实施性施工组织设计》；

（3）《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）；

（4）《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）。

2.编制原则

（1）科学配置的原则

科学配置通风设施，风机型号，功率与风管直径必须配套，达到低风阻，满足低损耗高送风量要求。

（2）经济合理的原则

理论计算隧道内需风量，风量以满足国家标准为原则，达到既满足现场施工，又节约能源的目的。

（3）利用现有设施的原则

尽量利用现场现有的通风设备，既达到合理利用又满足施工通风的要求。

3.工程概况

3.1 工程地理位置

龙泉山隧道位于成都东~简阳南区间，属于新建成都至重庆铁路客运专线工程CYSG-1标段，其隧道进口位于成都市龙泉驿区，出口位于简阳市。龙泉山山脉系四川盆地西部成都平原和川中丘陵的地理界线，是岷江与沱江的分水岭，在四川盆地内部，山脉形成一条高高的、狭长的隆起，其西面是成都平原，东面是川中丘陵。龙泉山呈一条形山脉，高程480~985m，由北东~南西纵贯境内，为本区最高地形，丘陵和平原分别依附于两侧，地形起伏较大，相对高差

50~150m，自然坡度30°~50°，坡面植被发育。

3.2工程范围和主要工程量

3.2.1工程范围

龙泉山隧道全长7328m，为双线单洞铁路隧道，进口里程DK22+485，出口里程DK29+813。全隧位于直线上，设有平导一座和斜井三座，共计分为四个工区：进口工区，1#、2#斜井工区，3#斜井工区，出口工区。其具体线位平面图如图3-1所示。

图3-1 龙泉山隧道线位平面图

3.2.2主要工程量

四个工区的正洞施工工程量任务划分区段为：进口工区2515m （DK22+485~ DK25+000），1#、2#斜井工区1366m（DK25+000~ DK26+366），3#斜井工区1684m（DK26+366~ DK28+050），出口口工区1763m（DK28+050~ DK29+813）。具体工程量任务划分情况见表3-1。

表3-1 工程量任务划分表

3.3工程地质及不良地质

3.3.1工程地质

龙泉山隧道为高瓦斯隧道，其中DK23+210~ DK25+900为高瓦斯区段，其余为低瓦斯区段。

龙泉山隧道位于新华夏系第三沉降带四川盆地西缘的川西褶皱带中，主要构造体系为龙泉山褶皱带，发育褶皱有卧龙寺向斜和龙泉山大背斜；断层带有龙泉驿断层和尖尖山断层。隧道地质节理裂隙发育，主要以构造裂隙为主，浅部多为风化卸荷裂隙。根据岩性、地貌、构造因素分为5个富水带：龙泉驿断层富水带，卧龙寺向斜富水带，龙泉山大背斜强富水带，尖尖山断层强富水带及砂岩、泥岩接触带强富水带。隧道正常涌水量为15900m3/d，雨季最大涌水量为19080m3/d；地下水具有硫酸盐侵蚀性，主要等级H1~H2。同时存在松软土、膨胀土及石膏等不良地质。

3.3.2不良地质

龙泉山隧道不良地质为天然气和断层破碎带，对施工通风构成严重威胁的就是天然气，该隧道有2690m的高瓦斯地段，其经过地段的有害气体主要为天然气。

根据区域内气矿资料调查：龙泉山隧道所经过的侏罗系上、中统地层以及更深部的三叠系须家河组砂岩内储存有具一定开采价值的天然气体，区内无油层分布。测区内的天然气一般被上部后层泥岩所阻隔，但由于受龙泉驿断层及龙泉山大背斜影响，隧道洞身段

局部岩体节理裂隙发育、岩体破碎，天然气可能沿断层带及背斜核部溢出。据《成简快速通道》初勘及详勘阶段在龙泉山1#、2#隧道布置深孔，并已委托西南石油大学针对天然气进行专项测试，根据西南石油大学提供的《龙泉山1#、2#隧道浅层天然气检测研究报告》综合研究分析：龙泉山隧道位于龙泉山背斜含油气构造上，是油气运输的有利指向区和储集区，并且在石油钻探中已有显示，只是未达到工业开采要求。同时隧道穿越遂宁组地层，紧邻沙溪庙组地层，而沙溪庙组地层在洛带气田属油气产层。由于受构造影响，岩层节理发育，所以沙溪庙组中的油气很容易上移至遂宁组，加之其上覆有较厚的泥岩层作为盖层封闭，所以油气易储集而不易散发，危害性较大。综合判定龙泉山隧道为高瓦斯隧道，风险等级暂定为“极高”。

4.通风方式选择

（1）进口工区，有平导超前施工，采用有轨运输方式，前期只适合采用独头压入式通风，中期和后期可利用平导采用射流巷道式通风。

（2）1#、2#斜井工区，有平导超前施工，同时存在主、副斜井，采用有轨运输方式，前期只适合采用独头压入式通风，中期和后期可利用平导和斜井采用射流巷道式通风。

（3）3#斜井工区，单斜井与单正洞施工，采有无轨运输方式，只适合采用独头压入式通风，随着隧道深入加大送风量。

（4）出口工区，单正洞施工，采有无轨运输方式，只适合采用独头压入式通风，随着隧道深入加大送风量。

5.选型计算

5.1计算参数

风量和风阻计算需要一定的边界条件和相关参数，根据设计依据所提供的相关资料，对计算参数进行了整理，具体数据见表5-1。

表5-1 施工通风计算参数表

5.2风量计算

施工通风所需风量按洞内同时作业最多人数、洞内允许最小风速、一次性爆破所需要排除的炮烟量、内燃机械设备总功率和瓦斯涌出量分别计算，取其中最大值作为控制风量。

（1）按洞内同时作业最多人数计算

人

式中：q——作业面每一作业人员的通风量，取3m3/min·人；

n——作业面同时作业的最多人数，正洞100人、平导50人。

计算可知：正洞需风量为300 m3/min，平导需风量为150 m3/min。

（2）按洞内允许最小风速0.25m/s 计算

V S ?＝风Q

式中: ——S 隧道最大开挖断面积,正洞136 m 2、平导24 m 2；

——V 洞内允许最小风速0.25m/s 。

计算可知：正洞需风量为2040 m 3/min ，平导需风量为360

m 3/min 。

（3）按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算

()3208.7L F A t Q ?=

式中：A ——同时爆破炸药量，kg ；t ——通风时间，30min ；

L ——炮烟抛掷长度，250m ；F ——隧道断面积，m 2。

计算可知：正洞需风量为1595 m 3/min ，平导需风量为370

m 3/min 。正洞按照三台阶开挖考虑，平导按照全断面开挖考虑，一次性爆破炸药量均较少。

（4）按内燃机械设备总功率计算

q H Q ?=内

式中：H —内燃机械总功，kw ；

q —内燃机械单位功率供风量，4m 3/（min·kw）。

进口工区和1#、2#斜井工区为有轨运输工区，按计划只有开挖

面装碴设备可能是内燃机械，正洞为165kw 、平导为134kw 。计算可知：正洞需风量为660 m 3/min ，平导需风量为536 m 3/min 。

3#斜井工区和出口工区为无轨运输工区，除开挖面装碴

内燃机械外，洞内交通运输设备均为内燃机械，在送风距离最远的最不利通风条件下洞内按4台出碴车考虑，所以总功率为165kw+4×211kw=4036kw 。计算可知正洞开挖面需风量为4036 m 3/min 。

（5）按瓦斯涌出量计算

1B B A K Q -?=瓦斯式中：K —相关系数，取1—2；

A —瓦斯涌出量，取2.2 m 3

/min ；

0B —送风瓦斯浓度，取0.00%； 1B —隧道内允许瓦斯浓度，取0.5%。

计算可知正洞和平导需风量均为880 m 3/min 。

经计算可知，正洞有轨运输时开挖作业面所需控制风量

为2040m 3/min （按风速计算值最大），正洞无轨运输时开挖作业面所需控制风量为4036m 3/min （按内燃机械总功率计算值最大），平导开挖面所需控制风量为880m 3/min （按瓦斯涌出量计算值最大，平导均为有轨运输）。

5.3通风设备选型计算

5.3.1轴流风机选型计算

通风阻力因选择的风管直径和风机型号以及送风距离的不同会

有很大差距，需要指出的是，如果选择的风管直径过小，会导致通风阻力过大，不能满足送风需要；如果选择的风管直径过大，又会造成浪费，且不利于施工组织。

()()2

100

2521ln 11400f L Q d P ?---?=ββπλρ 5-1 式中：P —风管沿程阻力，Pa ；λ—摩阻系数，0.02；ρ—

空气密度，kg /m 3；d —风管直径，m ；β—风管平均百米漏风率，0.015；L —管路长度，m ；f Q —风机工作点风量，m 3/ s 。

下面我们只针对每个工区的实际情况，结合风机特性曲线和送

风长度对通风阻力进行模拟计算，同时也对风机风管进行选型匹配。风管阻力曲线计算公式见式5-1。

（1）进口工区

进口工区由于采用射流巷道式通风，根据施工组织进度计划可知，其正洞和平导送风管路最大长度不超过1000m，正洞开挖面需风量为2040 m3/min、平导开挖面需风量为880 m3/min，这也是风管出口风量，按照平均百米漏风率 1.5%计算可知：正洞需要风机提供风量为2373 m3/min、平导需要风机提供风量为1024 m3/min。通过反复计算可得出：正洞选用2×132kw轴流风机与Φ1.6m风管匹配比较合理；平导选用2×75kw轴流风机与Φ1.2m风管匹配比较合理。其模拟计算曲线图如图5-1和5-2所示。

图5-1 进口工区正洞模拟计算曲线图

图5-2 进口工区平导模拟计算曲线图

计算结果如下：

进口工区正洞：风机风量为2871 m3/min＞2373 m3/min，风机静压为3828Pa，风管出口风量为2469 m3/min＞2040

m3/min，风管风阻值为1.67Ns2/m8。

进口工区平导：风机风量为1524 m3/min＞1024 m3/min，风机静压为4496Pa，风管出口风量为1310 m3/min＞880 m3/min，风管风阻值为6.96Ns2/m8。

（2）1#、2#斜井工区

1#、2#斜井工区也采用射流巷道式通风，根据施工组织进度计划可知，其正洞和平导送风管路最大长度也不超过1000m。其风机风管匹配和计算结果与进口工区相同，这里不再赘述。

（3）3#斜井工区

3#斜井工区只采用独头压入式通风，根据施工组织进度计划可知，其正洞送风管路最大长度为2194m（斜井510m、正洞1684m），

正洞开挖面需风量为4036m3/min（风管出口风量），按照平均百米漏风率 1.5%计算可知：正洞需要风机提供风量为5628 m3/min，单台风机很难满足如此大的风量。通过计算得出正洞选用2×132kw轴流风机与Φ1.8m风管匹配比较合理，但是必须布置两台风机和两路风管方可满足风量要求。其模拟计算曲线图如图5-3所示。

图5-3 3#斜井工区正洞模拟计算曲线图

计算结果如下：

风管风阻值为1.69Ns2/m8，风机风量为

2×2866m3/min=5732m3/min＞5628 m3/min，风机静压为

3853Pa，风管出口风量为2055 m3/min×2=4110 m3/min＞4036 m3/min。

（4）出口工区

出口工区只采用独头压入式通风，根据施工组织进度计划可知，

其正洞送风管路最大长度为1763m，正洞开挖面需风量为4036m3/min（风管出口风量），按照平均百米漏风率 1.5%计算可知：正洞需要风机提供风量为5297 m3/min，单台风机也很难满足如此大的风量。通过计算可得出正洞也选用2×132kw 轴流风机与Φ1.8m风管匹配比较合理，同样也是必须布置两台风机和两路风管方可满足风量要求。其模拟计算曲线图如图5-4所示。

图5-4 出口工区正洞模拟计算曲线图

计算结果如下：

风管风阻值为1.45Ns2/m8，风机风量为

2×2946m3/min=5892m3/min＞5297 m3/min，风机静压为

3485Pa，风管出口风量为2257 m3/min×2=4514m3/min＞4036 m3/min。

5.3.2射流风机选型计算

射流风机工作风压f h的计算

射流风机产生的压力必须得以克服整个系统的阻力，即：

f s L h H H ≥+∑∑

式中：s H ——摩擦阻力；

L H ——局部阻力。

s av s R L

V H 82ρλ=

式中：λ——摩擦阻力系数；

ρ——隧道内的空气密度（kg/m 3）；

av V ——计算管段内气流平均速度（m/s ）；

L ——计算管段的长度（m ）；

s R ——计算管段断面的水力半径（m ），R s =4F/S 。

V H L ζρ=

式中：ζ——局部阻力系数；

V ——产生局部阻力前或后的空气流动平均速度（m/s ）；

j j j go g j

j f n k V V A A V H ??-?=)1)((2ρ

式中: f H ——射流风机压力，Pa ；

j V ——射流风机出口风速，m/s ；

j A ——射流风机出口断面积，m 2；

g A ——隧道断面积，m 2；

go V ——隧道内风速，m/s ；

j k ——增压系数,0.85；

j n ——射流风机台数。

经计算，进口工区和1#、2#斜井工区各需要两台SSF-№16型射

流风机（55kw ）。

6.通风设备配置

各工区因通风条件不同对通风设备要求的型号和数量也不同，其所需的通风设备建议参数和数量见表6-1和6-2。

表6-1 通风设备参数表

表6-2 通风设备数量表

7．通风布置

7.1进口工区

进口工区通风布置共分六个阶段：

第一阶段，在施工初期，只有正洞和平导两个开挖面，均采用独头压入式通风，正洞采用一台SDF（C）-№13型风机和Φ1.6mPVC风管送风，平导采用一台SDF（C）-№11.5型风机和Φ1.2mPVC风管送风。布置图如图7-1所示，正洞和平导均开挖进口至1#横通道，送风最长距离均小于500m，风机可以小功率运转。

图7-1 进口工区第一阶段通风布置图

第二阶段，平导超前开挖进入1#横通道，由1#横通道进入正洞增设一个开挖面，三个开挖面仍然全部采用独头压入式通风，两个正洞开挖面分别采用SDF（C）-№13型风机和Φ1.6mPVC风管送风，平导

仍然采用一台SDF（C）-№11.5型风机和Φ1.2mPVC风管送风，平导内需要挂设两路风管（风管布置图见图7-2）。通风布置图如图7-3所示，正洞两个开挖面分别开挖进口—1#横通道和1#—2#横通道（送风最大距离均小于500m），平导此时开挖1#—2#横通道之间（最大送风距离小于1000m），进入瓦斯地段，风机全功率运转。

图7-2 平导内风管布置断面图

图7-3 进口工区第二阶段通风布置图

第三阶段，正洞与平导之间的1#和2#横通道均已贯通，形成了

通风回路，又恢复为两个开挖面，开始采用射流巷道式通风。将1#横通道在正洞一侧采用风墙封闭，将为正洞开挖面送风的SDF(C)-№13型风机设置在1#横通道内，采用Φ1.6mPVC风管穿越风墙为正洞送风，为平导送风的SDF（C）-№11.5型风机设置在2#横通道附近靠洞口一侧，通过Φ1.2mPVC风管送风，在平导内1#横通道附近还需要设置一台SSF-№16型射流风机。风流的总体方向是平导进新鲜风，正洞排出污风，平导开挖面产生的污风通过2#横通道进入正洞，与正洞开挖面产生的污风一起沿着正洞排出洞外。其布置图如图7-4所示，正洞和平导均开挖2#—3#横通道之间，最大送风距离均小于1000m。

图7-4 进口工区第三阶段通风布置图

第四阶段，平导超前开挖进入3#横通道，由3#横通道进入正洞增设一个开挖面，再次变为三个开挖面同时通风状态，在保持第三阶段布置不变的基础上，在平导内的SDF（C）-№11.5型风机旁边增设一台SDF（C）-№13型风机（平导内风机布置图见图7-5），通过Φ1.6mPVC 风管为3#横通道内正洞开挖面送风，平导内需要挂设两路风管。布置图如图7-6所示，正洞两个开挖面分别开挖2#—3#横通道和3#—4#横通道，平导也开挖3#—4#横通道，送风距离均小于1000m。

图7-5 平导内风机布置断面图

图7-6 进口工区第四阶段通风布置图

第五阶段，正洞2#与3#横通道之间贯通，又恢复为两个开挖面，将2#横通道利用风墙封闭，将1#横通道内的风机移至2#横通道内为正洞送风，平导内的SDF（C）-№11.5型风机移至3#横通道靠洞口一侧为平导送风，平导内第四阶段增设的风机拆除，在平导内2#横通道附近增设一台SSF-№16型射流风机。当4#横通道贯通时，可根据通风效果决定轴流风机是否前移，如果前移必须将3#横通道封闭，不必增设射流风机。布置图如图7-7所示，正洞开挖3#—4#横通道