CN108301859A - 一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统 - Google Patents

一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108301859A
CN108301859A CN201810248014.3A CN201810248014A CN108301859A CN 108301859 A CN108301859 A CN 108301859A CN 201810248014 A CN201810248014 A CN 201810248014A CN 108301859 A CN108301859 A CN 108301859A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cave depot
main
construction
main hole
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810248014.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王峰
王宇
罗飞宇
庞烈鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN201810248014.3A priority Critical patent/CN108301859A/zh
Publication of CN108301859A publication Critical patent/CN108301859A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F1/00Ventilation of mines or tunnels; Distribution of ventilating currents
    • E21F1/006Ventilation at the working face of galleries or tunnels
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F1/00Ventilation of mines or tunnels; Distribution of ventilating currents
    • E21F1/08Ventilation arrangements in connection with air ducts, e.g. arrangements for mounting ventilators
    • E21F1/085Ventilation arrangements in connection with air ducts, e.g. arrangements for mounting ventilators using compressed gas injectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Ventilation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种地下水封洞库工程的施工通风方法,通过及时施作洞库两端的工艺竖井与通风竖井与顶层相贯通,形成风流回路;采用全射流风机布置方式,充分利用洞库两端竖井形成“前牵后推”的推挽式通风;通过射流风机选型与通风设计;合理布置风机及附属通风设施;结合现场情况优化通风设计。本方法巧妙利用位于洞库两段的通风竖井和工艺竖井,采用基于全射风机的推挽式通风方式,通过洞库内部通风设施的合理布置,巧妙避开顶层贯通后带来的交错相通巷道等可能形成的风流窜流现象,达到将洞库内部工作面产生有害物质以最短路径排出洞库,避免施工环境内污浊气体滞留,在确保洞库内部环境安全舒适的情况下,达到通风成本最低化。

Description

一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统
技术领域
本发明属于地下洞室建筑设计施工技术领域,涉及一种大型地下洞室施工通风方法,特别涉及一种地下水封洞库群分层施工过程中施工通风方法及其系统。
背景技术
大型地下水封洞库或洞库群一般断面较大,其面积一般在400m2以上,是一般公路隧道的2-3倍左右,特大断面施工必然会伴随着大量的污浊有害气体、粉尘等有害物质的产生,且由于其超大断面的特性,施工方式常采用分层施工的办法,即将开挖施工分为顶层、中层、下层三层依次开挖。对于分层施工而言,其各层施工期间施工环境存在巨大差异,对通风效果、通风措施的要求、布置有较大的技术影响,对于大型地下水封洞库而言施工期间的施工通风问题是一个亟待解决的重大课题,其涉及现场作业人员的健康、施工的安全性以及施工效率的提高,必须根据其施工特征针对性地采取有效的施工通风措施。
对于大型地下水封洞库及洞库群中下层施工而言,由于这种大型地下水封洞库结构复杂,其通风方式主要参照现阶段隧道通风方式,即包含以风管及轴流风机将新风直接送至开挖工作面的独头压入式以及基于平行巷道式两大种方式,但是由于地下洞库与隧道无论是开挖断面积,还是隧洞布置形式上都具有明显的不同,故仍基于这两种通风方式具有明显的缺陷和局限性。
对于独头压入式通风而言,轴流风机通过风管直接对开挖工作面送入新风,并通过回流将污染物排出,大型水封洞库群中下层施工时,该方法面临三大问题,首先由于洞库顶层已开挖完成,洞库断面相对顶层扩大2倍乃至3倍,此时由于巨大空间带来的巨大需风量,需配置超大功率的轴流风机才能满足要求,这将大大增加施工通风成本;其次是洞库断面面积较大,独头压入式通风效果微弱,且由于巷道曲折交错及风管漏风等问题会造成大量的新鲜风流损失,并因洞库顶层已贯通,一方面极有可能大部分新鲜风流直接经顶层流出,而对洞库内污染源项,即开挖工作面施工环境影响较小,洞内通风效果较差,通风机械合理利用率低;最后由于顶层已贯通,经工作面开挖产生的污染物质污染了的新鲜风流极有可能在已经贯通顶层的洞库内部窜流造成二次污染。
因此,大型地下水封洞库或洞库群顶层施工时,如采用由轴流风机加风管直接将新风送往工作面的独头压入式通风,一旦进入二层及三层施工,由于主洞室顶层已贯通,洞库内无论是开挖面积还是空间布置形式相对顶层施工而言均具有较大变化,继续采用轴流风机加风管的独头压入式通风,其施工过程中的施工通风不能满足需要。
巷道式通风是采用射流风机为动力,利用施工巷道,再由安设在新风区的轴流风机通过风管将新风直接送到开挖工作面。在大型水封洞库群中下层施工时,采用巷道式通风,其将面临两大方面的问题,一方面是对于大型地下水封洞库由于多组洞库互相联通,巷道交相贯通等特点,若此时采用基于洞库内部已形成的风网的网络巷道式通风,对于单一洞库内部由经工作面排出的有害物质污染的污染风流可能随着贯通等通道流入相邻洞库,造成二次污染;另一方面是对于复杂洞室群而言一般出于工期考虑,多采用多个工作面并行施工的施工方式,此时若采用巷道式通风,增加洞库内部污浊气体途经排放距离,增加洞库内部通风阻力,从而增加施工通风成本,且此时若多个洞库间污染物产生积聚,则可能会间接增加洞库内部施工风险。
综上可见,大型地下水封洞库或洞库群由于断面大、分层开挖、主洞及多巷道互通等特点,其在施工过程中,采用传统的独头压入式或巷道式通风均不能满足需要,存在高成本、控制困难、通风效果差、二次污染等重大缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型地下水封洞库或洞库群推挽式施工通风方法及其系统,以解决大型地下水封洞库及洞库群施工过程中施工通风问题,解决该类型洞库顶层贯通后,中下层施工时施工通风过程中出现的施工通风效果差、通风工程能耗大成本高以及洞库内部可能出现二次污染等问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种地下大型水封洞库群推挽式施工通风方法,并通过以下技术方案实现:
大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,所述洞库包括主洞、施工主巷道和施工支巷道,主洞断面较大,在400m2以上,主洞开挖施工采用分层施工,将开挖施工分为顶层、中层、下层三层依次开挖,其特征在于:推挽式通风施工方法包括以下步骤:
(1)在开挖完顶层后,即完成主洞两端通风竖井和工艺竖井的开挖;或者,主洞顶层、主洞两端通风竖井和工艺竖井同时开挖完成;确保在主洞中、下层施工时通风竖井和工艺竖井与主洞顶层贯通,形成风流回路;
(2)在洞库内间隔布置射流风机,采用推挽式施工通风方式,以主洞一端的通风竖井为新鲜空气入口,而另一端的工艺竖井为污浊气体排出口,形成单向风流,以最短途径将施工产生的污染风流排出主洞室。
上述的推挽式施工通风方式与现有的巷道式及独头压入式不同,即摒弃轴流风机,通过在主洞内部布置射流风机,在主洞内部和通过工艺竖井连接的外界环境之间形成一定正压差,在工艺竖井口形成一定吸力,将携带有工作面施工产生的有害气体、烟尘等有害物质的污染风流,通过工艺竖井往外“拉出”,同时在主洞室内和通过通风竖井连接的外界形成之间一定负压差,从而在通风竖井口形成推力,新鲜空气通过通风竖井“推入”洞库内部,从而形成“前牵后推”的推挽形式,通过最短的路径将洞库内部污染风流排出洞库,确保洞内施工环境安全舒适;
上述洞库群由单通道主洞或多通道主洞群组成。
单通道主洞结构的通风竖井和工艺竖井设置于主洞两端;多套射流风机布置于主洞和施工主巷道顶面构成由通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风并经各洞、巷流动的最短排污风流途径。
多通道主洞结构通过各主洞之间的施工支巷道联通,其中施工支巷道即是由施工主巷道进入主洞间的连接通道,施工主巷道即外界进入主洞的主要交通通道,多通道主洞结构应确保各单通道主洞内能形成通风竖井进风,工艺竖井出风的独立风流回路,即有至少一组通风竖井和至少一组工艺竖井,通风竖井和工艺竖井设置于各主洞端部,其中两相邻单通道主洞可根据情况共用一通风竖井;多套射流风机布置于各主洞和施工主巷道顶面构成由通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风,各主洞间相互独立的单向最短排污风流途径。
在多通道主洞结构中,当联通各主洞的施工支巷道并行设置多条时,可通过在施工支巷道设置可开闭的风阀调节风流流向,形成通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风,各主洞间相互独立的单向最短排污风流途径。
(3)风机选型及布置射流风机,根据隧道施工通风设计需风量计算理论,计算各通风因素需风量,并以需风量计算结果最大值作为洞库开挖设计需风量,根据设计需风量计算相应风压,并以此为依据选配风机型号、配置风机数量;
根据洞库断面大、阻力小特点,选择风机应摒弃大功率,高能耗的轴流风机,并采用采用低能耗,小功率的射流风机,且风机应耐腐蚀、防潮。
根据隧道施工通风设计需风量计算理论,风机数量计算分为计算设计需风量,洞库内部通风阻力计算,风机数量确定三步:
设计需风量计算首先分别计算施工人员所需新鲜风量、洞库内部稀释内燃机器废气所需新鲜风量、洞库内部有效排尘所需风量以及洞库内部稀释爆破产生废气所需风量,最后取各需风量计算结果最大值即为设计需风量,其具体计算式如下:
Qr=vrm
Qs=Hs·qs·as+HD·qD·aD
Qv=vsoot·A
Qxue=max(Qv,Qs,Qb,Qr)
其中,Qr为洞库内施工人员需风量,vr为洞库内每人所需新鲜空气量,m洞库内同时工作的最多人数,Qb爆破排烟需风量,t通风排烟时间,G同时爆破炸药量(kg),A隧道开挖的断面积(m3),L0通风长度(m),Qs稀释内燃机作业产生废气的需风量,Hs装渣机类机械的总额定功率(kW),qs装渣机类每额定功率下的通风量[m3/(min·kw)],as装载机类的机械工作效率,HD汽车类机械的总额定功率,qD汽车类每额定功率下的通风量,aD汽车类的机械工作效率,Qv洞库内部排尘需风量,vsoot最小允许扬尘风速,Qxue洞库内部设计需风量。
洞库内部通风阻力计算,包括风流与壁面接触产生的沿程阻力、风流由于洞库内区段形态局部发生变化所产生的局部阻力:
其中风流与壁面接触产生的沿程阻力可按下式计算:
其中,hf风流在洞库内部与洞库壁面产生的沿程阻力,L洞库计算区段长度,d洞库断面水力直径,v洞库内部各区段设计风速,本实施例中即最小排尘风速,ρ洞库内部空气的容重,λ洞库壁面沿程阻力系数,其可根据各洞段内的水力直径d和洞段壁面粗糙度Δ计算得出,即
风流由于洞库内区段形态局部发生变化所产生的局部阻力可按下式计算:
其中,hx由于形态局部发生变化所产生的局部阻力,ξ洞库内部各不同情况下的局部阻力系数,其可由局部变化区域断面面积变化之比以及洞段局部转弯角度α,转弯半径R,断面水力直径d计算得出,其中当断面面积变化时当断面局部弯折时ξ=0.008α0.75/(R/d)0.8,其余符号与上面相同。
洞库内部射流风机数量计算按竖井贯通产生的自然风力方向可分为由于自然风力为阻力及其为动力两种不同情况:
当洞库内自然风力与排污方向相反时,即自然风力为阻力时,射流风机布置数量可按下式计算:
其中hf沿程阻力;hx由于形态局部发生变化所产生的局部阻力;ht气流由洞口压出具有的出口动能,即hm自然风力,可由竖井入口局部阻力系数ξe、沿程阻力系数λr、自然风作用引起风速vn(具体计算可参见《公路隧道通风设计细则》)等计算,即Pj射流风机升压力,可按射流风机出口风速vj、射流风机出口面积Aj、风机位置摩阻损失折减系数η等计算,即
当洞库内自然风力与排污方向相同时,即自然风力为动力时,射流风机布置数量可按下式计算:
其中,各符号意义同上。
(4)布置、安装射流风机及附属辅助设施,结合洞库内部施工环境及施工情况,以确保风机作用充分发挥、不损坏风机且确保洞内风流不窜流为原则选择射流风机布置位置、布置数量、开启情况,以及根据现场需要布置风阀等其他通风辅助设施;
风机及附属辅助设施布置布置主要包括三部分内容,即风机安装位置选择、风机在洞库内部分布设计及布置台数调节、其他通风辅助设施布置:
由于地下洞库内部环境复杂,选择风机安装位置时应以确保风机作用充分发挥、不损坏风机为原则,将风机布置于干燥较高位置处,避免潮湿空气、粉尘以及爆破封飞石影响风机效率甚至损坏风机;
风机在洞库内部分布设计及开启台数调节的原则为确保洞内风量满足要求、风机作用充分发挥、洞内风流不窜流为原则,在洞库内部距离通风竖井入口处风机集中布置,以形成较大负压,确保吸入的新鲜空气满足洞库内部风量要求,其他地方分散布置,以克服洞库内部阻力,确保洞内风速稳定、合理,同时在施工主巷道内布置的风机,风流方向应满足新鲜风流方向均为从施工支巷道流入主洞库内,各主洞风流互相独立,同时风机开启台数在进入下层施工时,由于断面增加将带来的洞库内部需风量的增加,此时可根据实际情况,多开启射流风机或增设射流风机;
所述的其他通风附属设施布置即风阀布置,其主要是当主洞室之间施工支巷道数目多于两个时,此时施工支巷道过多,多通道主洞间风网复杂,风流控制困难,故可把顶层施工留下的施工支巷道设置风阀进行封堵,防止由于复杂风网带来的污染物窜流现象,确保污染物不再洞库内部滞留,以最短路径排出主洞库内。
(5)在确保洞库内部环境安全舒适前提下,结合洞库实际情况,基于推挽式基本通风方式不变的情况下,根据现场施工条件减少通风竖井数量,即采用两个主洞共用一个通风竖井方案,并通过相应的通风巷道对各主洞进行供风。
对于大型水封洞库群多通道主洞情况时,当现场设置通风竖井困难时,可以减少通风竖井数量,基于推挽式基本通风方式不变的情况下,采用两个通风竖井共用一个通风竖井进行供风,其中通风竖井通过通风巷道与两主洞相联通,同时为了确保两个主洞库间风量分配合理,增设在通风竖井与主洞通风巷道连接处设置分流阀。
本发明还公开了通过上述施工方法构建的大型地下水封洞库群推挽式施工通风系统。
洞库群包括主洞、施工主巷道和施工支巷道,其中,所述主洞两端分别通过开挖布置有通风竖井和工艺竖井,各主洞、施工主巷道或/和施工支巷道顶面间隔设置射流风机形成通风竖井为新鲜空气入口、工艺竖井为污浊气体排出口、并流经各洞、巷的单向风流。
一种结构是洞库群为单通道主洞结构,主洞和施工主巷道顶面间隔设置射流风机形成通风竖井和施工主巷道为新鲜空气入口、工艺竖井为污浊气体排出口的经各洞、巷流动的最短排污风流途径。
另一种结构是洞库群为多通道主洞结构,多通道主洞结构通过各主洞之间的施工支巷道联通,其中施工支巷道即是由施工主巷道进入主洞间的连接通道,施工主巷道即外界进入主洞的主要交通通道,多通道主洞结构应确保各单通道主洞内能形成通风竖井进风,工艺竖井出风的独立风流回路,即有至少一组通风竖井和至少一组工艺竖井,通风竖井和工艺竖井设置于各主洞端部,其中两相邻单通道主洞共用一通风竖井;多套射流风机布置于各主洞和施工主巷道顶面构成由通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风,各主洞间相互独立的单向最短排污风流途径。
所述施工支巷道设置可开闭的风阀。通常风阀在联通各主洞的施工支巷道并行设置多与两条时设置,且一般设置于顶层施工时留下的施工支巷道。
在多通道主洞结构中,通风竖井人口处设置有向多主洞送风的通风巷道和分流阀。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
充分利用水封洞库大断面小阻力的特点,巧妙利用洞库两端的工艺竖井及通风竖井,摒弃大功率,高能耗的轴流风机,优选小功率、耐腐蚀射流风机,合理计算风机数量和布置位置,采用“前牵后推”的推挽式通风方式,污染风流直接经最短路径排出洞库,通风效果优于传统方法,洞库内环境良好,在确保洞内施工环境安全舒适的情况下,合理发挥洞库自身特点,使通风成本最低化;
通过在施工主巷道合理设置射流风机,巧妙避免由于顶层贯通形成等风网回路,通过竖井将污浊空气以最短路径排出洞外,有效防止污染风流在洞库内部滞留或者在不同洞库间窜流,防止二次污染的出现,为洞库群多工作面并行施工,提供安全舒适的施工环境,间接提高施工效率,节省工期;
根据现场情况,合理布置风机、风阀等通风设施,同时结合施工现场条件,合理设置通风竖井,以达到洞库内通风设施利用最大化,确保洞内频繁变化的施工条件下的施工通风环境最优化,成本最低化。
附图说明
图1是大型地下水封洞库分层施工横断面示意图;
图2至图4是大型地下水封洞库分层施工纵断面示意图;
图5是独头压入式施工通风示意图;
图6是巷道式施工通风示意图;
图7是大型水封洞库中层施工推挽式通风纵断面示意图;
图8是大型水封洞库中层施工推挽式通风水平面示意图;
图9是施工中层时竖井设置困难时大型水封洞库中层施工推挽式通风共用通风竖井通风系统平面示意图;
图10是大型水封洞库下层施工推挽式通风纵断面示意图;
图11是大型水封洞库下层施工推挽式通风水平面示意图;
图12是施工下层时竖井设置困难时大型水封洞库中层施工推挽式通风共用通风竖井通风系统平面示意图;
图13是爆破后洞库工作面前端15m处主要污染物CO随时间变化曲线示意图。
图中标记:1-主洞顶层,2-主洞中层,3-主洞下层,4-主洞,5-通风竖井,6-工艺竖井,7-射流风机,8-施工主巷道,9-施工支巷道,10-轴流风机,11-风管,12-封堵风阀,13-分流风阀,14-通风巷道,A-开挖工作面,B-污风,C-新鲜风。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述,实施例只用于对本发明进行进一步的说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。
结合附图。
如图7至图12所示,本实施例中,工艺竖井6及通风竖井5分别位于洞库主洞4两端端部,以洞库中层2及下层3施工过程为例进行说明,以通风竖井5作为新鲜空气入口,工艺竖井6作为洞内污浊气体出口。
地下大型水封洞库群施工推挽式施工通风方法,包括以下方法:
(1)在开挖完顶层1后,立即完成主洞4两端通风竖井5及工艺竖井6的开挖,或者是主洞4两端通风竖井5及工艺竖井6和主洞顶层1同时开挖完,确保在洞库中下层施工时竖井与洞库顶层贯通,形成风流回路;
(2)如图5所示,基于洞库顶层及竖井贯通的有利条件,摒弃大功率轴流风机,取而代之的是在主洞4内布置射流风机7,采用推挽式施工通风方式,以洞库一段的通风竖井5为新鲜空气入口,而另一段的工艺竖井6作为污浊气体排出口,形成最短风流回路;
(3)风机选型及布置射流风机,根据隧道施工通风设计需风量计算理论,计算各通风因素需风量,并以需风量计算结果最大值作为洞库开挖设计需风量,根据设计需风量计算相应风压,并以此为依据选配风机型号、配置风机数量;
(4)布置、安装射流风机及附属辅助设施,结合洞库内部施工环境及施工情况,以确保风机作用充分发挥、不损坏风机且确保洞内风流不窜流为原则选择射流风机布置位置、布置数量、开启情况,以及根据现场需要布置风阀等其他通风辅助设施;
(5)在确保洞库内部环境安全舒适前提下,结合洞库实际情况,基于推挽式基本通风方式不变的情况下,根据现场施工条件减少通风竖井数量,并通过相应的通风设施对各主洞进行供风。
如图7和图8所示,本实施例中,通风竖井5、工艺竖井6分设于主洞4两端,同时在洞库进入中下层施工时,开挖工作面A,分别位于中层2或者下层3时,确保两段竖井与主洞形成通路,在主洞4内形成风流回路。同时摒弃轴流风机,通过在主洞4内部间隔布置射流风机7,在主洞4内部与通过工艺竖井6连接的外界环境之间形成一定正压差,形成类似将携带有工作面施工产生的有害气体、烟尘等有害物质的污染风流,通过工艺竖井往外“拉出”的现象,同时在主洞4与通过通风竖井5连接的外界形成一定负压差,形成类似通风竖井5往洞库内部“推入”新鲜空气的形式,从而形成“前牵后推”的推挽形式,通过最短的路径将洞库内部污染风流排出洞库,确保洞内施工环境安全舒适;
本实施例中洞库断面较大分1、2、3三层施工,本次对于施工中层2及下层3时,其基本施工通风系统控制思想为:当施工2层时通风示意图如图7~图8所示,施工3层时通风示意图如图10~图11时,两主洞4为一组,两主洞通过施工支巷道9及施工主巷道8联通,通过在主洞4及施工主巷道8内设置一定量的射流风机组7,通过施工通风竖井5对工作面A施工进行提供新鲜风C,并通过工艺竖井6将由工作面A产生的污风B排出主洞库4内,同时施工下层3时,如图11所示,此时施工支巷道9数目若过多可设置风阀12对其通风进行控制,同时还可结合现场条件,施工中层2时采用如图9所示施工通风系统,施工下层3时,采用如图12所示通风系统,即两主洞4共用一个通风竖井5,同时设置其他通风巷道14及分流风阀13进行风量分布控制,具体后面讲分开详述。
本实施例中,风机选型时,选择风机时摒弃大功率,高能耗的轴流风机,并采用采用低能耗,小功率的射流风机,本实施例射流风机功率为2×11kw,由于地下水封洞库内空气中包含粉尘、爆破产生的硝烟,且由于水封特性,其空气一般潮湿,故风机采用耐腐蚀、防潮型风机。
根据隧道施工通风需风量设计理论,风机数量计算分为计算设计需风量,洞库内部风压计算,风机数量确定三步:
设计需风量计算首先分别计算施工人员所需新鲜风量、洞库内部稀释内燃机器废气所需新鲜风量、洞库内部有效排尘所需风量以及洞库内部稀释爆破产生废气所需风量,最后取各需风量计算结果最大值即为设计需风量,其具体计算式如下:
Qr=vrm
Qs=Hs·qs·as+HD·qD·aD
Qv=vsoot·A
Qxue=max(Qv,Qs,Qb,Qr)
其中,Qr为洞库内施工人员需风量,vr为洞库内每人所需新鲜空气量,m洞库内同时工作的最多人数,Qb爆破排烟需风量,t通风排烟时间,G同时爆破炸药量(kg),A隧道开挖的断面积(m3),L0通风长度(m),Qs稀释内燃机作业产生废气的需风量,Hs装渣机类机械的总额定功率(kW),qs装渣机类每额定功率下的通风量[m3/(min·kw)],as装载机类的机械工作效率,HD汽车类机械的总额定功率,qD汽车类每额定功率下的通风量,aD汽车类的机械工作效率,Qv洞库内部排尘需风量,vsoot最小允许扬尘风速,Qxue洞库内部设计需风量。
本实施例中,计算可得中层2及下层3施工设计需风量均为洞库内部排尘需风量Qv,即Qv=vsoot·A;
洞库内部通风阻力计算,包括风流与壁面接触产生的沿程阻力、风流由于洞库内区段形态局部发生变化所产生的局部阻力:
其中风流与壁面接触产生的沿程阻力可按下式计算:
其中,hf风流在洞库内部与洞库壁面产生的沿程阻力,L洞库计算区段长度,d洞库断面水力直径,v洞库内部各区段设计风速,本实施例中即最小排尘风速,ρ洞库内部空气的容重,λ洞库壁面沿程阻力系数,其可根据各洞段内的水力直径d和洞段壁面粗糙度Δ计算得出,即
风流由于洞库内区段形态局部发生变化所产生的局部阻力可按下式计算
其中,hx由于形态局部发生变化所产生的局部阻力,ξ洞库内部各不同情况下的局部阻力系数,其可由局部变化区域断面面积变化之比以及洞段局部转弯角度α,转弯半径R,断面水力直径d计算得出,其中当断面面积变化时当断面局部弯折时ξ=0.008α0.75/(R/d)0.8,其余符号与上面相同。
洞库内部射流风机数量计算按竖井贯通产生的自然风力方向可分为由于自然风力为阻力及其为动力两种不同情况:
其中根据实际情况,洞库内自然风力与排污方向相反时,即自然风力为阻力时,射流风机布置数量可按下式计算:
其中hf沿程阻力;hx由于形态局部发生变化所产生的局部阻力;ht气流由洞口压出具有的出口动能,即hm自然风力,可由竖井入口局部阻力系数ξe、沿程阻力系数λr、自然风作用引起风速vn(具体计算可参见《公路隧道通风设计细则》)等计算,即Pj射流风机升压力,可按射流风机出口风速vj、射流风机出口面积Aj、风机位置摩阻损失折减系数η等计算,即
根据实际情况,洞库内自然风力与排污方向相同时,即自然风力为动力时,射流风机布置数量可按下式计算:
其中,各符号意义同上。
本实施例中自然风方向与排污方向相同,故其风机计算采用进行计算,其中中层2施工时各主洞分别设置有5台射流风机,施工下层3时各主洞分别设置有6台射流风机。
本实施例中,射流风机7均布置于干燥较高位置处,并采用专用防尘风机,同时设置于较洞库内较干燥处,避免潮湿空气、粉尘以及爆破封飞石影响风机效率甚至损坏风机,同时洞库内部距离通风竖井入口处风机集中布置,以形成较大负压,确保吸入的新鲜空气满足洞库内部风量要求,其他地方分散布置,以克服洞库内部阻力,确保洞内风速稳定、合理,
本实施例中施工洞库中层时,在入口处布置了3组射流风机7,在其他位置分设了2组风机,同时如图9所示,在进入洞库下层3施工时由于断面增加将带来的洞库内部需风量的增加,本实施例在靠近通风竖井区域增设了1组射流风机7。
本实施例中,施工中层2时如图8所示,顶层施工完成后,两主洞4通过施工主巷道8及施工支巷道9互相联通,此时在施工主巷道80内设置四台的射流风机7,通过施工支巷道9往主洞4内补新鲜风C以避免形成风网,使工作面A施工产生的污风B,不在洞库内部窜流,通过工艺竖井6直接排出洞库内部,确保污染物不再洞库内部滞留,以最短路径排出主洞库内,同时当施工下层3时,如图11所示,基本通风方式不变,只是施工支巷道9数目超过两组,故为防止形成复杂风网,在顶层施工支巷道9内设置风阀12,以确保洞库内部施工环境安全可靠,便于洞库内部施工通风控制。
本实施例中,由于现场条件限制,通风竖井5设置困难,故施工中层2时如图9所示,施工下层3时如图12所示,采用两个主洞4通过单一通风竖井5进行供风,并通过通风巷道14将通风竖井5与主洞室4联通,分别两不同主洞室4进行供风,同时在通风竖井5及其与通风巷道14连接处设置分流阀13,确保各洞库风量合理分配。
现对本实施例所述推挽式通风方式与独头压入式进行对比,以说明本方案的巨大节能性及优越性。
所述的独头压入式通风方式,即如图5所示,通过轴流风机10、风管11直接将新鲜风C送达工作面A,并将污风B压出。
该洞库中层施工需风量3384m3/min,若采用独头压入式轴流风机选用SDF(B)-6-No17,功率为320kw,如采用推挽式则射流风机选用SDS(R)-No11.2,功率为22kw,施工工期按每层开挖5个月,则独头压入式及推挽式施工通风过程能耗对比如下表:
可见本发明的相对传统独头压入式能减小较大能源损耗,节省大量通风成本,具有明显优越性。
本实施例中在采用推挽式施工通风方式以后,由于工作面产生的污染物经最短路径直接排出洞库内,如图13所示,图中,横坐标是通风时间,单位:s(秒);纵坐标是CO浓度,单位:ppm;爆破后,洞库内部工作面A前端15m处施工区域主要污染CO浓度迅速降低,可见在6min即降至降至可进场施工安全浓度100ppm,相对于现阶段规范规定的15min提前近9min,同时在通风14min后迅速降至可长时间在洞内滞留的安全浓度24ppm,相对于规范规定的30min,提前近16min,可见施工通风效果明显,洞库内部环境在爆破后能在较短的时间内达到安全舒适。
本通风方法巧妙利用位于洞库两段的通风竖井和工艺竖井,采用基于全射风机的推挽式通风方式,通过洞库内部通风设施的合理布置,巧妙避开顶层贯通后带来的交错相通巷道等可能形成的风流窜流现象,达到将洞库内部工作面产生有害物质以最短路径排出洞库,避免施工环境内污浊气体滞留,在确保洞库内部环境安全舒适的情况下,达到通风成本最低化。

Claims (10)

1.一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,所述洞库包括主洞、施工主巷道或/和施工支巷道,主洞开挖施工采用分层施工,将主洞分为顶层、中层、下层三层依次开挖,其特征在于包括以下方法:
(1)在开挖完顶层后,即完成主洞两端通风竖井和工艺竖井的开挖;或者,主洞顶层、主洞两端通风竖井和工艺竖井同时开挖完成;确保在主洞中、下层施工时通风竖井和工艺竖井与主洞顶层贯通,形成风流回路;
(2)在洞库内间隔顺序布置射流风机,采用推挽式施工通风方式,以主洞一端的通风竖井为新鲜空气入口,另一端的工艺竖井为污浊气体排出口,形成单向最短风流,在通道内部进出口间形成前牵后推、一推一挽的推挽式通风方式。
2.根据权利要求1所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,其特征在于:所述洞库由单通道主洞构成,单通道主洞结构的通风竖井和工艺竖井设置于主洞两端;多套射流风机间隔顺序布置于主洞和施工主巷道顶面构成由通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风并经各洞、巷流动的最短排污风流途径。
3.根据权利要求1所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,其特征在于:所述洞库群由多通道主洞构成,多通道主洞结构通过各主洞之间的施工支巷道联通,施工支巷道还联通施工主巷道与主洞,施工主巷道是外界进入主洞的交通通道;多通道主洞结构应确保各主洞内能形成通风竖井进风,工艺竖井出风的独立风流回路,有至少一组通风竖井和至少一组工艺竖井,通风竖井和工艺竖井设置于各主洞端部,或,两相邻主洞共用一通风竖井;多套射流风机间隔顺序布置于各主洞和施工主巷道顶面构成由通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风,各主洞间相互独立的单向最短排污风流途径。
4.根据权利要求1或2或3所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,其特征在于:所述射流风机以隧道施工通风设计需风量计算理论为依据选配风机型号、配置风机数量;包括计算各通风因素需风量,并以需风量计算结果最大值作为洞库开挖设计需风量,根据设计需风量计算相应风压,获得风机型号和风机数量。
5.根据权利要求4所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,其特征在于:所述的各通风因素需风量包括施工人员所需新鲜风量、洞库内部稀释内燃机器废气所需新鲜风量、洞库内部有效排尘所需风量以及洞库内部稀释爆破产生废气所需风量。
6.根据权利要求3所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,其特征在于:在多通道主洞结构中,当联通各主洞的施工支巷道并行设置多条时,可通过在施工支巷道设置可开闭的风阀调节风流流向,形成通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风,各主洞间相互独立的单向最短排污风流途径。
7.根据权利要求3所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法,其特征在于:当两个主洞室共用一通风竖井时,应在主洞与通风竖井间设置通风巷道进行连接,同时应在通风竖井与主洞通风巷道连接处设置分流阀。
8.一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风系统,所述洞库群包括主洞、施工主巷道和施工支巷道,其特征在于:所述主洞两端分别通过开挖布置有通风竖井和工艺竖井,各主洞、施工主巷道顶面间隔顺序设置射流风机形成通风竖井为新鲜空气入口、工艺竖井为污浊气体排出口、并流经各洞、巷的相互独立的单向最短排污风流途径。
9.根据权利要求8所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风系统,其特征在于:所述洞库由单通道主洞构成,单通道主洞结构的通风竖井和工艺竖井设置于主洞两端;多套射流风机间隔顺序布置于主洞和施工主巷道顶面构成由通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风,并经各洞、巷流动的最短排污风流途径。
10.根据权利要求8所述的大型地下水封洞库群推挽式施工通风系统,其特征在于:所述洞库群由多通道主洞构成,多通道主洞结构通过各主洞之间的施工支巷道联通,施工支巷道还联通施工主巷道与主洞,施工主巷道是外界进入主洞的交通通道;多通道主洞结构应确保各主洞内能形成通风竖井进风,工艺竖井出风的独立风流回路,有至少一组通风竖井和至少一组工艺竖井,通风竖井和工艺竖井设置于各主洞端部,或,两相邻主洞共用一通风竖井;多套射流风机间隔顺序布置于各主洞和施工主巷道顶面构成由通风竖井和施工主巷道进风、工艺竖井出风,各主洞间相互独立的单向最短排污风流途径。
CN201810248014.3A 2018-03-23 2018-03-23 一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统 Pending CN108301859A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810248014.3A CN108301859A (zh) 2018-03-23 2018-03-23 一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810248014.3A CN108301859A (zh) 2018-03-23 2018-03-23 一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108301859A true CN108301859A (zh) 2018-07-20

Family

ID=62847337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810248014.3A Pending CN108301859A (zh) 2018-03-23 2018-03-23 一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108301859A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109083671A (zh) * 2018-08-09 2018-12-25 湖南科技大学 隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法
CN109595731A (zh) * 2018-10-15 2019-04-09 上海理工大学 地下人行通道的自动通风系统
CN111271781A (zh) * 2020-01-21 2020-06-12 中国人民解放军火箭军工程设计研究院 一种地下空间环境湿度及洁净度的控制系统
CN111550276A (zh) * 2020-05-23 2020-08-18 中电建十一局工程有限公司 一种水电站场内交通隧道群开挖施工通风除尘方法
CN114033468A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 中铁四局集团第五工程有限公司 一种多通道的隧道分段式通风方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000120399A (ja) * 1998-10-13 2000-04-25 Ebara Corp 長大トンネルの換気システム
KR20100015023A (ko) * 2008-08-04 2010-02-12 윤명술 유해물질의 자연배출 구조를 갖는 터널
CN102400701A (zh) * 2010-09-10 2012-04-04 上海同岩土木工程科技有限公司 公路隧道互通式纵向通风方式
CN104676814A (zh) * 2014-12-26 2015-06-03 中铁二局股份有限公司 一种地下大型洞库施工网络通风方法
CN205349398U (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 中铁十八局集团隧道工程有限公司 一种多斜井辅助施工的长大隧道洞内供风系统
CN105781603A (zh) * 2016-05-20 2016-07-20 浙江省交通规划设计研究院 一种竖井送排结合互补通风的双线隧道

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000120399A (ja) * 1998-10-13 2000-04-25 Ebara Corp 長大トンネルの換気システム
KR20100015023A (ko) * 2008-08-04 2010-02-12 윤명술 유해물질의 자연배출 구조를 갖는 터널
CN102400701A (zh) * 2010-09-10 2012-04-04 上海同岩土木工程科技有限公司 公路隧道互通式纵向通风方式
CN104676814A (zh) * 2014-12-26 2015-06-03 中铁二局股份有限公司 一种地下大型洞库施工网络通风方法
CN205349398U (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 中铁十八局集团隧道工程有限公司 一种多斜井辅助施工的长大隧道洞内供风系统
CN105781603A (zh) * 2016-05-20 2016-07-20 浙江省交通规划设计研究院 一种竖井送排结合互补通风的双线隧道

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘江: "地铁深埋长隧道排烟方案研究", 《制冷与空调》 *
张恒等: "大型储油洞库群通风网络模型优化及计算分析", 《现代隧道技术》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109083671A (zh) * 2018-08-09 2018-12-25 湖南科技大学 隧道闭式循环通风的净化后新风风量折减系数计算方法
CN109595731A (zh) * 2018-10-15 2019-04-09 上海理工大学 地下人行通道的自动通风系统
CN111271781A (zh) * 2020-01-21 2020-06-12 中国人民解放军火箭军工程设计研究院 一种地下空间环境湿度及洁净度的控制系统
CN111550276A (zh) * 2020-05-23 2020-08-18 中电建十一局工程有限公司 一种水电站场内交通隧道群开挖施工通风除尘方法
CN114033468A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 中铁四局集团第五工程有限公司 一种多通道的隧道分段式通风方法
CN114033468B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 中铁四局集团第五工程有限公司 一种多通道的隧道分段式通风方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108301859A (zh) 一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风方法及其系统
CN104405430B (zh) 一种单洞大断面特长隧道施工通风系统及通风方法
CN104314600B (zh) 三条平行隧道的施工通风方法
CN109139081B (zh) 一种高瓦斯特长隧道施工通风方法
CN105350996B (zh) 高原长隧道独头多巷道通风施工方法
CN101215973A (zh) 隧道施工射流巷道通风方法
CN101225746A (zh) 长大隧道巷道式通风技术
CN211230483U (zh) 一种中隔板风道式铁路双洞隧道
CN108561169B (zh) 城市地下互通立交隧道的组合式通风设计方法
CN105781603A (zh) 一种竖井送排结合互补通风的双线隧道
CN105240040A (zh) 斜井辅助双洞施工的通风方法
CN106930781A (zh) 一种瓦斯隧道通风方法及其结构
CN108343459A (zh) 一种可对双线隧道送排风的通风斜井
CN109707395B (zh) 具有上下层排烟道的双层盾构隧道及排烟道设置方法
CN112177657A (zh) 长距离隧道用分段式通风系统及其实施方法
CN108756989B (zh) 一种隧道通风系统及隧道通风方法
WO2021196707A1 (zh) 基于复杂洞室群施工的分阶段通风方法
CN213360154U (zh) 长距离隧道用分布式通风系统
CN107355249A (zh) 交通隧道、地铁或地下施工隧道的自然通风系统及方法
CN110318799B (zh) 一种大长隧道施工通风方法
CN208702445U (zh) 一种隧道通风系统
CN116378738A (zh) 一种利用蓄风仓超长距离通风的方法
CN103527236B (zh) 一种瓦斯隧道混合式通风方法
CN206001653U (zh) 一种城市建筑物的空气调节系统
CN211737181U (zh) 一种大型地下水封洞库群推挽式施工通风系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180720

RJ01 Rejection of invention patent application after publication