总发隧道施工通风方案设计.docx

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总发隧道施工通风方案设计

总发隧道通风施工专项方案

1.设计依据

（1）本标段的招标文件及合同文件；

（2）《总发隧道设计图》及相关的隧参图等；

（3）本施工组织设计参照如下标准及规范：

《铁路隧道辅助坑道技术规范》〔铁建涵[1995]95号〕；

《铁路隧道工程施工安全技术规程》〔TB1034-2009〕；

《铁路隧道超前地质预报技术指南》〔铁建设【2008】105号〕；

《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》〔铁建设[2007]200号〕；

《铁路技术管理规程》铁道部2003第29号令；

《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设【2010】120号）；

《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）；

《铁路混凝工程施工技术指南》TZ210-2005；

《铁路隧道工程施工技术指南》TZ204-2008；

《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010；

《铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10417-2003；

（4）施工现场调查情况及相关参考资料等。

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工程概况

成昆铁路米攀段4标总发隧道，设计长度11973m，设置1座横洞及1座斜井。

其中1号横洞长1240m坡度为-0.9%，2号斜井长750m，坡度为8.9%，横洞及斜井设计为单车道，断面为5m（宽）×6m（高）。

施工组织进洞采取进口、1号横洞、2号斜井以及出口进洞施工，其中进口工区承担正洞3275m的施工，1号横洞工区承担3045m的正洞施工任务，2号斜井承担3100m的正洞施工任务，出口工区承担正洞2553m的施工任务。

隧道正常涌水量为30000m3/d，雨季最大涌水量36000m3/d。

该隧道通过段属放射性场所监督区～控制区，隧道内围岩可能存在放射性，同时由于区内地壳深部的岩浆活动及热动力变质作用强烈，矿物变质、富集可能伴生有毒有害气体。

基性岩以岩脉、岩株等形式呈不规则侵入，在花岗闪长岩与不明时期侵入岩接触地带出现放射性异常，围岩及地下水中可能存在高放射性，总发隧道所经地带地处扬子准台地西缘康滇地轴中段，跨泸定-米易台拱（Ⅲ级）之米易穹断束（Ⅳ级），预测地应力值仍较高，压应力主导方向为北西向。

可能形成高地应力，施工中易发生极软岩、断层破碎带、侵入岩接触带及节理密集带等软弱地带的围岩变形或硬质岩岩爆。

3.2工程地质、水文特征及气象条件

3.2.1地形地貌

隧区属构造剥蚀高中山地貌，地形起伏大，地面高程1140-1870m，地势总体左侧略高，相对高差200-700m，自然坡度15-55不等。

局部形成陡崖。

地表植被较发育，有灌木生长，部分为荒山，隧道进口坡面开垦为旱地，出口为公路挖方边坡。

该隧道进口仅有山间便道通达，交通不便，出口为214省道，交通便利，隧道洞身人烟稀少，交通不便。

3.2.2.水文地质

1）地表水

段内地表水不发育，多为季节性冲沟水，少部分沟槽常年有水，水量少，季节变化明显，旱季多干枯，雨季水量骤增。

地表水受大气降水补给，以蒸发及地下径流等形式由线路左侧向右侧总发沟槽排泄。

2）地下水

地下水主要为基岩裂隙水，赋存于花岗闪长岩及基性岩脉中，主要受大气降水补给，以网格裂隙水赋存，属弱富水至中等富水含水岩组。

花岗闪长岩地层岩体具球状风化特征，地下水具有分布不均匀，水量变化大的特点，一般在以花岗闪长岩为主的地段地下水分布相对均匀，水量变化不大，在节理密集，具球状风化及侵入岩接触带地段地下水含量激增，调绘季节为旱季，未见泉点露头。

3）水化学特征

根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010），区段内地表水，地下水水样进行分析，在环境作用类别为化学侵蚀环境、氯盐环境与盐类结晶破坏环境时，地表水、地下水对混凝土结构无侵蚀。

4）隧道涌水预测

（1）降水入渗法

根据各岩组地层出露位置、岩性、地质构造、节理裂隙发育情况，地貌形态及在本水文地质单元中的径流条件，参考仁和幅1:

20万区域水文地质普查资料。

预测涌水量约为28700m3

（2）地下水动力学法

根据《铁路工程水文地质勘察规程》（TB10049-2004）的规定，结合本隧道的勘察现状，水文地质条件及所搜集的《区域水文地质晋查报告》（仁和幅）。

本隧道涌水量29708m3。

综合分析，预测隧道正常涌水量约为30000m3/d，雨季最大涌水量按1.2倍考虑，则预测隧道最大涌水量为36000m3/d。

3.2.3.地质构造

隧区地处扬子淮台地西缘康滇地轴中段，构造以南北向和北北东向断裂构造为主，褶皱构造次之，且具有明显的继承性和多期活动性特点。

隧道洞身岩性单一，未见构造痕迹。

花岗闪长岩节理裂缝较发育，主要节理产状有：

N30E/90、N30E/54NW、N12W/36NE、65E/55SE、N45W/66SW、N30W/63SW等。

3.2.4.地震参数

根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001）及四川赛斯特科技责任有限公司《成昆线攀枝花-米易铁路区域性地震区划报告》（2011年8月），隧区地震动峰值加速度为0.01g，地震动反应谱特征周期为0.45s。

3.2.5.不良地质及特殊性岩土

隧区内不良地质为有害气体、放射性及高地应力，无特殊岩土

1）有害气体

隧区内地壳深部的岩浆活动及热动力变质作用强烈，矿物变质、富集可能伴生有毒气体。

2）高放射性

隧区内广泛分布有晋宁期花岗闪长岩，以及不明时期辉绿岩以岩脉、岩株等形式呈现不规则穿插侵入，具1/20万永仁幅区域矿产报告，在花岗闪长岩，与不明时期侵入岩接触地带出现放射性异常；围岩及地下水中可能存在高放射性。

根据《铁路工程不良地质勘察规程》（TB10027-2012）第13.5.3条，通过本隧道深孔放射性测井，测试与分析，在正常公众停留时间（每年2080小时），地层环境γ辐射照射对公众产生的年有效当量He：

2.69-4.61SV，整座隧道内属放射性场所非限制区，在长久公众停留时间（每年8760小时），地层环境γ辐射照射对公众产生的年有效当量He：

11.33-19.42SV，其中在D2K595+689-D2K598+510，DK598+510-DK604+000段为放射性控制区，在DK604+000-DK607+645里程段为放射性监督区

3）高地应力

隧道通过地层以晋宁期花岗闪长岩为主，岩石单轴天然饱和抗压强度为30.6-95.2MPa，标准值为49.33MPa，为硬质岩，该隧道最大埋深达570m，在高地应力状态下，隧道埋深大于400m段（D2K597+610-D2K598+500DK598+500-DK600+210及DK602+880-DK602+980）硬质岩在开挖过程中可能产生岩爆。

4）地温

据定测阶段深孔孔内地温测量，实测隧道洞身范围内地温为19.7-20.1℃，低于28℃，地温梯度1.40-1.98℃/100米，属于正常地温区地温梯度（不大于3℃/100m），由此分析隧道不存在高地温热害。

3.2.6.气象

本段线路均走行在攀枝花境内，属南亚热带—北温带的多种气候类型，被称为“南亚热带为基带的立体气候”，具有夏季长、四季不明显，干、雨季分明，昼夜温差大、气候干燥、降雨量集中、日照多（全年2300至2700小时），太阳辐射强（578至628千焦／平方厘米），蒸发量大、小气候复杂多样等特点。

年平均气温20.9℃，是四川省内年平均气温和总热量最高的地区，一般最热月出现在5月，最冷月出现在12月。

6月上旬至10月为雨季，11月至翌年5月为干季，无霜期300天以上。

4通风方案

总发隧道通风方案按施工组织，分别以进口、出口、横洞、斜井分别进行设计。

4.1总发隧道进口通风方案

洞口海拔为1100m，最低气温为0℃；正洞断面为11m（高）×13m（宽），开挖断面按130㎡计算，长度为3275m；独头掘进，采用人工手风钻钻爆法施工，全断面开挖；出渣时掌子面配备2台装载机，装载机功率按每台160kw计算，2台自卸车，自卸车按照180kw计算，另有一台挖掘机，挖掘机功率按照135kw计算，在装载机工作时挖机功率不计入，则掌子面最恶劣条件下的柴油机功率为160×2+180×2=680kw，施工人数按照130人计算。

进口段计算参数见下表：

（1）、风量计算

隧道通风量，按照隧道内柴油机最大功率、同时工作的最多人数、斜井瓦斯绝对涌出量、允许最小风速等条件逐个进行检验，采用其中的最大值。

1）按洞内最小回风风速计算：

Q1=60VS

式中：

V—针对该项目断面较大的特点，如需保证洞内稳定风流之最小风速，要求隧道回风速度最低值需大于0.30m/s，此处取0.3m/s；

S—断面积,按照最大断面130㎡带入计算，如直接按掌子面回风速度为0.3m/s时，则掌子面风量Q1=V*S=130*0.3=39m³/s

2）按洞内同一时间最多人计算：

Q2=3*K*N

式中：

3—每人每分钟供风标准，m3/min（BS大英标准）

K—隧道通风系数，包括隧道漏风和分配不均匀等因素，取K=1.3；

N—隧道内同时工作的最多人数，取130人。

Q2=3×1.3×130==8.45m³/s。

3）掌子面内燃机功率计算为极端情况下内燃机车680kW，按照柴油功率680kW对应新鲜空气量进行计算：

Q4=Q*K*ΣW=3×680=34m3/min

综上，洞内最小回风风速计算对应的风量为主要影响因素，则取风量为39m3/s，钻爆法施工对风管质量要求较高，按照风管的漏风率取值1%，则风机站出口处的风量：

Q机=Q需/（1-β）L/100=39/（1-0.01）3275/100=54.2m3/s.

（2）风压计算

包括风管的沿程阻力损失和局部阻力损失，以及隧道回风产生的风阻。

其中隧道风阻和隧道断面大小，空气湿度，边界层厚度有关，钻爆法施工与TBM施工的隧道断面情况存在极大差别，通常在隧道断面确定后取经验数值。

风管的阻力损失与风管的安装准直度关系极大，在程序中以Lambda系数表示

（1）摩擦阻力定律：

H=RQ2，Pa

H=摩擦阻力，Pa；R=摩擦风阻系数，NS2/M8；Q=流量，m3/s；

（2）摩擦风阻定律：

R=aLU/S3，NS2/M8R=摩擦风阻，NS2/M8；a=摩擦阻力系数，NS2/M4；L、U、S为全长（m）、周长（m）和截面积（m2）输入程序后风压为1869Pa

（3）、风机选型

根据风量54.2m3/s和风压1869Pa,程序根据最小功率和最佳效率运行区间自动配备出最优选的风机型号，及风机运转特性曲线，并确定叶片角度。

该标准曲线来自风机的运转试验等检测手段，选型完成后还将在出厂前进行测试。

详见风机运转特性曲线。

（4）、通风方案选定

拟采用正洞洞口架设风机站，进行压入式通风。

洞口风机型号：

1*AVH140.160.4.8

风机站数量：

1台内置风机级数：

1级

最远端理论对应的最大运行功率：

127kW。

4.2、总发隧道出口通风方案

洞口海拔为1100m，最低气温为0℃；正洞断面为11m（高）×13m（宽），开挖断面按130㎡计算，长度为2553m；独头掘进，采用人工手风钻钻爆法施工，全断面开挖；出渣时掌子面配备2台装载机，装载机功率按每台160kw计算，2台自卸车，自卸车按照180kw计算，另有一台挖掘机，挖掘机功率按照135kw计算，在装载机工作时挖机功率不计入，则掌子面最恶劣条件下的柴油机功率为160×2+180×2=680kw，施工人数按照130人计算。

出口段计算参数见下表：

（1）、风量计算

隧道通风量，按照隧道内柴油机最大功率、同时工作的最多人数、斜井瓦斯绝对涌出量、允许最小风速等条件逐个进行检验，采用其中的最大值。

1）按洞内最小回风风速计算：

Q1=60VS

式中：

V—针对该项目断面较大的特点，如需保证洞内稳定风流之最小风速，要求隧道回风速度最低值需大于0.30m/s，此处取0.3m/s；

S—断面积,按照最大断面130㎡带入计算

如直接按掌子面回风速度为0.3m/s时，则掌子面风量

Q1=V*S=130*0.3=39m³/s

2）按洞内同一时间最多人计算：

Q2=3*K*N

式中：

3—每人每分钟供风标准，m3/min（BS大英标准）

K—隧道通风系数，包括隧道漏风和分配不均匀等因素，取K=1.3；

N—隧道内同时工作的最多人数，取130人。

Q2=3×1.3×130==8.45m³/s。

3）掌子面内燃机功率计算为极端情况下内燃机车680kW，按照柴油功率680kW对应新鲜空气量进行计算：

Q4=Q*K*ΣW=3×680=34m3/min

综上，洞内最小回风风速计算对应的风量为主要影响因素，则取风量为39m3/s，钻爆法施工对风管质量要求较高，按照风管的漏风率取值1%，则风机站出口处的风量：

Q机=Q需/（1-β）L/100=39/（1-0.01）2553/100=50.4m3/s.

（2）风压计算

包括风管的沿程阻力损失和局部阻力损失，以及隧道回风产生的风阻。

其中隧道风阻和隧道断面大小，空气湿度，边界层厚度有关，钻爆法施工与TBM施工的隧道断面情况存在极大差别，通常在隧道断面确定后取经验数值。

风管的阻力损失与风管的安装准直度关系极大，在程序中以Lambda系数表示

（1）摩擦阻力定律：

H=RQ2，Pa

H=摩擦阻力，Pa；R=摩擦风阻系数，NS2/M8；Q=流量，m3/s；

（2）摩擦风阻定律：

R=aLU/S3，NS2/M8R=摩擦风阻，NS2/M8；a=摩擦阻力系数，NS2/M4；L、U、S为全长（m）、周长（m）和截面积（m2）

输入程序后风压为1372Pa

（3）、风机选型

根据风量50.4m3/s和风压1372Pa,程序根据最小功率和最佳效率运行区间自动配备出最优选的风机型号，及风机运转特性曲线，并确定叶片角度。

该标准曲线来自风机的运转试验等检测手段，选型完成后还将在出厂前进行测试。

详见风机运转特性曲线。

（4）、通风方案选定

拟采用正洞洞口架设风机站，进行压入式通风。

洞口风机型号：

1*AVH140.110.4.8

风机站数量：

1台内置风机级数：

1级

最远端理论对应的最大运行功率：

86kW

4.3、总发隧道1号横洞通风方案

洞口海拔为1100m，最低气温为0℃；正洞断面为11m（高）×13m（宽），开挖断面按130㎡计算，支洞一段进口方向长度为1045m，出口方向2000m，支洞断面为6.5m（高）×6m（宽），支洞长度为1240m；斜井独头掘进，采用人工手风钻钻爆法施工全断面开挖，掘进至正洞后分两边开挖；出渣时掌子面配备2台装载机，装载机功率按每台160kw计算，2台自卸车，自卸车按照180kw计算，另有一台挖掘机，挖掘机功率按照135kw计算，在装载机工作时挖机功率不计入，则掌子面最恶劣条件下的柴油机功率为160×2+180×2=680kw，施工人数按照130人计算。

计算参数见下表：

（1）、风量计算

隧道通风量，按照隧道内柴油机最大功率、同时工作的最多人数、斜井瓦斯绝对涌出量、允许最小风速等条件逐个进行检验，采用其中的最大值。

通风方案拟定在正洞中采用2.4m直径风管1根，考虑到巷道中来往车辆的最大车高为混凝土罐车，净车高为3.8m，风管安装间距0.2m，安全距离0.3~0.4m，则风管安装占用的空间高度为1.6m+0.2m+0.3m=2.1m，在不通风时采用双挂钩形式，可有效避免风管垂坠对使用空间的影响。

所以在支洞中采用1.6m直径风管2根可完全满足风管安装和过往车辆的要求。

1）按洞内最小回风风速计算：

Q1=60VS

式中：

V—针对该项目断面较大的特点，如需保证洞内稳定风流之最小风速，要求隧道回风速度最低值需大于0.30m/s，此处取0.3m/s；

S—断面积,按照最大断面130㎡带入计算

如直接按掌子面回风速度为0.3m/s时，则掌子面风量

Q1=V*S=130*0.3=39m³/s

2）按洞内同一时间最多人计算：

Q2=3*K*N

式中：

3—每人每分钟供风标准，m3/min（BS大英标准）

K—隧道通风系数，包括隧道漏风和分配不均匀等因素，取K=1.3；

N—隧道内同时工作的最多人数，取130人。

Q2=3×1.3×130==8.45m³/s。

3）掌子面内燃机功率计算为极端情况下内燃机车680kW，按照柴油功率680kW对应新鲜空气量进行计算：

Q4=Q*K*ΣW=3×680=34m3/min

综上，洞内最小回风风速计算对应的风量为主要影响因素，则取风量为39m3/s，钻爆法施工对风管质量要求较高，按照风管的漏风率取值1%，叠加在主洞中运行风管对风压流量的损耗和在支洞中运行风管对流量风压的损耗，则可计算出支洞洞口的风机风量为：

Q机1=Q主洞+Q支洞=49m3/s.

Q机1=Q主洞+Q支洞=54m3/s.

（2）风压计算

包括风管的沿程阻力损失和局部阻力损失，以及隧道回风产生的风阻。

其中隧道风阻和隧道断面大小，空气湿度，边界层厚度有关，钻爆法施工隧道断面情况存在极大差别，通常在隧道断面确定后取经验数值。

风管的阻力损失与风管的安装准直度关系极大，在程序中以Lambda系数表示

（1）摩擦阻力定律：

H=RQ2，PaH=摩擦阻力，Pa；R=摩擦风阻系数，NS2/M8；Q=流量，m3/s；

（2）摩擦风阻定律：

R=aLU/S3，NS2/M8R=摩擦风阻，NS2/M8；a=摩擦阻力系数，NS2/M4；L、U、S为全长（m）、周长（m）和截面

积（m2）叠加在主洞中运行风管对风压流量的损耗和在支洞中运行风管对流量风压的损耗，则可计算出支洞洞口的风机风压为：

P机1=P主洞+P支洞=6108Pa.

P机2=P主洞+P支洞=7786Pa.

（3）、风机选型

根据风量49m3/s风压6108Pa,风量54m3/s风压7786Pa,程序根据最小功率和最佳效率运行区间自动配备出最优选的风机型号，及风机运转特性曲线，并确定叶片角度。

该标准曲线来自风机的运转试验等检测手段，选型完成后还将在出厂前进行测试。

详见风机运转特性曲线。

（4）、通风方案选定

拟采用支洞洞口架设风机站，进行压入式通风。

洞口风机型号：

3*AVH140.132.4.8

风机站数量：

1台内置风机级数：

3级

最远端理论对应的最大运行功率：

374kW

综上所述：

施工横洞时采用2*75KW轴流压入式通风机，进入正洞后采用3*AVH140.132.4.8型风机。

4.4、总发隧道2号斜井通风方案

洞口海拔为1100m，最低气温为0℃；正洞断面为11m（高）×13m（宽），开挖断面按130㎡计算，支洞一段进口方向长度为3100m，支洞断面为6.5m（高）×6m（宽），支洞长度为1240m；斜井独头掘进，采用人工手风钻钻爆法施工全断面开挖，掘进至正洞后分两边开挖；出渣时掌子面配备2台装载机，装载机功率按每台160kw计算，2台自卸车，自卸车按照180kw计算，另有一台挖掘机，挖掘机功率按照135kw计算，在装载机工作时挖机功率不计入，则掌子面最恶劣条件下的柴油机功率为160×2+180×2=680kw，施工人数按照130人计算。

2号斜井计算参数见下表：

（1）、风量计算

隧道通风量，按照隧道内柴油机最大功率、同时工作的最多人数、斜井瓦斯绝对涌出量、允许最小风速等条件逐个进行检验，采用其中的最大值。

通风方案拟定在正洞中采用2.4m直径风管1根，考虑到巷道中来往车辆的最大车高为混凝土罐车，净车高为3.8m，风管安装间距0.2m，安全距离0.3~0.4m，则风管安装占用的空间高度为1.8m+0.2m+0.3m=2.3m，在不通风时采用双挂钩形式，可有效避免风管垂坠对使用空间的影响。

所以在支洞中采用1.8m直径风管1根可完全满足风管安装和过往车辆的要求。

1）按洞内最小回风风速计算：

Q1=60VS

式中：

V—针对该项目断面较大的特点，如需保证洞内稳定风流之最小风速，要求隧道回风速度最低值需大于0.30m/s，此处取0.3m/s；

S—断面积,按照最大断面130㎡带入计算

如直接按掌子面回风速度为0.3m/s时，则掌子面风量

Q1=V*S=130*0.3=39m³/s

2）按洞内同一时间最多人计算：

Q2=3*K*N

式中：

3—每人每分钟供风标准，m3/min（BS大英标准）

K—隧道通风系数，包括隧道漏风和分配不均匀等因素，取K=1.3；

N—隧道内同时工作的最多人数，取130人。

Q2=3×1.3×130==8.45m³/s。

3）掌子面内燃机功率计算为极端情况下内燃机车680kW，按照柴油功率680kW对应新鲜空气量进行计算：

Q4=Q*K*ΣW=3×680=34m3/min

综上，洞内最小回风风速计算对应的风量为主要影响因素，则取风量为39m3/s，钻爆法施工对风管质量要求较高，按照风管的漏风率取值1%，叠加在主洞中运行风管对风压流量的损耗和在支洞中运行风管对流量风压的损耗，则可计算出支洞洞口的风机风量为：

Q机=Q主洞+Q支洞=57.5m3/s.

（2）风压计算

包括风管的沿程阻力损失和局部阻力损失，以及隧道回风产生的风阻。

其中隧道风阻和隧道断面大小，空气湿度，边界层厚度有关，钻爆法施工隧道断面情况存在极大差别，通常在隧道断面确定后取经验数值。

风管的阻力损失与风管的安装准直度关系极大，在程序中以Lambda系数表示

（1）摩擦阻力定律：

H=RQ2，PaH=摩擦阻力，Pa；R=摩擦风阻系数，NS2/M8；Q=流量，m3/s；

（2）摩擦风阻定律：

R=aLU/S3，NS2/M8R=摩擦风阻，NS2/M8；a=摩擦阻力系数，NS2/M4；L、U、S为全长（m）、周长（m）和截面积（m2）叠加在主洞中运行风管对风压流量的损耗和在支洞中运行风管对流量风压的损耗，则可计算出支洞洞口的风机风压为：

P机=P主洞+P支洞=7088Pa.

（3）、风机选型

根据风量57.5m3/s风压7088Pa,程序根据最小功率和最佳效率运行区间自动配备出最优选的风机型号，及风机运转特性曲线，并确定叶片角度。

该标准曲线来自风机的运转试验等检测手段，选型完成后还将在出厂前进行测试。

详见风机运转特性曲线。

（4）、通风方案选定

拟采用支洞洞口架设风机站，进行压入式通风。

洞口风机型号：

3*AVH140.200.4.8

风机站数量：

1台内置风机级数：

3级

最远端理论对应的最大运行功率：

509kW

综上所述：

施工斜井时采用2*75KW轴流压入式通风机，进入正洞后采用3*AVH140.200.4.8型风机。

5．施工通风管理

5.1