隧道专项方案——施工通风防尘

南充大竹梁平高速公路铜锣山隧道实施性施工组织设计施 工 通 风 防 尘专项方案四川公路桥梁建设集团有限公司南大梁高速公路TJ-E标项目经理部2011年6月61目 录第1章 编制的范围、原则及依据11.1 编制的范围11.2 编制的原则11.3 编制的依据2第2章 铜锣山隧道工程概况42.1 概述42.2 主要地质状况52.2.1 地形地貌52.2.2 地层及岩性62.2.3 地质构造62.3 气候水文状况（指气候、气温、降雨量等）72.4 设计概况72.5 主要技术标准72.6 地震烈度82.7 隧道施工环境8第3章 国内外长大隧道施工通风技术现状103.1 国外长大隧道施工通风技术调研103.2 国内隧道及地下工程施工通风技术调研103.2.1 大瑶山隧道113.2.2 秦岭隧道113.2.3 乌鞘岭隧道123.2.4 太行山隧道123.2.5 关角特长隧道123.2.6 大伙房隧洞123.3 公路隧道施工通风方式133.3.1 压入式通风133.3.2 抽(排)出式143.3.3 混合式通风153.3.4 巷道式通风163.3.5 通风方式的选择17第4章 隧道施工作业环境卫生标准204.1 隧道施工作业环境卫生标准204.2 其它相关规定22第5章 铜锣山隧道施工通风设计原则及影响因素235.1 铜锣山隧道施工通风设计原则235.2 施工通风影响因素24第6章 铜锣山隧道进、出口工区需风量的计算266.1 工区划分及通风方式选择266.1.1 管道独头压入式通风266.1.2 射流巷道式通风276.1.3 工区划分及通风方式的选择276.2 需风量计算公式286.2.1 按洞内工作面同时工作的最多人数计算286.2.2 高瓦斯工区按隧道内最小瓦斯积聚风速计算286.2.3 低瓦斯工区按隧道内最小风速计算296.2.5 爆破排烟需风量计算306.2.6 按绝对瓦斯涌出量计算306.2.7 无轨运输洞内需风量计算336.3 各工区各段施工需风量计算33第7章 铜锣山隧道施工通风方案及设备配置357.1 风机供风量的确定357.2 风筒阻力计算367.2.1 风筒的风阻367.2.2 风筒的阻力377.3 隧道阻力及射流风机计算387.4 设备选型397.4.1 压入式风机的选型397.4.2 射流风机的选型407.4.3 风管选型407.5 施工通风方案41.5.1 进口工区41.5.2 出口工区46第8章 铜锣山隧道施工期间通风管理518.1 气体检测518.1.1 气体检测的原理518.1.2 主要检测的对象528.2 铜锣山隧道防尘措施528.3 施工通风在实际应用中存在的问题及应对措施558.3.1 存在的问题558.3.2 应对措施578.4 紧急情况下的应急通风58第1章 编制的范围、原则及依据1.1 编制的范围本施工组织设计编制范围为：南充大竹梁平高速公路铜锣山特长公路隧道TJ-E17标段、TJ-E18标段施工期间的通风、除尘相关的技术方案、设备配置及管理措施等。1.2 编制的原则1）严格执行现行的公路隧道施工技术规范、公路隧道施工技术细则等相关规范和标准，运用现代科学技术优化施工通风、除尘方案。2）以满足本标段工程施工通风、防尘需要为目的，根据本工程特点合理配置施工通风设备及其相关资源。3）、积极推广施工通风节能技术，努力降低成本，提高经济效益。4）、统一部署，科学管理，分工区制定不同施工阶段的合理通风方案，确保按各施工阶段的通风效果。5）、突出应用新技术、新设备、新工艺，提高施工通风、除尘的技术水平。6）、树立环保和安全意识，严格执行国家和合同关于隧道施工洞内外环境保护、安全施工的相关规定。1.3 编制的依据1）、南充大竹梁平(川渝界)高速公路两阶段施工图铜锣山隧道汇报简本。2）、南充大竹梁平(川渝界)高速公路铜锣山隧道洞口施工准备资料。3）、南充大竹梁平(川渝界)高速公路铜锣山隧道两阶段施工图设计。 2）、本单位进场后现场勘察、调查及实际测量所了解的实际情况。 4）、本工程设计、施工及验收采用的标准和规范： （1）公路工程主要技术标准（JTJ001-97） （2）公路隧道设计规范（JTJ026-90） （3）公路隧道施工技术规范（JTJ042-94） （5）公路工程质量检验评定标准（JTJ071-98） （6）公路工程技术标准JTG B01-2003（7）公路土工试验规程JTG E402007（8）公路工程岩石试验规程JTG E412005（9）公路路基路面现场测试规程JTG E412008（10）公路路基施工技术规范JTG F102006（11）公路路面基层施工技术规范JTJ 0342000（12）公路桥涵施工技术规范JTJ 0412000（13）公路隧道施工技术规范JTG F602009（14）公路隧道施工技术细则JTG/T F602009（15）公路工程质量检验评定标准 第一册 (土建工程)JTG F80/12004（16）公路工程施工安全技术规程JTJ 07695（17）工程测量规范GB50026-2007（18）煤矿安全规程（19）铁路瓦斯隧道技术规范TB10120-20025）、国家和交通部、建设部有关隧道、桥梁、路基、交安、照明、监控等施工规范、规程及质量检验标准，国家、四川省政府关于工程建设的有关法律、法规以及有关质量、安全、文明施工、环境保护等方面的管理文件。6）、本单位现有技术力量、队伍素质、施工生产能力和资源状况等。7）、本单位类似项目施工管理经验。8）、本单位内部质量手册、程序文件。9）、设计院技术交底及业主的相关要求。10）、四川省建设工程质量监督总站等单位对建设工程的相关要求。第2章 铜锣山隧道工程概况2.1 概述铜锣山隧道位于南充大竹梁平（川渝界）高速公路，隧道进、出口分别位于大竹县余家镇麂子坝煤矿和石桥铺二煤厂附近。左、右线最大埋深分别为468m和478m。隧道进口中部隧道出口的线间距为15.3m38.1m30m。隧道共设车行横通道5个，人行横通道8个，车行横通道位置的隧道异侧设紧急停车带5处，紧急停车带长40m，有效长30m。隧道出口端左右线之间设置一座泄水洞，全长2045m，起讫里程为泄XSK135+193（K135+193）和XSK137+238（K137+236.739）。与G210国道相连的麂子坝煤矿支道碎石路距隧道进口约800米，交通较为不便；与G318国道相连的石桥铺二煤厂支道碎石路距隧道出口约100米，交通较方便。本标段为TJ-E17标，位于南充大竹梁平(川渝界)高速公路TJ17-E合同段内，在K132+095处设置铜锣山隧道入口；终点止于石河镇五通村，桩号K134+600，与TJ-E18标段起点衔接。铜锣山隧道位于四川自流盆地东部，为典型的梳状褶皱山地形。背斜成山，紧密狭窄；向斜成谷，宽广平缓，构造地貌明显。顶部灰岩(T1fT2l)经溶蚀后成为槽谷，两侧砂岩(T3xj)为脊，两者常组合而成“一山两岭”或“一山三岭”之特有形态。背斜灰岩出露区，山体多呈孤立的贝壳状浑圆形山峰；两翼主要为砂、泥岩出露，山体多呈不规则状连成片状的浑圆山体。穿越麂子坝久通煤矿南端，局部段过煤层采空区，含瓦斯。同时，地下水主要为第四系孔隙潜水入下伏基岩裂隙水，埋深浅，富水性一般，受地表水及降雨影响明显。隧道段以碳酸盐岩类裂隙溶洞水为主，碳酸盐岩系水文地质条件较复杂，水量较丰富，构面隧道重要涌水或突水层段。隧道施工中存在瓦斯、采空区及涌水突泥等高风险，施工难度大。隧道左洞平面线性为半径为3350米的曲线，坡度为+1.7%及-0.8%的人字坡，全长5015米；隧道右洞平面线性为半径为2950米的曲线，坡度为+1.7%及-0.8%的人字坡，全长5032米。铜锣山隧道为高瓦斯隧道，隧道主体构造穿越铜锣山背斜，区域断层（F2）和各种次级褶皱、节理裂隙。隧道存在断层破碎带、岩溶、岩溶水、石膏及盐溶角砾岩、软弱围岩、煤层瓦斯、采空区、有害气体等不良地质和特殊地质。预测铜锣山隧道的稳定涌水量为m3/d，开挖初期的最大涌水量为m3/d。2.2 主要地质状况2.2.1 地形地貌隧址区位于四川盆地东部，横穿铜锣山背斜北段，路线走向与越岭山脊走向近于直交。铜锣山为典型的梳状褶皱山地形。背斜成山，紧密狭窄；向斜城谷，宽广平缓，构造地貌明显。山岭陡峭，峰峦层叠，顶部灰岩（T2LT1J）经溶蚀成为槽谷，两侧砂岩（T3xJ）为脊，两者常组合成“一山两岭”或“一山三岭”形态。隧址区地势总体表现为难高北低、中部高两侧低的地貌特征，地貌单元属侵蚀构造岭脊中低山区，地形地貌展布与构造线基本一致。区内最高标高1015.2m，最低侵蚀基准面标高320m，相对高差达700m。背斜轴部为三叠系雷口坡组、嘉陵江组等碳酸盐岩地层形成的岩溶槽谷地貌，标高一般为995m650m；两翼主要为三叠系须家河组的部分侏罗系砂岩、泥岩形成的高陡峭或单面山地貌，标高一般为460m780m，地形切割较强烈，植被茂密，山体两侧羽状V形冲沟较发育。隧道进口处位于背斜两翼山麓斜坡等待，其附近标高约为430米，斜坡比出口处平缓。2.2.2 地层及岩性隧道穿越地层主要有第四系全新统松散堆积层（Q4），侏罗系中、下统自流井组（J1-2z）、珍珠冲组（J1z），三叠系上统须家河组（T3xj）的非可溶岩，三叠系中、下统的雷口坡组（T2l）及嘉陵江组（T1j）的可溶岩，可溶岩的碳酸盐在隧址区出露较广。与施工通风影响较大的是隧道穿越的须家河组煤层瓦斯地段。在碳酸盐岩区段，局部可能含有天然气。2.2.3 地质构造铜锣山隧道位于四川台拗褶皱带东北部，属新华系的次级沉降带。区域构造体系由一系列北东北北东向不对称褶皱组成，一般南东翼陡，北西翼缓，轴面多扭曲。背斜成山较紧密，为长条梳状或箱状；向斜成谷开阔，组成隔挡式构造。隧道处于铜锣山背斜北段，主体构造为铜锣山背斜、区域断层（F2）和各种次级褶皱、节理裂隙等。2.3 气候水文状况（指气候、气温、降雨量等）铜锣山隧道隧址区气候属于亚热带温暖、湿润山地气候，雨量充沛，年常平均气温17.50C，日气温最高42.70C，最低气温6.40C，年平均降雨量1215.5mm，最大1529.8mm，最小622.5mm，降雨多集中在510月，占年降雨量的70%。相对湿度80%，无霜期292天，多东北风，平均风力一般1.62.1级，最大达8级。2.4 设计概况本标段隧道桩号K132+095K134+600（YK132+095YK134+600）单线2505米（双线5010米）。本标段隧道内路面纵坡为1.7%的上坡，路面横坡2%；标段包括正洞洞门，洞身开挖、支护、衬砌，相关附属工程：4个人行横通道、3个车行横通道、1个变电所、6个紧急停车带。2.5 主要技术标准1）道路等级：四车道高速公路；2）设计车速：80km/h；3）隧道型式：双向四车道；4）路基宽度：24.5m； 5）设计荷载：公路-I级；6）设计基准期：100年7）地震基本烈度：度8）隧道建筑限界：一般地段隧道建筑限界净宽10.25m，净高5.00m；紧急停车带段隧道建筑限界净宽13m，净高5.00m人行横通道建筑限界净宽2m，净高2.5m车行横通道建筑限界净宽4.5m，净高5m2.6 地震烈度场区不存在地震地表断层活动的危害。据中国地震动参数区划图(GB18306-2001)及中国地震局地壳应力研究所2008年11月对南大梁高速公路场地地震安全性评价报告，本隧址区处于地震反映特征周期0.35S、地震动峰加速度值0.05g，其对应地震基本烈度为度。2.7 隧道施工环境1）交通情况本标段临近从石河镇至麂子坝久通煤矿，需修建施工便道一条与该道路在五通村相通方能满足施工需要。2）施工、生活用水施工区内水资源丰富，能够满足本项目建设的需要，环境水对混凝土工程无腐蚀性。3）施工、生活用电施工用电采用外接附近10KV电网线路，在隧道进口靠右侧约50米处布置2台800KVA、一台500KVA变压器和一个配电站用作整个标段的施工及生活用电电源。第3章 国内外长大隧道施工通风技术现状3.1 国外长大隧道施工通风技术调研国外近些年修建的长大隧道较多，多数集中在美国、澳大利亚、日本和欧洲等发达国家，欧洲的德国、意大利、瑞士、奥地利和挪威等国修建了很多长度超过10km的隧道，但是基本都是采用掘进机开挖，日本修建的长大隧道采用人工钻爆法施工的较多。从施工通风的角度来看，国外近些年修建的长大隧道多数采用大直径和大功率的管道压入式通风，尤其是欧美一些国家，施工通风方式方法比较单一，主要依靠通风设备具有优良的达标性能。这是由于国外的制造业较为发达，其生产的通风管漏风很低，约为国内风管漏风率的2050，所以其通风系统解决长距离施工通风的适应性很强，且价格相对较为低赚，而开辟辅助坑道的造价及人工费相对较高的缘故。3.2 国内隧道及地下工程施工通风技术调研国内近些年修建的长大隧道也比较多，已经建成的有秦岭隧道、圆梁山隧道、乌鞘岭隧道、太行山隧道、大别山隧道、新大瑶山隧道和包家山隧道等，在建的有关角隧道、象山隧道、中天山隧道等，以上隧道长度均超过10km，所采用的施工通风方式也多种多样。秦岭隧道以管道独头压入式为主，还涉及到了高地温影响；圆梁山隧道成功采用了巷道式通风；乌鞘岭隧道竖井和斜井通风都有；其它隧道主要是斜井辅助坑道通风，其中太行山隧道7斜井采用了主副井通风、包家山隧道模拟了单斜井双正洞新型通风方式、在建的关角隧道正在采用新型的斜井中隔板风道式通风方式。运输方式有轨和无轨都有，可参考借鉴的成功经验很多。3.2.1 大瑶山隧道在隧道发展史上具有划时代意义的大瑶山隧道全长10081米，采用三个工区同时施工，其中进口工区的施工任务最重，承担了3910米的正洞施工任务。在隧道进口端距左线50m处的线路右侧设置一座平行导坑，长2268m。其施工通风方式为：进口正洞与平导洞在贯通之前采用压入式通风，贯通后采用巷道式通风。其最长的管道压入式通风长度约2000m。3.2.2 秦岭隧道在我国铁路隧道建设史上具有重要里程碑意义的秦岭铁路隧道，为2座基本平行的单线隧道，其中I线隧道全长18.64km，采用掘进机施工；II线隧道全长18.456km，采用钻爆法施工。II线平导进口段全长9506米，并借助于斜井排风，采用两台风机间隔串联的压入式通风技术，解决了长距离的施工通风及防尘的问题。该II线平导出口段全长8950米，压入式通风，配置大风量、高风压的通风设备及直径为1.3m的软风管，并利用竖井作为排风通风，解决了长距离的施工通风难题。3.2.3 乌鞘岭隧道乌鞘岭特长隧道全长20050米，设计为两条单线隧道，隧道I、II线均采用钻爆法施工。由于施工工期较紧，采用了长隧短打的方案，全隧共设置了13个斜井、1个竖井，将隧道分为16个施工区段。多个工作面同时施工，缩短了每个工作面的施工长度，最长的工作面的长度仅为3.1km，很好地避免了超长距离独头通风的难题。3.2.4 太行山隧道太行山特长隧道为双洞单线隧道，隧道左线全长27839米，右线全长为27848米。全隧道共设9个斜井，共11个工作面。隧道1号、2号斜井工区的独头长度均为3700米，配置直径为1.6m的软风管，采用压入式通风。3.2.5 关角特长隧道正在兴建的关角特长铁路隧道，全长32.645km，共设10座斜井，采用长隧短打的方案，缩短了独头施工通风长度。左右线在通过横通道连通前采用压入式通风，开辟横通道后采用混合式通风，将施工中产生的烟尘经通风管道排出隧道，有利于改善隧道内的作业环境。3.2.6 大伙房隧洞辽宁省大伙房水库输水隧洞全长85.3km，直径为8米，采用先进的全断面掘进机（TBM）施工，TBM施工段的独头通风距离约9km，在通风方案中，首次采用了每段长度为300米的2.2米直径的通风软管，取得了良好的通风效果。采用进口德国先进的通风机和通风软管，其风管的百米漏风率为0.55%，管道摩擦阻力系数为0.015。该隧道的施工通风独头长度开创了我国地下工程施工通风的新纪元，达到了国际领先技术水平。综上所述，根据调研分析，国外长大隧道多采用TBM施工，配置大直径的低漏风率风管及大风量、高风压的风机，采用管道压入式施工通风来解决施工作业环境，而很少采用巷道式施工通风，其独头通风管路长度相对较长。而国内隧道大多开辟辅助坑道实现多个作业面同时施工，并利用既有的施工辅助坑道作为通风道，以缩短独头通风管道长度。3.3 公路隧道施工通风方式施工通风方式应根据隧道的长度、掘进坑道的断面大小、施工方法和设备条件等诸多因素来确定。在施工中，有自然通风和强制机械通风2类，其中自然通风是利用洞室内外的温差或风压差来实现通风的一种方式，一般仅限于短直隧道，且受洞外气候条件的影响极大，因而完全依赖于自然通风是较少的，绝大多数隧道均应采用强制机械通风。隧道施工机械通风方式主要有压入式、抽(排)出式、混合式和巷道式。3.3.1 压入式通风压入式通风是将轴流风机安设在距离洞口30m以外的新鲜风区(上风向) ，通过通风管将新鲜风压送到开挖工作面，稀释有害气体，并将污风沿隧道排出洞外，如图3-1所示。此方式基本不受施工条件限制，在目前施工生产中应用很广泛。图3-1 压入式通风3.3.2 抽(排)出式此方式细分为抽出式和排出式。抽出式通风是将通风机安设在距离洞口30m以外的下风向，通过刚性负压风管将开挖工作面产生的污风抽出洞外，新鲜风沿隧道进入到开挖工作面，其布置方式如图3-2所示。图3-2 抽出式通风排出式通风是将通风机安设在开挖工作面污染源附近，通过通风管将污风排出洞外，洞外通风管出风口也需在距离洞口30m 以外的下风向，新鲜风也是沿隧道进入到开挖工作面，其布置方式如图3。图3-3 排出式通风3.3.3 混合式通风混合式通风是将压入式与抽(排) 出式联合布置的一种通风方式。压入式通风机安设在洞口到抽(排)出式通风进风口之间的合适位置，与抽(排)出式通风进风口保持10m以上的间距，抽(排)出式通风的出风口应设置在距离洞口30m以外的下风向，新鲜风由压入式通风机通过风管压送到开挖工作面，污风到达抽(排)出式通风进风口处被吸入排出洞外，如图3-4所示。具体还可细分为长压短抽(排)式、长抽(排)短压式和压抽(排)并列等方式，布置图不再赘述。图3-4 混合式通风3.3.4 巷道式通风巷道式通风一般应用在有联络通道的平行双洞条件下，在辅助坑道(斜井、横洞、竖井等)贯通的情况下有时也可以局部采用。巷道式通风可细分为主扇巷道式、射流巷道式(包括辅助坑道巷道式)。1）主扇巷道式通风主扇巷道式通风是在平行双洞的其中一个洞口附近单独设置风道和主扇风机房，该洞口必须利用风门封闭(防止风流短路) ，主风机安设在主扇风机房内，通过风道向隧道内压送新鲜风或者抽出污风，另一个洞口排出污风或者引进新鲜风，开挖工作面利用安设在新鲜风区的局扇(压入式风机)和通风管来获取新鲜风。图3-5为大瑶山隧道进口施工通风布置示意图，采用的是主扇压入新鲜风的布置方式; 也可以根据现场条件布置成主扇抽出污风的方式，主扇位置不变，但是调头改成抽出式运转，局扇安设在正洞的新鲜风流区，与图5所示的主风流方向刚好相反。图3-5 主扇巷道式2）射流巷道式通风射流巷道式通风布置方式与主扇巷道式有很多相似之处，此方式取消了主扇、风机房、风道和风门，改用射流风机为动力来引射新鲜风，开挖工作面仍然是利用安设在新鲜风区的局扇(压入式风机)和通风管来获取新鲜风。要求局扇后面的横通道必须及时封闭并封堵严密(避免风流短路或污风循环)。图3-6为圆梁山隧道进口射流巷道式施工通风布置。图3-6 射流巷道式3.3.5 通风方式的选择通风方式应针对污染源的特性，尽量避免成洞地段的二次污染，且应有利于快速施工，因而在选择时应注意以下几个问题。1）自然通风因其影响因素较多，通风效果不稳定且不易控制，故除短直隧道外，应尽量避免采用。2）压入式通风基本不受施工条件限制，是目前采用最多的通风方式，应根据所选设备性能和匹配情况来确定最长送风距离。目前国外在风机和风管研制方面技术比较领先，通风设备性能较好，所以独头送风距离较远，而国内生产的风机和风管质量和性能相对较差，送风距离也相对短的多。3）抽(排)出式通风比较适合应用在有轨运输条件的隧道中，可以保证全隧不被污风污染。注意抽出式通风必须采用负压风管，在含有瓦斯等可燃、爆气体的隧道施工环境中均必须采用防爆型风机，实际应用时进风口与开挖工作面的距离很难控制，所以实际隧道施工生产中很少单独采用此通风方式。4）混合式通风中如果压入式风机安设在洞内，就只适合在有轨运输条件下应用(避免新鲜风被尾气和扬尘污染); 如果压入式风机安设在洞外，就基本不受施工条件限制。此方式的可靠性比前2种要强得多，实际应用中多数都是将压入式风机安设在洞内来缩短送风距离。注意对通风设备进行合理匹配和布置，避免压入式风机被污风污染，一般抽(排)出式风机的排出风量大于压入式风机的压入风量。5）巷道式通风目前多数应用在有联络通道的平行双洞条件下，在辅助坑道贯通的情况下有时也可以局部采用。应用时要保证新鲜风流路线是人员进出的通道，污风路线是运输车辆进出的通道，并且必须将主扇和射流风机设置在断面较小的隧道一边，以便使主扇和射流风机发挥良好的性能。主扇巷道式需要单独设置风机房、风道和风门，主扇功率很大，风门漏风严重不便管理，考虑到节能、降低成本和操作的方便性，此通风方式在隧道施工中已很少采用。射流巷道式目前应用较多，此方式可以实现多开挖工作面平行作业，布置和操作方便; 但是在实施过程中必须加强管理，要求封堵的横通道必须及时封闭严密，运输车辆必须按指定路线行走，射流风机必须按要求安设，以防止污风循环和风流短路的发生。6）选择通风方式时，一定要选用合适的设备 通风机和风管，同时要解决好风管的连接，尽量减少漏风率。7）搞好施工中的通风管理，对设备要定期检查，及时维修，加强环境监测，使通风效果更加经济合理。第4章 隧道施工作业环境卫生标准4.1 隧道施工作业环境卫生标准隧道施工中，由于炸药爆炸、内燃机械的使用、开挖时地层中放出有害气体，以及施工人员呼吸等因素，使洞内空气十分污浊，对人体的影响较为严重，因此，在隧道内必须尽量降低有害气体的浓度，同时对其他不利于施工的因素如噪声、地热等也应进行控制。按照有关规定，隧道施工作业环境必须符合下列卫生标准：1）坑道中氧气含量按体积计，隧道作业过程中空气中含氧量不得低于19.5%，严禁用纯氧进行通风换气。2）有毒有害气体允许浓度 一氧化碳（CO）：最高允许浓度为20mg /m3，短时间（15min）接触允许浓度为30mg /m3。 二氧化碳（CO2）：最高允许浓度为9000mg/m3。短时间（15min）接触允许浓度为18000mg /m3。 二氧化氮（NO2）：最高允许浓度为5 mg/m3，短时间（15min）接触允许浓度为10mg /m3。 二氧化硫（SO2）：最高允许浓度为5mg /m3，短时间（15min）接触允许浓度为10mg /m3。 一氧化氮（NO）：最高允许浓度为15mg /m3，短时间（15min）接触允许浓度为30mg /m3。 硫化氢（H2S）：最高允许浓度为10mg /m3，短时间（15min）接触允许浓度为15mg /m3。3）粉尘允许浓度每立方米空气中含 10% 以上游离二氧化硅的粉尘为2 mg，含 10%以下游离二氧化硅的粉尘为4 mg，二氧化硅含量在10% 以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘为10 mg。其它允许粉尘浓度如表4-1所示。表4-1 工作场所粉尘允许浓度（mg/m3）4）瓦斯（CH4）浓度按体积计不得大于0.5%，否则必须按煤炭工业部现行的煤矿安全规则的规定办理。5）温度洞内工作地点的空气温度，不得超过28 C。6）噪音洞内工作地点噪声，不宜大于90 dB。4.2 其它相关规定1）瓦斯隧道爆破瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内风流中瓦斯浓度必须小于1.0%；总回风道风流中瓦斯浓度必须小于0.75%。开挖面瓦斯浓度大于1.5%时，所有人员必须撤至安全地点。2）洞内风量要求隧道施工时供给每人的新鲜空气量不低于3m3/min，在瓦斯隧道中可取4 m3/min，采用内燃机械作业时供风量不低于4.5m3/(min.kw)。3）洞内风速要求全断面开挖时不小于0.15m/s，在分部开挖的导洞中不小于0.25m/s，均不大于6m/s。4）通风管的安装通风管距开挖面的距离不宜大于15m。通风管的安装应平顺，接头严密，每100m平均漏风率不得大于2%，弯管半径不得小于风管直径的3倍；第5章 铜锣山隧道施工通风设计原则及影响因素5.1 铜锣山隧道施工通风设计原则1）准确计算的原则全面掌握施工通风设计相关资料，慎重选取相关设计参数，准确计算需风量和风压。铜锣山隧道进出口工区均采用无轨运输，可进行保守计算，根据现象复杂的内燃机情况，配置风量应该比理论计算需风量大一些。同时，考虑到瓦斯工区穿越煤层时的一些不确定因素，可考虑在计算结果基础上一定程度的多配风。2）科学配置的原则科学配置通风设施，风机型号（功率、风压和风量）与风管直径必须配套，实现低风阻、低损耗和高送风量，选用的风管性能参数必须达标（平均百米漏风率、摩擦阻力系数、强度和每节长度等）。3）经济合理的原则合理选择通风方式，理论计算隧道内需风量和各工区的通风阻力，风量以满足国家标准为原则，通风阻力必须结合现场条件尽量降低，尽量缩短管道独头送风距离，达到既满足现场施工，又节约能源的目的。4）设备综合利用的原则尽量选用各种工况能够综合利用的通风设备，在施工过程中通过阶段调整和理论计算校核，实现通风设备综合利用，避免阶段调整换装，既达到合理利用又满足施工通风的要求。5）同步除尘的原则在满足施工通风风量和风压的同时，每开挖面配备必要的除尘设施，如水幕降尘器和除尘机等，保证粉尘含量达标。6）安全优先原则瓦斯工区施工时，若瓦斯体积浓度大于0.5%，应采取有效措施加强测试、加强通风，使瓦斯浓度控制在正常范围内。瓦斯浓度在0.5%以下时，没小时检查1次，0.5%以上时随时检查，检查作业不得离开该工作面。5.2 施工通风影响因素1）运输方式对施工通风的影响运输方式一般分为有轨运输、无轨运输、有轨与无轨运输结合及皮带机运输等，采用何种运输方式对施工通风的需风量将产生很大影响，还会影响到隧道断面净空内可布置风管直径的大小，对可采用的通风方式也有所限制。例如，无轨运输比有轨运输的需风量要大很多；无轨运输隧道内可供布置风管的断面净空较小，难以布置大直径风管；有轨运输可以采用混合式通风，而无轨运输就不可以。铜锣山隧道原设计为有轨运输，在铜锣山隧道施工组织设计中，通过采用对洞内机具的防爆改装、瓦斯的自动监测和人工检测等措施，将有轨运输改变为无轨运输方式。无轨运输的内燃机械排放尾气和卷扬粉尘对施工作业环境污染严重，增加了施工通风的难度。在本专项中，充分考虑到了无轨运输的需风量要求。2）多作业面同时施工对施工通风的影响铜锣山隧道进出口工区均有两个作业面同时施工，需要布置的通风管路较多，需要的总风量较大，配置风机的总功率也较大。对采用的通风方式方法也有一定的限制，单作业面对采用混合式通风和风机串并联工作等比较灵活、可选择的空间较大，而多作业面的制约因素较多，需要多作业面综合考虑、总体协调，给施工通风布置增加了一定的难度。3）通风方案对长距离施工通风的影响通风方案与长距离施工通风是双向选择的关系，有些公认较好的通风方案不一定能够满足长距离施工通风的要求。施工通风方案决定长距离施工通风的独头送风长度、需要配备的总风量和设备总功率、通风设备的型号和数量、预期通风质量和可优化调整的空间，所以必须进行合理的选择和匹配方可达到最佳效果。4）高瓦斯工区的影响穿越高瓦斯工区时，需充分考虑瓦斯的溢出对施工通风的影响。开挖面要有足够的风量和足以驱散瓦斯的风速，风速不应低于1m/s。在低瓦斯工区，考虑到防止瓦斯积聚通风设备还需预留足够的安全系数，以便应当紧急情况下的通风需求，风速不宜低于0.5m/s。第6章 铜锣山隧道进、出口工区需风量的计算6.1 工区划分及通风方式选择铜锣山隧道进出口段为高瓦斯工区，中间为低瓦斯工区，分布如表6-1所示。根据铁路瓦斯隧道技术规范（TB10120-2002，J160-2002），可供选择的通风方式有管道独头压入式和巷道式通风。高瓦斯低瓦斯高瓦斯左线ZK132+110ZK132+861ZK132+861 ZK136+251ZK136+251 ZK137+093右线K132+110 K132+866K132+866 K136+255K136+255K137+1166.1.1 管道独头压入式通风管道独头压入式通风是隧道施工中采用最多的一种通风方式，基本不受施工条件限制，只是需要因送风距离长短和需风量大小进行合理匹配通风设备，送风距离过长会造成通风效率下降和总需风量过大，所以在长大隧道施工通风中应该尽量选择送风距离较短的通风方式。其通风布置示意图如见图3-1。6.1.2 射流巷道式通风巷道式通风该在具有横通道连通的平行双洞施工条件下采用，平行双洞施工能形成一个进新鲜风一个排出污风的通风系统，要保证轴流风机始终处在新鲜风区。此方式可以大大缩短管道独头送风距离、大幅度提高送风量、提高通风效率和改善通风效果。在华蓥山隧道、圆梁山隧道和野三关隧道成功应用过，取得了良好的通风效果，其通风布置示意图如见图3-6。6.1.3 工区划分及通风方式的选择考虑到巷道式通风中行车路线的组织难以实现污风和新鲜风的分离，即难以实现预期效果。加上目前通风技术和设备内力都有大幅度的提升，独头通风的距离越来越长。同时结合施工队伍的具体情况，铜锣山隧道施工通风方式选择为独头压入式通风和巷道式通风相结合的方式。铜锣山隧道的工区划分为：进口高瓦斯工区、进口低瓦斯工区、出口高瓦斯工区、出口低瓦斯工区。如下所示。进口工区里程划分如下：第一区段：高瓦斯工区，独头压入式通风，里程：ZK132+110 ZK132+850，独头压入隧道长度740m；第二区段：低瓦斯工区，独头压入式通风，里程：ZK132+850 ZK133+670（2#车行横通道），独头压入隧道长度1560m。第三区段：低瓦斯工区，巷道式通风，里程：ZK133+670ZK134+570，独头压入隧道长度900m。出口工区里程划分如下：第一区段：高瓦斯工区，里程：ZK136+250ZK137+090，独头压入隧道长度840m；第二区段：低瓦斯工区，里程：ZK135+500ZK136+250（4#车行横通道），独头压入隧道长度1520m；第三区段：低瓦斯工区，里程：ZK134+570ZK135+500，独头压入隧道长度930m。6.2 需风量计算公式开挖面需风量计算按照以下因素分别计算，取最大值作为配风标准的控制风量，具体按各因素计算结果如下：6.2.1 按洞内工作面同时工作的最多人数计算式中：洞内作业人员的需风量，高瓦斯取4m3/min人；作业面同时作业的最多人数，80人。k备用系数，取1.5。该需风量在进口工区及出口工区均相同，为：=480m3/min。6.2.2 高瓦斯工区按隧道内最小瓦斯积聚风速计算 式中：隧道的开挖面积，m2；隧道内的最小瓦斯积聚风速，高瓦斯矿井取1m/s。进口铜锣山隧道进口高瓦斯工区采用台阶法、CRD法开挖，导洞最大开挖面积为60m2。故按隧道内最小瓦斯积聚风速计算得到的进口工区需风量为：=3600m3/min。铜锣山隧道出口高瓦斯工区采用台阶法、全断面法等开挖方式，其中III级围岩条件下的全断面开挖方式最大开挖面积为78.0m2。故铜锣山隧道出口按最小瓦斯积聚风速的控制计算面积取为78.0m2。按隧道内最小瓦斯积聚风速计算得到的出口工区需风量为：=4680m3/min。6.2.3 低瓦斯工区按隧道内最小风速计算从已有隧道调查结果看，风速最好在0.3m/s以上，可把柴油机排放气体、粉尘、爆破后气体以及自然有害气体等稀释到安全浓度的要求。在低瓦斯工区，为了防止在拱顶形成甲烷（或者天然气）带，风速应大于0.5m/s。 式中：隧道的开挖面积，m2；最小风速为0.5m/s。控制因素为分部开挖，其断面进出口最大为78m2，可以算出进、出口工区的最小风速需风量为：进口：=2340m3/min。出口：=2340m3/min。6.2.4 爆破排烟需风量计算当风筒出口到工作面的距离为（45）式中：t通风时间，取30min； A同时爆破炸药量，kg，取200kg；b每公斤炸药产生的CO当量，取40L/kg；L排烟安全距离，m；P风管始末端风量之比，取1.2；C通风要求达到的CO浓度，取0. 025%。进出口工区围岩级别分别为III、IV、V级，开挖的最大断面为III级围岩的全断面开挖，开挖面积为78.6m2，则出风口到工作面的距离（45）=35.4644.33m。排烟安全距离：代人可得：Q=1333m3/s。6.2.5 按绝对瓦斯涌出量计算根据设计资料，铜锣山隧道预测瓦斯涌出量如下表所示。表6-1 铜锣山隧道各含煤段瓦斯涌出量表位置地层煤层号煤厚VaWAq1q2q3q备注西段含煤层T3xj7K110.6725.041.7120.7570.0381.162/1.200第1循环25.0424.7630.0381.387/1.425第2循环（若前环未喷护）K101.0539.24(1.71)32.5290.0601.5000.036(K11)1.596第1循环39.2438.8080.0601.7851.881第2循环（若前环未喷护）T3xj5K40.7449.41.6526.40.0761.2140.144(七段)1.434第1循环（q3为后方值）49.434.30.0761.5781.798第2循环（若前环未喷护）K20.4228.041.7115.00.0450.8400.112(七段)+0.128(K4)1.125第1循环28.0419.50.0451.0921.377第2循环（若前环未喷护）T3xj3三段0.4014.95(1.71)12.3920.0230.6940.110(K4)+0.048(K2)0.875第1循环14.9514.7840.0230.8281.009第2循环（若前环未喷护）T3xj1一段0.207.475(1.71)6.1960.0110.3470.042(K2)+0.100(三段)0.500第1循环7.4757.3920.0110.4140.567第2循环（若前环未喷护）东段含煤层T3xj7K101.0539.241.7132.5290.0601.500/1.560第1循环39.2438.8080.0601.785/1.845第2循环（若前环未喷护）39.2445.0870.0602.074/2.134第3循环（若前环未喷护）39.2451.3660.0602.363/2.423第4循环（若前环未喷护）39.2457.6240.0602.651/2.711第5循环（若前环未喷护）T3xj5K60.8531.771.7126.3330.0491.4740.121(七段)1.644第1循环31.7731.4160.0491.7601.930第2循环（若前环未喷护）31.7736.4990.0492.0442.214第3循环（若前环未喷护）31.7741.5820.0492.3292.499第4循环（若前环未喷护）31.7746.6480.0492.6122.782第5循环（若前环未喷护）T3xj3三段0.4014.951.7112.3920.0230.6940.098(五段)0.815第1循环14.9514.7840.0230.8280.949第2循环（若前环未喷护）14.9517.1760.0230.9621.083第3循环（若前环未喷护）14.9519.5680.0231.0961.119第4循环（若前环未喷护）14.9521.9600.0231.2301.253第5循环（若前环未喷护）T3xj1一段0.207.4751.716.1960.0110.347/0.358第1循环7.4757.3920.0110.414/0.425第2循环（若前环未喷护）7.4758.5880.0110.481/0.492第3循环（若前环未喷护）7.4759.7840.0110.548/0.559第4循环（若前环未喷护）7.47510.9760.0110.615/0.626第5循环（若前环未喷护）注：Va每日开挖各循环爆落煤块总体积（m3）；W每吨煤块瓦斯逸出量（m3/t）；A每天新暴露煤壁面积（m2）；q1开挖工作面爆落煤块瓦斯涌出量（m3/min）；q2新暴漏煤壁瓦斯涌出量（m3/min）；q3喷射混凝土地段瓦斯逸出量（m3/min）；q独头坑道瓦斯涌出量（m3/min）；综上所述，各含煤段施工绝对瓦斯涌出量均已超过0.5m3/min，根据铁路瓦斯隧道技术规范，隧道两端须家河组（T3xj）地层段均属高瓦斯工区。根据铁路瓦斯隧道技术规范7.2.6条规定，按瓦斯绝对涌出量计算风量时，对于高瓦斯工区和瓦斯突出工区，其长度较大的独头坑道，应将开挖工作面风流中的瓦斯浓度稀释到0.5以下； 式中：工作面瓦斯绝对涌出量；取最大值为2.782m3/min通风系数；取1.5；工作面瓦斯的容许浓度，取0.5。代入计算可得，Q=835m3/s。6.2.6 无轨运输洞内需风量计算无轨运输方式的洞内需风量应对内燃设备的排放的尾气进行稀释，其需风量还应考虑稀释尾气的情况。按公路隧道施工技术规范规定按照4.5m3/ kwmin稀释尾气。作业面区域范围内液压反铲1台，功率为125kw；装载机1台，功率为165kw；自卸汽车掌子面附近2台，功率为213kw。掌子面附近内燃机总功率为716kW。式中：内燃机械总功，kw；内燃机械单位功率供风量，4.5m3/（minkw）。k 功率系数，取为0.63。掌子面附近的内燃机作业需风量为：=2030 m3/min 。6.3 各工区各段施工需风量计算根据各区段划分及地质情况，分别计算了各工区各区段的需风量。表6-2 进出口工区各区段需风量表工区进口出口区段第一区段第二区段第三区段第三区段第二区段第一区段独头最大通风长度（风管）（m ）77015909609901550870按同时工作的最多人数计算需风量（ m3/min）48048