长大公路隧道通风问题

第一篇：长大公路隧道通风问题

我国长大公路隧道通风中的几个问题

夏永旭

（长安大学公路学院，710064）

摘要：论述了我国长大公路隧道通风中目前存在的几个技术问题，提出了解决这些问题的主要思路。关键词：长大公路隧道，通风，问题。

1.前言

随着公路建设的快速发展和道路等级的逐渐提高，近年来，我国的公路隧道越修越多，越修越长。特别是我国西部山区的公路建设，将有许多长大或特长公路隧道要修建，正在施工的秦岭终南山公路隧道，设计长度更是长达18.004km。在整个隧道的建设中，通风方案的优劣及通风运营效果的好坏，将直接关系到隧道的工程造价、运营环境、救灾功能及运营效益。20多年来，国内在公路隧道通风方面积累了许多成功的经验，但也存在许多问题。随着人们对公路隧道通风理念的转变[1]，特别是许多长大或特长公路隧道的建设和规划，通风已经成为影响和制约长大公路隧道建设的关键。本文在总结经验的基础上，探讨了我国目前长大公路隧道通风中所存在的一些问题，提出了解决这些问题的基本思路。

2．长大公路隧道通风中的几个问题 2.1 汽车排污量的计算

公路隧道的通风原理，是通过向隧道内注入新鲜空气，稀释洞内由汽车排出的废气(CO、NO2、HC)和烟雾，使得隧道内的空气质量和烟雾透过率，能保证司乘人员的身体健康和行车安全。然而，隧道内的废气总量和烟雾浓度，与汽车的排污强度以及隧洞内的车流密度成正比。

关于汽车的排污强度，我国已经制定了一系列强制性的政策法规。但是，我们现在的排污限制标准，仅相当于欧洲的1号标准。新颁布的《公路隧道通风照明设计规范》[2]，所给出的各类汽车基本排放量也是1995年的测试结果。规范中虽然也给出了co年度折减系数为1％-2％，但是，汽车排污折减系数的取值不仅取决于汽车的发动机性能，而且与汽车燃油的质量以及道路的坡度都有关。图1是针对某隧道取co允许浓度为200ppm时不同折减系数的新风量。可以看到，折减系数影响较大,因此在具体计算中究竟取多少很值得研究。而关于柴油车的烟雾排放，现行规范中根本没有提及折减，但随着汽车性能的逐渐改进，烟雾排放量也当然应该折减。另外，当柴油车车速为80km/h或者70km/h，隧道纵坡大于1％或者大于2％时的烟雾车况系数fa(VI),也应该予以研究，因为这两种情况显然是存在的。

图1 不同折减系数时的新风量3000 Q(m/s)3图2 新风需求量***12折减系数34Q(m/s)20255000050100***0350ppm2015

另一方面，隧道内的车流密度和道路的交通量成正比，车流密度高，洞内烟雾排放量大, 1

3而交通量一般又呈逐年增长趋势，所以，如何处理汽车排污量逐年下降和交通量逐年增长二者之间的关系，是计算隧道排污量的关键，也是一个难题。但是，目前在许多工程的工可阶段，出现了为提高公路的等级，人为扩大交通增长速率的现象，这势必也加大了隧道的污染量，应该引起注意。

2.2 长大公路隧道的卫生标准及需风量

有了隧道污染量，则隧道的卫生标准和烟雾允许透过率直接决定隧道需风量的大小。卫生标准主要是指是co的允许浓度，计算时不仅要考虑汽车行驶速度，而且要考虑司乘人员在隧道中停留的时间。规范对于小于3.0km的隧道，给出co允许浓度为250ppm，堵塞时

-1为300ppm，烟雾允许透过率为0.0070m。又根据已有的研究，提出c=co×t=600ppm﹒min。但是，对于大于3.0km的特长公路隧道，co允许浓度究竟如何取，规范中没有说明。所以，对于长大公路隧道的卫生标准，必须深入细致研究。毫无疑问，卫生标准高，隧道内的环境好，但是通风设备的投资肯定很大，而且将来的运营费用也会很高。因此，在确定卫生标准时，应当同时兼顾国家的环境卫生法规和业主的承受能力。图2给出了某特长公路隧道取不同卫生标准时的新风量需求曲线，从图中可以看到，co允许浓度取200ppm和150ppm 相差 35.11％，这是一个相当大的数字。

隧道通风需风量的计算，除了要满足正常交通外，还必须考虑阻塞情况和灾害情况。规范根据PIARC的建议，取阻塞工况车速10.0km/h,长度为1.0km，完全可以。但是，阻塞区外的车速肯定是距离阻塞中心越远车速越高。然而，沿隧道长度车流如何分布，车速到底取多少；相邻车道的车流、车速又如何，都需要认真研究。另外，由于长大公路隧道设有监控中心，所以在计算需风量时，20.0km/h工况是否还要考虑，值得商榷。根据目前的发展趋势可以预计，随着汽车排污量的逐年降低，烟雾允许透过率将成为控制隧道风量的决定因素，这在坡度较大隧道中业已得到验证。

公路隧道的灾害主要是指火灾。尽管正常运营时的隧道风速，肯定满足防止火灾时烟雾回流的最低风速要求，但是，在计算隧道需风量时，必须认真详细地研究隧道发生火灾时灭火排烟的需风量以及逃生道和避难洞的风量需求。

2.3 通风方式的选择及通风方案的初选

公路隧道的机械通风方式，一般分为全横向、半横向和纵向。上述三种通风方案各有利弊。如全横向和半横向通风，隧道内的卫生状况和防火排烟效果好（全横向最好）。但是，初期的土建费用、设备费用以及后期的通风运营费用很大；纵向通风土建工程量小，设备运营费用相对较低，且方式灵活多样，但洞内的环境状况和防火排烟效果稍差。根据2000年底的统计，全世界已建3.0km以上的公路隧道400多座，20世纪80年代以前建成的多为全横向式和半横向式通风，以瑞士、奥地利和意大利为代表。而20世纪80年代以后，关于公路隧道通风方式基本分为两大派。欧洲仍然以半横向、全横向居多，而亚洲以日本为代表，全为分段纵向。日本甚至认为，加静电除尘器的分段纵向通方式,适合任何交通形式和任何长度的公路隧道。近几年，欧洲各国的通风理念也有所改变，双洞单向交通，分段纵向通风方式，逐渐成为主流。奥地利巴拉斯基隧道和陶恩隧道的二期工程就是典型的例子[4]。

国内的通风方式，也经历了由最初的全横向、半横向向分段纵向逐渐过渡的过程。如上海的打浦路隧道（2.761km）、延安东路隧道右洞（2.261km）采用的是全横向。深圳的梧桐山隧道左线（2.238km）为半横向。1989年建成的七道梁隧道（1.56km），在国内首次采用全射流纵向通风。而1995年建成的中梁山隧道（左洞3.165km，右洞3.103km）和缙云山隧道（左洞2.528km、右洞2.478km），变原来的横向通风方式为下坡隧道全射流纵向通风，上坡隧道竖井分段纵向通风，在国内首次将纵向通风技术运用于3.0km以上的公路隧道。随后，铁坪山隧道（2.801km）、延安东路隧道左洞（2.30km）、谭峪沟隧道（3.47km）、木鱼槽隧道（3.61km）、梧桐山隧道右洞（2.27km）、大溪岭隧道（4.1km）、二郎山隧道（4.61km），[3][2]

[2] 2 均采用了纵向或分段纵向通风方式。

尽管分段纵向通风方式，已经成为大家普遍的共识，但也遇到了许多问题和挑战。如分段的长度最大不能超过多少，国外4.0km的长度能否在国内适用；对于地形险峻，埋深太大的特长隧道，如何解决中间段的通风；火灾和救援逃生时风机如何控制；静电除尘器的技术和经济效果到底如何；怎样减少通风阻力；大角度长斜井和盲竖井的技术经济比较；地下风机房和地面风机房的优缺点，等等。对于上述这些问题，虽然国外已有各种处理方法，但效果不一。随着研究的深入和认识的不断提高，有些问题已经有了新的解决办法。如采用隧道顶端的大直径轴流风机可以大大降低通风阻力；火灾发生时的人员逃生可以事先通过[6]现场和数值模拟研究，制定出救灾预案。无法设置竖井的中间段可以设法采用混合通风方式[7，8，9]。当然，国外的经验只能借鉴，决不能照搬。真正解决问题，还是要靠我们自己做扎实细致的研究工作。

在具体进行通风方案的选择时，可以分三个层次展开。首先是确定通风方式，是采用横向、半横向，还是纵向、混合式；其次是在所确定的一种或者两种通风方式中，再进行多方案的比选，选取较好的2～3种；最后对所初选的通风方案进行比较分析，给出推荐方案和比较方案，提供专家评审。然而，不管在哪一个阶段，都必须从功能、技术、经济三方面考虑，逐步深入，认真研究，科学论证。

2.4 防火救灾时的通风

公路隧道通风方案的设计，除了要满足交通运营通风外，还必须详细研究火灾发生时的通风需求，即把正常运营通风和火灾时的通风看作是整个通风系统的两种重要的工况。由于隧道火灾的随机性，通常很难提前预防。加之隧道环境封闭，灭火救灾困难，一旦发生火灾，损失巨大。1999年3、4月间，意大利勃朗峰隧道和奥地利陶恩隧道的先后发生大火，造成40多人死亡。2001年10月24日，瑞士圣哥达隧道又有两辆大卡车碰撞引起大火，14人丧生。可以肯定地说，防火救灾是目前公路隧道通风的难点，而且是今后很长时间内需要研究的课题。因而，在研究通风方案时，对于隧道防火区段的划分、横通道的设置、横通道的开启与关闭、烟流排出的路径与速度、逃生通道的空气补给、避难洞的新风需求、隔温安全段的长度和降温措施、排风口的间隔和面积、火灾时的风机控制、部分风机损坏时的风机调配等，都要逐一详细研究。而在研究这些问题时，又必须和隧道的正常通风以及安全等级、防灾救灾预案的制定综合考虑，并在通风方案的选择阶段和优化阶段，分层次进行。研究的方

[6]法可以通过物理实验的方法和数值模拟的方法同时进行。2.5 通风方案的优化

优化研究是对通风方案深化和完善的重要过程。因为，除了在通风方式的选择和通风方案的初选阶段，许多问题根本无法解决外，一些隐藏的深层次的问题，只能是随着研究的深入和设计的展开逐步显现。国外对长大公路隧道的通风研究历来十分重视，如意大利的勃郎峰隧道，从最初的设计草图到最后建成通车，历时三十一年,通风方案先后多次修改。今年又结合防灾救灾，对整个通风系统进行大的改造。

通风方案的优化研究，可通过数值模拟和物理实验两种方法实现。数值模拟可首先根据一元流理论，研究不同防火区段划分、不同斜（竖）井断面、不同车流工况、不同风机配置时，隧道内的风流方向、风速变化、风压分布，给出该通风方式的定性及定量描述。然后，再应用CFD技术，进一步详细研究上述相关问题以及细部结构对通风效果的影响，诸如斜（竖）井断面、射流风机效应、分流和汇流局部损失系数、连通道和过渡端的阻力、轴流风机进出口段最佳长度和角度、火灾时的烟雾分布规律、连通道在灭火排烟中的作用、两洞口及送排风塔相互影响、隧道污染物的扩散等。

物理实验研究是借助物理模型，模拟所拟定的通风方案在不同细部结构、不同通风工况、不同风机配置时的通风效果，观测各个细部的流场分布，实测模型内不同断面的风流、风压、[

6、11]

[10]

[5] 3 风速；实测壁面阻力系数和不同细部损失系数、研究各个细部的最佳几何形状；观测火灾发生时的烟流分布，风机的排烟效果，确定轴流风机和射流风机的最佳配置；研究不同风机参数（轴流风机的叶片角度、进出口形状、风量控制方式；射流风机类型）对风场的影响等[6,12]。

数值模拟和物理模拟目前也最存在一些问题，如建立更符合实际的计算模型、瞬态非线性以及紊流的计算方法、非相似物理实验模型、足尺实验等。但是无论怎样，物理实验是优化研究的基础，它不仅是对通风方案的验证，而且更为重要的是通过实测为数值模拟提供计算参数，修正和完善数值研究模型。因此，对于长大及特长公路隧道的通风优化，物理实验是最重要的必须手段，也是最直接和最基础性的工作，决不能流于形式和沦落为对通风方式单纯的验正。2.6 通风效果的检测

通风效果的检测，是对竣工运营后的隧道通风状况进行实地检测，内容包括隧道内的 CO浓度、NO2浓度、HC浓度、烟雾透过率、风压、风速、噪音；隧道区域环境污染浓度、污染范围；风机性能、风机功率、风机组合功能、风机控制效果甚至于检测器件的灵敏度等。通风效果检测的最大困难在于设计交通工况的组织以及灭火排烟时效果的检验。但是，成功的通风效果检测，不仅仅是对通风方案有一个实际的考察和评估，而且会为通风控制方案的完善提供有用的帮助。所以，对于长大和特长公路隧道必须认真做好通风效果的检测工作。

3．结语

隧道通风是长大公路隧道建设中必须认真研究和解决的重要问题，而防灾救灾的研究更是长远的课题。无论是基础理论还是研究的技术和手段，特别是实际经验，我们和国外都有很大的差距。所以，虚心学习国外的先进经验，加强公路隧道通风基础理论和应用技术的研究，结合工程实际，开拓思路，努力工作，将是我国今后长大公路隧道通风研究的长期任务。

参考文献

1.夏永旭、戴国平.现代公路隧道的发展，2001’中国公路隧道学术交流论文集，2001.9 2.中华人民共和国行业标准：《公路隧道通风照明设计规范》，北京：人民交通出版社，2000.6 3.夏永旭、王永东、赵峰.雁门关公路隧道通风技术研究报告，2001.6 4.夏永旭.欧洲四国隧道通风考察报告，2000.5 5.John Day，Ian Sweetland.REDUCING PORTAL EMISSIONS FROM TUNNELS ECONOMICALLY, Ventilatoren Sirocco Howden，2001 6.杨冠雄.公路隧道营运时防灾系统设计分析，台湾中山大学研究报告，2001.7 7.夏永旭.秦岭终南山公路隧道通风方案讨论，长安大学学报，2001.10,待发表 8.夏永旭、赵峰.纵向－半横向混合通风方式研究，长安大学学报，2001.10,待发表 9.夏永旭、赵峰.纵向－全横向混合通风方式研究，长安大学学报，2001.10,待发表 10.王永东、夏永旭：长大公路隧道纵向通风数值模拟研究，中国公路学报，2002.1 11.王永东、夏永旭：公路隧道纵向通风局部数值模拟研究，西安公路交通大学学报，Vol.21(2001).4 12.A D Martegani、G Pavesi.An experimental study on longitudinal ventilation system,CICC,1993

夏永旭，长安大学公路学院教授，电话：029－8498307（H）

地 址：西安市南二环中段长安大学330信箱，710064，E-mail:yongxuxia@263.net 4

第二篇：长大隧道最佳通风方案

长大隧道最佳通风方案

中铁隧道集团一处

周正华

随着我国经济建设的发展和西部大开发力度的进一步加大，各项相关的基础设施建设与此同时得到了迅猛发展；而在各项基础设施建设中，作为公路建设和铁路建设很重要的一部分的隧道施工作业中，长大隧道的通风问题作为施工作业中很重要的一部分，通风效果的好坏直接会影响到整个隧道施工的空气质量，进而影响到各个作业面施工人员的人体健康，而通风方案的选择是影响通风效果好环的直接决定因素，在对具体通风方案的选择上，技术上存在的问题是长期以来需要攻克的的重点和难点，在长期的现场工作中经过对实际运用中的各种方案的比较和技术上的论证，我认为采用以下方案可以使通风效果达到最好，现将我的论证依据归纳如下：

一、存在的问题

从目前来看，现在大多数山岭隧道施工主要是采用新奥法进行施工，其主要特点是根据隧道围岩的变化，及时调整隧道施工工艺的一种动态施工管理方法，它主要是通过加强隧道开挖支护，使围岩稳定几乎不再变化后，才进行砼衬砌施工（除在Ⅰ、Ⅱ类围岩施工中，衬砌砼是要作为受力载体而进行砼施工外），根据这种施工工艺方法，在长大隧道施工中若没有一个好的隧道通风方案，必将存在着极大的施工质量隐患和安全隐患，处理不好的话很容易造成安全质量事故，同时还会加大动力机械设备的耗油量，造成内燃机机械燃烧不充分，产生大量有毒的一氧化碳气体，加大机械设备的磨损，降低机械设备的使用寿命。

这是因为若没有解决好长大隧道通风问题，必然导致在隧道施工中隧道中的空气浑浊，尤其是隧道开挖掌子面空气浑浊，光线不够明亮，造成隧道开挖施工中开挖工人和工程技术人员无法准确掌握隧道掌子面围岩的变化情况；一方面使我们的工程技术人员无法根据隧道围岩变化而及时调整隧道开挖支护工艺，而导致隧道塌方质量事故；另外一方面使我们的开挖工人在开挖施工中无法看清隧道顶部围岩的松动情况，而导致隧道顶部岩石下落伤人的安全事故。

同时由于隧道中的空气浑浊，使我们的隧道监测人员无法对已开挖支护成型的隧道进行准确的量测，进而使我们无法掌握隧道已开挖成型部分的围岩变化情况----甚至隧道可能已出现细微的裂缝，我们却没有掌握隧道业已变化的实际情况，造成没有对出现裂缝段的隧道进行加强支护，导致隧道坍塌和人员伤亡的安全质量事故。

另外如果隧道中的通风不够良好，空气浑浊；将会导致我们在隧道施工当中不得不进行长时间的通风，从而浪费大量的电力能源，使工程施工成本进一步加大；以单个隧道施工为例：起动一台110KW通风机，每小时耗电量为110KW，以一台通风机每天比最佳通风方案至少多工作8时计算，一台通风机每天电力要多消耗880KW，按每度电0.5元计算,则每天要增加440元,每月消耗则至少增加13200.00元,则一年消耗要多增加16万元左右,尤其在当今全国性电力普遍缺乏的情况下，电力供应紧张与工程施工之间的需求矛盾进一步加大，又制约了工程施工进度,同时由于隧道通风效果不够理想,造成工程施工的人员工作效率降低,机械设备的磨损加大,机械设备的利用率降低,进一步加大工程施工成本。

二、长大隧道通风问题的解决办法

根据流体力学原理以及热力学原理和我们的实践经验相结合来谈谈我对长大隧道的通风方案观点以供大家参考： 根据隧道施工的实际情况，我们可将隧道通风的过程看成是一个绝热的过程，空气在隧道中的流动是一种稳定流动----也就是说流道（隧道）中任何位臵上流体速度及其它状态参数都不随时间而变化，且流入与流出系统的质量是相等的；其方程式可表示为：

ΣEī=U1+p1V1+m1c12/2+m1gz1+Q，ΣEē=U2+p2V2+m2C22/2+m2gz2+Wsh

其中p1V1、p2V2----流体流入、流出系统的流动功，M1c12/

2、m2C22/2-----流体流入、流出系统的动能，M1gz1、m2gz2-------流体流入、流出系统的位能，Wsh------传出系统的轴功；

在隧道通风中我们可近似的将流体看成一个绝热的过程，所以m1gz1、m2gz2看成相等；根据热力学第一定律----系统中能量即不能增加也不能减少，只能以各种形式的能量进行转移和转换，故得出以下结论：U1+p1V1+m1c12/2+m1gz1+Q= U2+p2V2+m2C22/2+m2gz2+Wsh 22也就是p1V1+m1c1/2= p2V2+m2C2/2，V=CS, 其中 C为流体的速度,S为流体通过的隧C道撑子面c图1横截面积；根据动量守恒定律,我们可以近似的将隧道撑子面看成为一个等压、等温绝热的过程----即P1=P2，22故PC1S1+m1c1/2= p C2S2+m2C2/2 ；且C1、C2方向相反，如图1所示：

根据以上所诉，下面就长大隧道的通风问题谈谈我的看法：

1、单线长大隧道通风方案

根据单线长大隧道的施工特点，为了不影响其他工序的施工达到最佳通风效果，我们将采用两台或两台以上的对旋式轴流风机进行通风；具体布局如下：1）在隧道洞口安装一台对旋式轴流风机直接对隧道撑子面进行压入新鲜空气，同时在模板衬砌台车前（靠近撑子面端）安装一台对旋式轴流风机将隧道撑子面的放炮后的有毒空气以及喷浆时产生的有毒空气吸出隧道作业面；这样可以避免许多隧道施工在模板衬砌台车段很难排出有毒气体的缺陷，达到加快隧道内空气流动，使隧道中的有毒气体迅速排出隧道的目的。详情见下图2

形成涡流模板为衬砌台车处 图 2 在以往的单线长大隧道通风效果不好的主要原因是隧道模板衬砌台车处的通风问题不好解决，这是因为在模板衬砌台车段，模板衬砌台车就类似一块档板，大大减小了风量通过隧道的有效面积，如上图所示：根据动量守恒定律：M1C1=M2C2+M3C3；以及热力学原理，隧道内的有毒气体在模板衬砌台车处（靠隧道撑子面一端）很易形成涡流，进而造成有毒气体，排不出去，为了解决这一难题，我们在衬砌台车前约10M处，安装一台对旋式轴流通风机，将模板衬砌台车处有毒气体反吸出隧道，整条隧道的主要通风方式如下图3所示：

新鲜空气轴流通风机隧道开挖面有害气体轴流通风机图3

2、双线长大隧道通风方案

依据隧道设计和施工的实际情况，例如隧道何处设有紧急停车带，何处设有紧急通车道等，结合现有的实践经验，我们对隧道通风方案做了如下布局：

两台射流 通风机123隧道1两台轴流通风机横 冲 道11横 冲 道223隧道2隧道开挖撑子面双线长大隧道通风方案如上图4所示，在隧道1洞口处安装两台射流通风机将洞外新鲜空气压入隧道中，若隧道开挖时，将两台对旋式轴流通风机安装在靠近开挖掌子面最近的一个横冲通之间的所有横冲通

1、横冲通

2、……横冲通n均进行封闭处理，不让空气相互流动，这样整条隧道通风就近似为下图5所示：

引风机两台射流 通风机隧道1两台轴流通风机图4隧道开挖撑子 模板隧道2衬砌台车处面

图5 若隧道过长，则在两台射流通风机及两台对旋式轴流通风机间安装一台引风机，以增加通风效果，具体的空气流动可分解为隧道撑子面一段，另外可分解为横冲通一段，隧道撑子面一段在前文已有叙述，此处就不在重复，而隧道横冲道一段空气流动具体方式如下图6：

隧道1隧道2开挖撑子面

图6

根据动量守恒定律：m1v1+m2v2=m3v3，m3v3+m4v4=m5v5

而依据能量守恒定律：1/2m1v12+1/2m2v22=1/2m3v32，1/2m3v32+1/2m4v42=1/2m5v52 即m1v12+m2v22=m3v32，m3v32+m4v42=m5v52 所以此种通风方式的最终结果为两条隧道开挖撑子面到离撑子面最近一条横冲道段的空气都得到净化，其中一条隧道如上所述的隧道1，其空气一直保持新鲜干净，而另外一条隧道如上所述的隧道2，其空气一直较差，在长大隧道施工中，引风机的位臵应当常移动（往撑子面前移动），为了加大空气的流动，提高空气的质量，我们可以在隧道2衬砌台车，靠撑子面一端前约为10m处（类似单线长大隧道施工一样）安装一台对旋式轴流通风机，加大空气流动，将有毒气体迅速排出隧道2。

通过对以上方案各方面分析认证以及现场投入使用的效果来看，采用以上方案可以大大提高隧道中空气的清洁度和隧道的通风效果，达到将长大隧道中有毒气体和混浊空气迅速排出洞外的目的，是目前长大隧道施工作业中的一种最佳通风方案。

参考文献：

1、机械工业出版社出版的《气压传动及控制》

2、机械工业出版社出版的《机械工程师手册》

联系地址：浙江省慈溪市掌起镇长溪村中铁隧道集团一处二公司

邮编：315313

第三篇：长大隧道独头通风技术管理

摘 要：本文通过清凉山隧道通风排烟的设计及实施，确定了清凉山隧道通风排烟设计、设备选型、通风管理及效果检测，以此期望在隧道施工中应重视通风的管理工作，在机械化施工中，良好的通风是安全生产的前提，也是工程进度和施工质量的重要保证。

关键词：长大隧道 轴流风机 通风管 效果检测

1.概述

清凉山隧道位于秦岭北麓低中山区陕西省户县境内，隧道整体埋深较大，最大埋深970m，隧道经过曲峪、潭峪、皂峪、栗峪等沟谷，均有常年流水，全长12553m，隧道为双线隧道，为全线控制性工程。

2.隧道空气主要污染源

（1）挖爆破的烟尘。

（2）碴、材料等无轨运输车辆引起的粉尘。

（3）燃设备所排放的废气。

3.通风的设计及计算

通风方案设计就是通过对通风方案和设备的选择、实施，使长距离隧道施工洞内的作业环境能够满足规范及卫生标准中所述要求，改善洞内的施工条件，从而达到提高工效和确保施工人员身心健康的目的。

3.1通风量计算

清凉山隧道为单洞双线、开挖断面积较大、混合式送风距离较远、斜井坡度较大、采用无轨运输、除爆破炮烟外内燃机械作业和出碴机械作业产生大量烟尘。以上诸多因素要求施工通风提供的风量较大、克服的通风阻力也较大。3.1.1设计参数

清凉山隧道进口负责施工正线长度3289m，通风设计时按ⅲ级围岩考虑。

掘进断面积：s=115.37m2（一次开挖到仰拱填充面）；

一次爆破最大用药量：240kg（ⅲ级围岩循环进尺2m，台阶法施工，上下断面同时开挖）；

洞内最多作业人数：开挖班12人，仰拱班14人，二衬班22人，管理人员、杂工班等10人，共计58人（按洞内开挖、仰拱、二衬等三作业面同时施工考虑）；

爆破期间排烟时间：t=30～40min；

风管：采用直径为1.5m帆布管；

风管百米漏风率：β=1.3%；

按进口最大压入通风长度计：l=3289（m）；

3.1.2风量计算

（1）排除炮烟需风量按下式计算，如式1：

式1中：q1-工作面风量，单位为：m3/min；t-通风时间，取40min；a-同时爆破的炸药量，上下台阶同时起爆，开挖取240kg；b-炸药爆炸时的有害气体生成量，40m3/kg；s-掘进断面积，取115.37m3；l-临界长度，当通风段长度大于l时，用临界长度代替，取3289m；k-淋水系数，考虑淋水使炮烟浓度降低的系数，取0.6；p-管道漏风系数，p=1/（1-βl/100），β为百米漏风率1.3%，l为通风长度：进口通风长度3289m，则p进口=1.747。

（2）洞内最大工作人数需风量按下式计算，如式2：

式2中：q2-工作面风量，单位为：m3/min；q-每人需要的新鲜空气标准（m3/min）；k-风量备用系数，一般取（1.1-1.25），本次取1.2；m-同一时间洞内工作最多人数，本次取58人；

（3）最低风速要求需风量计算，如式3：

式3中：q3-工作面风量，单位为：m3/min；v-洞内允许最小风速（m3/ min），分部开挖法取0.25；s-掘进断面积，取115.37m3。

（4）稀释和排除内燃机械废气需风量计算，如式4：

q取最大值为q1=3643.4，风机风量q取3700。

3.1.3通风风压计算

4.通风设备选择

5.施工通风布置

施工初期：在隧道施工进洞100后，在清凉山隧道出口安装一台152ad-se132型轴流风机和一道风管路跟进掌子面持续送风满足环境要求。

施工中期：当出口工区开挖至 1950m左右，施工通风在隧道出口1950m位置设置风房安装一台轴流风机均为152ad-se132型接力送风至掌子面，在二次衬砌台车和离隧道掌子面90m位置处各安装一台sds-6.3-2p-6-33射流风机向洞外排风，射流风机随着隧道进尺不断移动，满足第二阶段隧道通风排烟要求。

6.通风管理

6.1施工通风管理人员组织机构

为加强项目部的通风排烟管理要求，保证各项通风管理制度工作的顺利开展，贯彻落实通风排烟工作的方针和目标，项目部成立以项目安全总监为组长的通风排烟领导小组。工区副经理及架子队为副组长，组建专业通风排烟班组，通风排烟班组负责风机、风管的安装、管理及维修，严格按照通风管理措施及操作实施细则落实。

6.2通风管理制度

6.2.1通风排烟系统检查制度

（1）工区组织每3天对通风系统进行检查，架子队长每天对通风系统必须作例行检查，通风工必须做好日常巡查。

（2）通风系统运行正常后，每10天进行一次全面检风，对掌子面和其他用风地点根据需要随时测风，做好记录。

（3）每7天在风管进出口测量一次风速、风压，并计算漏风率，风管百米漏风率不应大于相关规范，对风筒的漏风情况必须及时修补。

（4）建立通风系统运行管理档案，档案包括各种检查记录、调试记录、测量记录、维护记录、运行记录等。

6.2.2通风管理交接班制度

必须实行通风班组交接班制度，交接双方签字认可，对上一班存在的问题、隐患、需注意事项、仪器设备状态等必须交接清楚，交接班记录由架子队长每天定时予以审核签字。

7.通风效果的检测及评价

7.1清凉山隧道出口洞内作业标准的管理

通风系统按照设计审批方案安装，通风过程按照科学有序的制度管理，按照事事有流程，事事有责任人管理要求制定了一些列工作流程和考办法，配置了先进实时监测设备与风机联动保证洞内含氧量、粉尘和温度达到洞内职业健康标准。

7.2通风排烟效果检测

2016年1月18日，清凉山隧道出口开累长度3200m位置，我部对隧道含氧量、粉尘、温度进行了阶段性数据统计，含氧量在通风20min后满足职业健康标准要求，比规范要求的30min为单循环作业减少10min，粉尘浓度最高值为1.8mg，略低于规范要求2mg/m3，温度为25℃，低于规范要求标准。

8.结论

清凉山隧道出口已完成2900m施工任务，在长大隧道通风排烟中，前期设计规划是基础，方案的执行落实、调整是前提，严格管理制度和流程是关键，按照上述三要求完成隧道通风管理，才能保证隧道内通风排烟满足职业健康标准要求，才能保证隧道机械设备正常运转和人员健康，同时也缩短单循作业时间进而减少工期。

第四篇：长大隧道通风与防尘作业指导书

长大隧道通风与防尘作业指导书

一、隧道作业环境的卫生及安全标准：

1、2、空气中氧气含量按体积计不得小于20%；

粉尘容许浓度每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg；

3、有害气体最高容许浓度：

①、一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3。②、二氧化碳按体积计不得大于0.5%。③、氮氧化物（换算成NO2）为5 mg/m3以下。④、瓦斯浓度必须小于1%。

4、隧道内气温不得高于28℃。

5、隧道内噪声不得大于90dB。

6、隧道施工通风的风速：全段面施工开挖时不应小于0.15m/s, 分部开挖时不应小于0.25m/s；采用内燃机械作业时供风量不宜小于3m3/(min.kW)；

二、隧道施工通风方法：

1、单一的压入式或吸出式通风，适用于中长、短隧道，一般情况下不超过1500m。

2、中长、长隧道可采用混合式通风，以吸出式管路作为通风的主管道，在开挖面附近设压入式或局部通风。

当隧道采用无轨运输时，以压入式通风为主，或用吹、吸两用式风机；隧道设有辅助坑道时，可利用其作为通风巷道。

根据以往的科研成果：

①、隧道独头掘进长度小于800m时可用1台37kW或55kW的轴流通风机，通风管直径宜为0.7~1.0m；

②、隧道长度在1500m左右时，可用1台2*55kW的轴流通风机或用2*37kW的变速多级通风机，通风管直径宜为1.0m；

③、隧道长度在2000m以上时，可采用2*110kW的轴流通风机，通风管直径宜为1.0~1.5m；

三、施工通风：

根据以上标准和计算结果，经比选我标段前期每个工区洞口分别配备1台SDF（C）-11型通风机（2×55KW，风量1800m3/ min）即可满足洞内压入式通风要求，每个洞口设两台风机，一台工作，一台备用。通风筒选用φ1.5m柔性风管，要求使用表面光滑摩阻小，经纬密实，涂层均匀气密性好的PVC增强布制做，联接方式为气密式拉链。

另外为加快洞内混合气体的排放速度，在衬砌成型段视需要安装SSF－No.10型射流风机辅助通风。

在后期隧道长度在1500m以上时，采用一台2*110kW的变频轴流通风机，斜井为两个工作面时，采用两台2*110kW的变频轴流通风机，解决隧道洞内通风。

另外隧道设计资料显示可能有瓦斯逸出，在隧道施工中，根据瓦斯的实际发生量对通风量进行校核，在通风量不足时进行施工通风设计修正。

隧道通风布置示意图＞30mSDF(C)-No11型风机φ1500风筒SSF-No10射流型风机

四、通风管理

施工通风很重要的一环是抓好管理，项目作业队建立专门的通风作业班，定岗定责，拟订各个岗位的操作要求和考核标准，将通风系统的管理分解到各个岗位，为提高通风效果，要切实抓好管理这个主要环节，实行标准化作业。

1、风机安装标准

风机安装位置距洞口的距离不小于30m，以避免回风污染。风机支架稳固结实，避免运转时震动摇晃。风机上方设防雨遮板。

风机出口设置1.0m长的刚性风管，并用高强度柔性风管与PVC柔性风管过渡。

风机和风管接口处法兰间加密封垫,刚性风管与柔性风管结合处绑扎三道，以减少局部漏风和阻力。

2、通风管的安装

通风管的安装应平顺，接头严密，每100米通风长度漏风率不大于2%。

安装时准确测出中线位置，以5米的间距安装风管悬挂锚杆。风管吊挂要求每100米挠度不大于150mm，轴向偏差每100米不大于300mm。

风管出口距工作面的距离保持在30m。

3、通风机的使用

主风机应保持连续运转，其养护维修可安排在节假日。如必须间歇时，每次不得超过30min。

4、通风的日常管理

通风机派专人值班，按规程要求操作风机，如实填写风机运转记录。对风机和风管每月进行一次专项检查，根据检查结果，制定整改措施，不断总结和改进隧道通风。

5、对施工机械的排烟进行咨询，采取过滤或其它改进措施，以减少机械的排烟污染。

总之，对隧道的通风和防尘采取综合治理的措施，使洞内作业环境的卫生及安全标准达标。

第五篇：瓦斯隧道运营通风技术研究

瓦斯隧道运营通风技术研究

王明年，钟新樵，张开鑫，滕兆民

摘 要：

由于瓦斯隧道混凝土衬砌本体中的细小孔隙和“三缝”等缺陷的存在，建成后的瓦斯隧道必然受瓦斯侵袭，这对运营安全危害极大，为此，本文对瓦斯隧道运营通风技术进行了认真研究，提出了经济、安全、有效的通风方案，为未来瓦斯隧道的通风设计提供了理论依据。

关键词： 瓦斯隧道;运营通风;通风设计

分类号： U4

51文献标识码： A

Study on Operation Ventilation Technology in Gas Tunnel

WANG Mingnian1，ZHONG Xiqiao1，ZHANG Kaixing2，TENG Zhaomin2

(1Dept.of Underground Eng.and Geotechnical Eng.,Southwest Jiaotong

University,Chengdu 610031,China；

2The Second Survey and Design Institute,Chengdu 610031,China)

Abstract: Because there are small openings and the “three cracks”in the

concrete lining of gas tunnel,the gas should intrude into the gas tunnel

built.This effect will endanger the transport safety.The authors study on

the operation ventilation technology in the gas tunnel and put forward an

economical,safety and effective ventilation plan,and therefore furnish a

theoretical basis for the gas tunnel ventilation design in the future.Keywords: gas tunnel;operation ventilation;ventilation design

0 前言

穿过煤层(或含瓦斯气体地层)的隧道常常受到瓦斯的侵袭，因此，通常称这类隧道为瓦斯隧道。瓦斯隧道在开挖时，瓦斯压力被释放，但建成后，瓦斯被隧道支护结构所封闭，使原来已卸压的瓦斯压力又得以回升，这样瓦斯在渗透压力的作用下将向隧道内渗透。瓦斯渗入隧道后，对隧道的运营安全危害极大，它不但容易使人窒息，给司乘人员和维修人员带来危险，而且在电气和机械明火下容易发生爆炸，因此，“铁路瓦斯隧道技术暂行规定”要求［1］：“瓦斯隧道运营期间，隧道内的瓦斯浓度不得大于0.3%”。要达到这一控制指标，有两种措施：一是减少瓦斯的渗入量；二是加强机械通风。目前，减少瓦斯的渗入量有两种方法：一是使用气密性混凝土衬砌，二是增加衬砌厚度，而增加衬砌厚度就是增加投资，为此，使用气密性混凝土衬砌将是投资所希望的。但即使使用了气密性混凝土衬砌，也不能完全隔断瓦斯的渗透，因此，瓦斯隧道必需设置机械通风。本文结合家竹箐隧道，对瓦斯隧道的运营通风技术进行了研究。家竹箐高瓦斯隧道情况

家竹箐隧道在南昆线南宁到红果段，长4 980 m，其中瓦斯段长1 084 m(图1)，占隧道总长的21.8%，现场实测瓦斯压力0.2

MPa～1.34 MPa。瓦斯段隧道支护体系采用全封闭(带仰拱)复合式衬砌，初期支护有0.04 m厚的喷射混凝土和0.15 m～0.20

m厚的模注混凝土组成；二次衬砌采用0.25 m～0.35 m厚模注混凝土，因此，家竹箐隧道总的模注混凝土衬砌厚度为0.40 m～0.55

m。为了封闭瓦斯，支护结构材料选用掺有硅灰和粉煤灰的双掺气密性混凝土，并在二次模注混凝土与初期支护间设置了HDPE板，以减少瓦斯渗漏。

图1 家竹箐隧道概况

家竹箐隧道断面积F=31.15 m2，断面湿周S=21.51 m，断面当量直径d=5.79 m。隧道接缝宽度按每缝宽0.005

m计，每8m设一道横向接缝，则瓦斯段内接缝总的长度为0.685 m。

为了运营通风，家竹箐隧道在距进口2 785 m处设有一个斜井(图1)，斜井断面形式为直墙圆拱型，长度为383.83

m，断面积F=8.51 m2，断面湿周S=11.27 m，断面当量直径d=3.02 m。

隧道内运行列车长度LT=350

m，列车断面积fT=12.6 m2，列车车速v上T=43.26 km/h(12.02 m/s),v下T=44.55 km/h(12.38 m/s)。家竹箐隧道瓦斯渗入量确定

2.1 瓦斯渗入量的计算方法

地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和“三缝”等缺陷渗入隧道内。瓦斯渗入量不仅与煤层(或地层)中瓦斯含量、压差(即瓦斯压力和隧道内空气压力之差)有关，而且与衬砌材料、接缝材料的渗透性质有关，同时也与隧道内空气的流动速度等因素有关。因此，对于瓦斯隧道，常用渗透系数法来确定瓦斯渗入量［2］，即

qCH4=［kA(P21-P22)］105/(2hγP2)

(m3/s)(1)

式中，k为衬砌或接缝的渗透系数，由试验测定(m/s)；P1为渗透压力，封闭后地层内的瓦斯压力值(MPa)；P2为隧道内空气压力(MPa)，因隧道内气流与外界大气相通，故取P2=0.1 MPa；h为渗透厚度，取衬砌厚度(m)；γ为瓦斯的容重(kg/m3)；A为透气面积(m2)，其值为

A=L1S(2)

其中，L1为隧道穿过瓦斯地层的长度(m)；S为隧道断面周长(m)。

当隧道混凝土衬砌本体和接缝的渗透系数不相同时，要分别计算出衬砌本体和接缝的瓦斯渗入量qCH4，而后相加作为该隧道瓦斯总的渗入量。

2.2 渗透系数k的确定

渗透系数k用压气法测定，实际各种材料的渗透系数可按表1选取。

表1 各种材料的渗透系数

材

料k体/m*s-1k缝/m*s-1

普通混凝土1.66×10-121.66×10-11

气密性混凝土1.66×10-131.66×10-12

2.3 家竹箐隧道瓦斯渗入量计算

对于家竹箐隧道，取P2=0.1 MPa,γ=0.716 kg/m3,h=0.40 m,k体和k缝按表1选取。衬砌本体的瓦斯渗透总面积：A1=S×L=21.51×(1 084-0.685)=23 302.105 65(m2)

施工缝的瓦斯渗透总面积：A2=S×b=21.51×0.685=14.734 35(m2)

由此得到当衬砌为气密性混凝土时，瓦斯的渗入量 q=q1+q2=0.006 795 755 166(P21-0.01)(m3/s)（3)

当衬砌为普通混凝土时，瓦斯的渗入量

q=q1+q2=0.067 957 551 66(P21-0.01)(m3/s)(4)

由此可计算出在不同瓦斯渗透压力(P1)下渗入隧道的瓦斯量q，见表2。

表2 不同渗透压力(P1)下的瓦斯渗漏量

瓦斯压力

P1/MPa气密性混凝土瓦斯渗漏总量

/m3*s-1普通混凝土瓦斯渗漏总量

/m3*s-1

0.20.000 203 870.002 038 7

0.60.002 378 510.023 785 1

1.00.006 727 800.067 278 0

1.340.012 134 500.121 345 0

由表2可以看出，普通混凝土衬砌的瓦斯渗入量是气密性混凝土衬砌瓦斯渗入量的10倍，所以气密性混凝土衬砌对封闭瓦斯是非常有效的，为此，在家竹箐隧道的施工中采用了气密性混凝土衬砌。同时可以看出，经气密性混凝土衬砌封闭后，隧道内仍有瓦斯渗入，当瓦斯压力为1.34 MPa时，瓦斯渗漏量达0.012

50 m3/s，因此，为安全计，仍需机械通风。家竹箐隧道瓦斯污染模型

3.1 瓦斯污染模型的建立

假设瓦斯浓度沿隧道是一维分布，根据质量守衡原理可得到瓦斯污染模型为［3］(5)

式中，C(x,t)为x位置在t时刻的瓦斯浓度；v是隧道风速；Dt综合扩散系数，亦称混合系数，Dt=D1+D2,D1为分子扩散和紊动扩散系数，与隧道内风速分布和浓度分布不均等因素有关，对于层流，D1仅为分子扩散系数Dm；D2为移流离散系数，一般情况下，D2D1Dm，故常忽略D1和Dm，以离散为主时取Dt=D2；q(x,t)是瓦斯源项，即单位时间单位体积里瓦斯的产生量，随时间而变化。上式为一个变源项的对流-扩散方程，一般用数值方法求解，将隧道长度L离散成M个长度为Δx的小段，时间步长取Δt，采用逆风隐式差分格式，将式（5)离散为

(Cn+1j-Cnj)/Δt+v(Cn+1j-Cn+1j-1)/Δx=Dt(Cn+1j+1-2Cn+1j+Cn+1j-1)/(Δx)2+qn+1j()

式中，上标n表示第n时间段，下标表示隧道的第j小段(j=1,M)，将式(6)整理成 ACn+1j-1+BCn+1j+ECn+1j+1=Sj(7)

式中，A=-(H1+H2);B=1+H1+2H2;E=-H2;Sj=Cnj+qn+1jΔt。

其中，H1=vΔt/Δx;H2=DtΔt/(Δx)2。

式(7)是一个三对角矩阵，可用追赶法求解。由于斜井左右段隧道的风速不同(图1)，因此，计算瓦斯浓度要分别对左右段隧道进行，由于左右段隧道的瓦斯浓度是相关的，所以当气流由左段向右段流动时，左右段的连接点可作为右段计算的瓦斯源点，同样，当气流由右段向左段流动时，左右段的连接点可作为左段计算的瓦斯源点，斜井内瓦斯浓度同理计算。对于隧道的进口和出口以及斜井的出口作为边界点处理，这些点的瓦斯浓度始终为0。

3.2瓦斯源q(x,t)的确定

家竹箐隧道瓦斯压力P1=1.34 MPa，隧道衬砌为气密性混凝土，由表2可得瓦斯总渗入量

q=0.012 134 50 m3/s

由此可得瓦斯段任一点单位时间单位体积里瓦斯的产生量q(x,t)为

q(x,t)=q/(31.15×108 4)=3.593 639 868×10-7

m3/(m3.s)

3.3 单元划分

家竹箐隧道单元划分如下：斜井左段隧道取558个节点，右段取440个节点，斜井取78个节点，单元长度都为5 m。时间划分为每1 s输出一个结果。家竹箐隧道活塞风速计算

家竹箐隧道和斜井组成一个三通系统，因此，斜井左右两侧隧道的活塞风速应按三通系统进行计算［4］。

取自然风速为1.5 m/s，并按自然风与列车运行方向相反、与列车运行方向相同、无自然风三种情况分别计算列车活塞风，同时考虑列车出洞后活塞风的衰减，计算结果列于表3。

表3 列车活塞风速计算结果

列车运行方向南宁→红果南宁←红果

列车运行区段A→CC→BA←CC←B

自然反风AC段风速5.273.59-5.23-3.82

vn=-1.5CB段风速3.935.37-3.59-5.26

/m*s-1CD段风速4.90-6.50-6.025.27

自然顺风AC段风速5.594.07-5.46-4.06

vn=1.5CB段风速4.175.63-4.10-5.60

/m*s-1CD段风速5.29-5.70-5.015.61

无自然风AC段风速5.433.83-5.35-3.94

vn=0CB段风速4.055.50-3.84-5.53

/m*s-1CD段风速5.05-6.10-5.535.44 家竹箐隧道通风计算

5.1 通风工况

按自然风方向与列车运行方向的最不利组合，计算了7种工况，即：第一种工况，有列车运行，自然风由南宁→红果，且vn=1.5 m/s；第二种工况，有列车运行，自然风由南宁←红果，且vn=1.5 m/s；第三种工况，有列车运行，自然风始终与列车运行方向相反，且vn=1.5 m/s；第四种工况，有列车运行，无自然风，vn=0 m/s；第五种工况，无列车运行，自然风由南宁→红果，且vn=1.5 m/s；第六种工况，无列车运行，自然风由南宁←红果，且vn=1.5 m/s；第七种工况，无列车运行，无自然风，vn=0 m/s。

5.2 列车运行组织情况

本区段行车对数为：近期6对，远期8.5对；所以列车运行间隔时间为：南宁→红果方向列车出洞后300

s，南宁←红果方向列车进洞，南宁←红果方向列车出洞后300 s，南宁→红果方向列车进洞，„„，如此往复。

5.3 有列车运行时隧道内瓦斯分布情况

有列车运行情况共计算了4种工况，计算结果比较发现自然风始终与列车运行方向相反时最为不利，现以此为例进行分析。

此时列车受逆向自然风作用，每对列车运行情况分为7个阶段，第一阶段，列车由南宁→红果方向，列车在斜井左侧运行，运行时间为232

s。第二阶段，列车由南宁→红果方向，列车在斜井右侧运行，运行时间为183 s。第三阶段，列车出洞，活塞风速衰减，时间为300

s。第四阶段，列车由南宁←红果方向，列车在斜井右侧运行，运行时间为177 s。第五阶段，列车由南宁←红果方向，列车在斜井左侧运行，运行时间为225

s。第六阶段，列车出洞，活塞风速衰减，时间为401 s。第七阶段，自然风由南宁→红果方向，时间为499 s。

每对列车按上述7个阶段组合进行计算，共计算了57对，发现列车运行7对后，隧道内瓦斯总量基本保持不变，每对列车各个阶段的瓦斯浓度分布曲线基本保持不变，这说明，列车运行7对以后，隧道内瓦斯的渗入总量与隧道洞口和斜井口排出的瓦斯总量相当，图2给出了各个阶段下瓦斯分布曲线。

由第一阶段瓦斯分布曲线图可以看出，因为列车由南宁→红果方向运行，所以活塞风速也是南宁→红果方向，因此整个瓦斯分布曲线右移，由于斜井的存在，有一部分瓦斯从斜井排出，因而斜井左侧的瓦斯浓度高于右侧瓦斯浓度。由第二阶段瓦斯分布曲线图显示，随着时间的增加，斜井继续排出瓦斯，斜井右侧瓦斯浓度逐渐高于斜井左侧的瓦斯浓度，斜井右侧瓦斯开始从隧道出口排出。由第三阶段瓦斯分布曲线图可以看出，随着活塞风速的衰减，斜井右侧瓦斯继续从隧道出口排出，且斜井右侧瓦斯浓度仍高于左侧瓦斯浓度。至此，南宁→红果方向运行的列车对隧道瓦斯浓度分布的影响计算结束。

图2 第三种工况各阶段瓦斯分布曲线

由第四阶段瓦斯分布曲线图可以看出，由于活塞风由南宁←红果方向，所以隧道瓦斯浓度分布曲线开始左移，有一部分瓦斯从斜井排出，斜井左侧由于瓦斯不断渗入，瓦斯浓度不断增加。由第五阶段瓦斯分布曲线图可见，斜井左侧瓦斯开始从洞口排出，右侧瓦斯仍有部分从斜井排出。

第六阶段瓦斯分布曲线图显示，随着活塞风速的衰减，斜井右侧瓦斯浓度降至0，斜井左侧瓦斯大量从洞口排出。由第七阶段瓦斯分布曲线图可以看出，在自然风作用下，隧道瓦斯浓度分布曲线开始右移。至此，一对列车运行结束。下一对列车通过隧道，隧道内瓦斯变化又重复图2过程。

由上述分析过程可以看出，隧道内的瓦斯浓度最大值没有超过0.06‟，与控制标准0.3%相差很多。前已述及，此工况为有列车运行情况的4种工况中最为不利工况。所以可得，在自然风速为1.5

m/s，列车运行速度为v上T＞43.26 km/h,v下T＞44.55 km/h；列车运行组织为：南宁→红果方向列车出洞后300

s，南宁←红果方向列车进洞，南宁←红果方向列车出洞后900 s，南宁→红果方向列车进洞，家竹箐隧道不需要设计机械通风。

5.4 无列车运行时隧道内瓦斯分布情况

无列车运行时共计算了3种工况，计算结果比较发现，无自然风时最为不利。这种工况下，隧道内瓦斯聚积最快，2个半小时，隧道内瓦斯浓度将超过0.3%，即超过控制指标(图3)。

图3 2小时30分钟隧道内瓦斯分布曲线图4 第五种工况隧道内瓦斯分布曲线图5 第六种工况隧道内瓦斯分布曲线

由此可以看出，在无自然风，无列车运行时，家竹箐隧道需要机械通风。

无列车运行时的另外2种工况计算结果见图

4、图5。

由图

4、图5可以看出，无列车运行，且自然风vn=1.5 m/s，不需要机械通风。

5.5 家竹箐隧道通风情况

上述7种工况中，只有无自然风，无列车运行时，需要机械通风，现按此种工况进行通风计算，假定无自然风，无列车运行已有2小时30分钟，计算通风如下：

按斜井吸出式通风，考虑瓦斯不聚积的最小风速为1.5 m/s；按这一风速配风，风机风量为141

m3/s，此时，通风10分钟，15分钟，20分钟，25分钟后，隧道内瓦斯分布见图6～图9。

图6 通风10分钟瓦斯分布曲线图7 通风15分钟瓦斯分布曲线图8 通风20分钟瓦斯分布曲线图9 通风25分钟瓦斯分布曲线

由图6～图9可以看出，按斜井吸出式通风，且风机风量为141 m3/s时，通风25分钟，可基本上将隧道内全部瓦斯排出。结论

由以上分析可得出如下结论：

(1)

对于瓦斯隧道，普通混凝土衬砌的瓦斯渗入量是气密性混凝土衬砌瓦斯渗入量的10倍，所以气密性混凝土衬砌对封闭瓦斯是非常有效的，因此，建议在瓦斯隧道的施工中采用气密性混凝土衬砌。

(2)经气密性混凝土衬砌封闭后，隧道内仍有瓦斯渗入，因此，为安全计，仍需设计机械通风。

(3)

家竹箐隧道，在列车运行速度为v上T＞43.26 km/h,v下T＞44.55 km/h；列车运行组织为：南宁→红果方向列车出洞后300

s，南宁←红果方向列车进洞，南宁←红果方向列车出洞后900 s，南宁→红果方向列车进洞，不需要机械通风。即列车运行密度大时，不需要机械通风。

(4)家竹箐隧道，无列车运行，但有自然风，且vn＞1.5 m/s，不需要设计机械通风。

(5)

家竹箐隧道，在无自然风，无列车运行时最为不利，此时瓦斯积累最快。在2小时30分钟时，隧道内瓦斯浓度将超过0.3%，即超过控制指标，因此，需要设计机械通风。

(6)家竹箐隧道按斜井吸出式通风，当风机风量为141

m3/s时，在无自然风，无列车运行最不利工况下，通风25分钟，可基本上将隧道内瓦斯全部排出。

(7)家竹箐隧道，在无自然风，无列车运行时的最不利工况下，每隔2小时30分钟，需通风25分钟。

基金项目：铁道部重点科研项目资助(铁科工科字N6)

作者简介：王明年(1965—)，男，副教授，博士

作者单位：王明年，钟新樵 西南交通大学 地下工程及岩土工程系，四川 成都 610031；

张开鑫，滕兆民 铁道部第二勘测设计院，四川 成都 610031

参考文献

［1］ 铁道部铁建函［1994］344号文.铁路瓦斯隧道技术暂行规定［S］.北京，1994.［2］ 铁道部第二勘测设计院.铁路工程设计技术手册［M］.北京：中国铁道出版社，1995.［3］ 周雪漪.计算水力学［M］.北京：清华大学出版社，1995.［4］ 铁道部第二勘测设计院.铁路隧道运营通风［M］.北京：中国铁道出版社，1983.