竖井自然排风的隧道施工通风方法及排风模式确定方法技术

本发明专利技术公开了一种竖井自然排风的隧道施工通风方法及排风模式确定方法，超特长隧道包括主洞、中导洞、第一竖井和第二竖井，在隧道右洞、隧道左洞和中导洞的洞口处，分别设置第一风机、第二风机和第三风机，并经风管将新鲜风输送至隧道右洞、隧道左洞和中导洞的掌子面，掌子面的污染风由竖井独立排放或者竖井洞体混合排放。本发明专利技术利用在隧道施工时采用已建成竖井进行通风，一方面减少了经过污风的排出路径长度，降低了污风所受到的沿程阻力，从而可以控制隧道洞口风机风压和功率，提高隧道施工通风效果，达到节能和降低成本的目的；另一方面，全部或部分污染风从竖井排出，有利于现场对施工人员和车辆的进出调度，并减小对人员健康的影响。康的影响。康的影响。

【技术实现步骤摘要】
竖井自然排风的隧道施工通风方法及排风模式确定方法


[0001]本专利技术属于隧道通风系统
，具体涉及在高海拔超长隧道建设中，利用竖井自然排风的隧道施工通风方法及排风模式确定方法。

技术介绍

[0002]高海拔特长公路隧道的建设是我国隧道工程建设发展中的一个重要组成单元，它已经在公路交通运输体系中发挥着不可替代的作用。高海拔隧道的施工通风不仅仅是作为排除隧道内粉尘和有害气体的技术手段。它将直接影响着隧道线路勘测、工程设计、施工方案、施工机械设备的选择，甚至对隧道工程建设的全产业链都有重要影响。
[0003]常规的隧道掌子面的污染风均沿主洞的洞体排出至洞口外，一方面由于超长隧道的洞体较长，排出路径引起的风阻较大，故需要在洞口设置高能耗的风机才能将污染风排出；此外污染风沿洞体排出时，也影响了施工人员和车辆的进出调度，对人员的健康防护带来影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决高海拔特长公路隧道施工通风时的高能耗、以及对进出车辆和人员的影响问题，在隧道开通前将已经建成的竖井作为施工通风的通道，减少了经过污风的排出路径长度，从而达到节能的目的。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种竖井自然排风的隧道施工通风方法，所述的超特长隧道包括主洞、中导洞、第一竖井和第二竖井，主洞包括隧道左洞和隧道右洞，中导洞位于隧道左洞和隧道右洞之间，所述的第一竖井和第二竖井沿程设置于隧道中间段落，并分别通过联络风道与隧道右洞和隧道左洞连通；其特征在于：在隧道右洞、隧道左洞和中导洞的洞口处，分别设置第一风机、第二风机和第三风机，并经风管将新鲜风输送至隧道右洞、隧道左洞和中导洞的掌子面，掌子面的污染风由竖井独立排放或者竖井洞体混合排放。
[0007]上述竖井自然排风的隧道施工通风方法中，竖井独立排放模式中，右洞掌子面的污染风经第一竖井排出，左洞掌子面的污染风经第二竖井排出，中导洞掌子面的污染风分成两部分，一部分经第一横通道到达隧道左洞，通过第二竖井排出，另一部分经过第二横通道到达隧道右洞，通过第一竖井排出。
[0008]上述竖井自然排风的隧道施工通风方法中，竖井洞体混合排放模式中，右洞掌子面的污染风一部分经过隧道右洞的洞体排出，另一部分经第一竖井排出；左洞掌子面的污染风一部分经隧道左洞的洞体排出，另一部分经第二竖井排出；中导洞掌子面的污染风分成三部分，第一部分经中导洞排出；第二部分经第一横通道到达隧道左洞，通过第二竖井排出；第三部分经过第二横通道到达隧道右洞，通过第一竖井排出。
[0009]一种竖井自然排风的隧道施工通风方法中排风模式的确定方法，包括以下步骤：
[0010]【1】根据隧道施工中的排风路径和掌子面的需要风量参数，计算得到隧道排风口
处的排风风压P；
[0011]【2】根据竖井的海拔高度以及当地的大气压强，计算得到隧道排风口的自然风压P0′
；
[0012]【3】根据计算得到的隧道排风口处的排风风压P和自然风压P0′
，计算得到污染风经过竖井独立排放或者竖井洞体混合排放的临界条件；其中隧道排风口即为竖井与隧道的联络口。
[0013]上述排风模式的确定方法中，隧道排风口处的排风风压的P计算步骤为：
[0014]【1.1】通风过程中的风管阻力和排风时隧道内的阻力计算：
[0015]分别测量隧道内风管的长度l
f
、主洞和中导洞掌子面距隧道排风口的距离l
p
，并根据步骤【1.2】和步骤【1.3】分别计算风管内的层流阻力h
cf
、紊流阻力h
wf
、局部阻力h
x
和隧道内的沿程阻力P
λ
、局部阻力P
ξ
；
[0016]【1.2】根据风管长度计算其风管的层流阻力、紊流阻力、局部阻力，其中
[0017]h
wf
＝R
cf
Q
[0018][0019][0020]R
cf
为层流摩擦阻力N
·
S2/m3；λ为达西系数，无因次；L为通风管长度，m；D为通风管直径，m；ρ为流体密度，kg/m
3 V为通风管平均风速，m/s；Q为需风量，m3；F为风管截面积，m2；
[0021]【1.3】根据隧道的掌子面距排风口距离计算沿程阻力、局部阻力，其中
[0022][0023][0024]Q＝v
e
·
A；P
λ
为沿程阻力，Pa；v
e
为隧道断面平均风速，m/s；R
λ
为摩擦风阻，kg/m7；A为隧道截面面积，m2。P
ξ
为局部阻力，Pa；ξ为局部阻力系数；R
ξ
为局部风阻，kg/m7；L
r
为风管长度，m；ρ为空气密度，kg/m3；
[0025]【1.4】隧道排风口处的排风风压计算：
[0026]P＝P
k
′‑
P
λ1
‑
P
ξ1
[0027]其中P
k
′
是风管出风口风压，可根据风机供风风压及风管的阻力得到的：
[0028]P
′
k
＝P0+nP
J
‑
h
cf
‑
h
wf
‑
h
x
[0029]P
J
为单个风机产生的风压，Pa；n为需要的风机台数，无因次；P0为隧道洞口的自然风压，Pa；P
λ1
为隧道掌子面到排风口处的沿程阻力，Pa；P
ξ1
为隧道掌子面到排风口处的局部阻力，Pa。
[0030]上述排风模式的确定方法中，隧道排风口的自然风压阻力的计算步骤为：
[0031]根据排风口的海拔高度以及当地气象站的海拔高度，计算排风口的自然风压
[0032][0033]特别地，当通过竖井进行排风时，由于竖井到隧道的排风口有一定的高度差，所以需要考虑高度引起的气压差
[0034][0035]进一步地，将以上两式联立整理化简后得到
[0036][0037]式中P
H
为海拔高度为H处的气压，Pa；P
气
为当地气象站的气压，Pa；g
p
为气压梯度，g
p
＝800～1067Pa/100mm；ΔH为海拔高度为H处与当地气象站气压海拔高度差；P0′
为排风口风压，Pa；M为摩尔质量；R为常量(理想气体中为常量，约为8.3144)；T绝对温度；P0′
为高度差为
△
h处的气压，Pa；
△
h为高度差，m。
[0038]上述排风模式的确定方法中，步骤【3】中，当P+ΔP
‑
P
λ2
‑
P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种竖井自然排风的隧道施工通风方法，所述的隧道属于高海拔超长隧道，包括主洞、中导洞(2)、第一竖井(14)和第二竖井(15)，主洞包括隧道左洞(1)和隧道右洞(3)，中导洞(2)位于隧道左洞(1)和隧道右洞(3)之间，所述的第一竖井(14)和第二竖井(15)沿程设置于隧道中间段落，并分别通过联络风道(21)与隧道右洞(3)和隧道左洞(1)连通；其特征在于：在隧道右洞(3)、隧道左洞(1)和中导洞(2)的洞口处，分别设置第一风机(17)、第二风机(16)和第三风机(23)，并经风管将新鲜风输送至隧道右洞(3)、隧道左洞(1)和中导洞(2)的掌子面，掌子面的污染风由竖井独立排放或者竖井洞体混合排放。2.根据权利要求1所述的竖井自然排风的隧道施工通风方法，其特征在于：竖井独立排放模式中，右洞掌子面(9)的污染风经第一竖井(14)排出，左洞掌子面(7)的污染风经第二竖井(15)排出，中导洞掌子面(8)的污染风分成两部分，一部分经第一横通道(12)到达隧道左洞(1)，通过第二竖井(15)排出，另一部分经过第二横通道(13)到达隧道右洞(3)，通过第一竖井(14)排出。3.根据权利要求1所述的竖井自然排风的隧道施工通风方法，其特征在于：竖井洞体混合排放模式中，右洞掌子面(9)的污染风一部分经过隧道右洞(3)的洞体排出，另一部分经第一竖井(14)排出；左洞掌子面(7)的污染风一部分经隧道左洞(1)的洞体排出，另一部分经第二竖井(15)排出；中导洞掌子面(8)的污染风分成三部分，第一部分经中导洞(2)排出；第二部分经第一横通道(12)到达隧道左洞(1)，通过第二竖井(15)排出；第三部分经过第二横通道(13)到达隧道右洞(3)，通过第一竖井(14)排出。4.用于权利要求1
‑
3任意之一的竖井自然排风的隧道施工通风方法中排风模式的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：【1】根据隧道施工中的排风路径和掌子面的需要风量参数，计算得到隧道排风口处的排风风压P；【2】根据竖井的海拔高度以及当地的大气压强，计算得到隧道排风口的自然风压P0′
；【3】根据计算得到的隧道排风口处的排风风压P和自然风压P0′
，计算得到污染风经过竖井独立排放或者竖井洞体混合排放的临界条件；其中隧道排风口即为竖井与隧道的联络口。5.根据权利要求4所述的竖井自然排风的隧道施工通风方法中排风模式的确定方法，其特征在于，隧道排风口处的排风风压的P计算步骤为：【1.1】通风过程中的风管阻力和排风时隧道内的阻力计算：分别测量隧道内风管的长度l
f
、主洞和中导洞掌子面距隧道排风口的距离l
p
，并根据步骤【1.2】和步骤【1.3】分别计算风管内的层流阻力h
cf
、紊流阻力h
wf
、局部阻力h
x
和隧道内的沿程阻力P
λ
、局部阻力P
ξ
；【1.2】根据风管长度计算其风管的层流阻力、紊流阻力、局部阻力，其中h
wf
＝R
cf
QQR
cf
为层流摩擦阻力N
·
S2/m3；λ为达西系数，无因次；L为通风管长度，m；D为通风管直径，
m；ρ为流体密度，kg/m3V为通风管平均风速，m/s；Q为需风量，m3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建勋，贾海洋，刘伟伟，罗彦斌，陈丽俊，尚清晨，高尚昆，方腾飞，王传武，牛嘉伟，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：