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摘要：在我国交通设施的快速发展过程中，隧道施工穿越煤系地层也将越加频繁，随之带来的就是瓦斯事故的不断增加。有效的提高隧道瓦斯危险检测手段和预防方法是减轻瓦斯事故带来灾害的重要措施之一。文章通过成渝客运专线缙云山隧道现场施工特点，对隧道通风设计、方案选择、设备选型等进行详细分析，对类似隧道通风处理提供了参考。
关 键 词：客运专线低瓦斯隧道压入式通风风机
中图分类号： F560.83 文献标识码：A 文章编号：
Abstract：In China, the rapid development of traffic facilities, tunnel through coal measures strata will be more and more frequent, the attendant is constantly increasing gas accident. Effectively improve the tunnel gas risk detection means and prevention method is to reduce the gas accident is one of the important measures to bring disaster. This article through the Chengyu passenger dedicated line characteristics of construction site of Jinyun Mountain tunnel, tunnel ventilation design, scheme selection, the selection of equipment are analyzed in detail, the similar tunnel ventilation treatment provides the reference.
Key Words：Passenger dedicated line；Low gas tunnel；Pressure ventilation；Wind machine
1工程介绍
缙云山隧道位于重庆市境内壁山县～九龙坡区段，起讫里程为DK275+355～DK278+530，中心里程DK276+942.5，全长3175m， 隧道位于半径8000m的右偏曲线上，隧道进口段纵坡为20‰的上坡，变坡点DK275+750后纵坡为3.9‰的上坡，出口段DK277+800后纵坡为3‰的下坡。本隧道设置贯通斜井一座，位于线路左侧，斜井与正洞相交里程为DK277+480.26，斜井长185.5m，最大坡度6%。
2隧道通风原则
（1）选取正确的隧道施工通风方式，尽量采用能耗低、维修管理方便。
（2）隧道内安装水幕降尘设备，配置专用洒水车，尽量减少洞内扬尘。
（3）在隧道断面净空允许的情况下，尽可能采用大直径风管配大风量通风机，以减少能耗损失，主洞风管直径不宜小于1.5米。
（4）在隧道斜井与正洞交叉口制作风房，风房与新鲜空气通道和通风机连接，向各掌子面供风。
3隧道通风设备的选择
由于缙云山隧道设计定性为低瓦斯隧道，而施工通风则是稀释和排放瓦斯的最有效方法，拟采取压入式通风。
3.1通风设备配置原则
（1）通风机产生的风量不能小于理论计算风量；
（2）通风机直径与选取通风管直径不能差别太大；
（3）风机全压值不小于管道总阻力（工作风压）。
3.2风量计算
按稀释和排除炮烟所需风量计算的公式很多，此处采用如下公式计算。
公式：
式中：t—放炮后通风时间，取60分钟；
G—单次爆破最大装药量，取300Kg；
Q—淋水系数，取0.3；
b—炸药爆炸时的有害气体生成量，岩层中取40；
ξ—风管漏风系数，见下计算；
A—隧道半断面面积，取最大值150m2；
L—最长通风距离，进出口正洞段取1000m，斜井正洞去1500m；
由此得：
考虑弯道风损，按85%有效考虑，故斜井正洞段设计为2155m3/min。
故，正洞设计风量取1517m3/min，斜井设计风量取2262m3/min。
3.3通风系统设计
3.3.1漏风系数
隧道进出口段：根据施工安排通风机距掘进面最大长度按L=1000m，斜井段长度L=1500m，取大值计算。
公式：
式中：ξ—风管漏风系数；
β—百米漏风率，取1%；
L—风管长度。
正洞风管漏风系数 =1.106，(β=0.01，L=1000m)
斜井正洞风管漏风系数 =1.163，(β=0.01，L=1500m)
3.3.2风机供风量
通风机供风量：
式中：μ—通风安全富裕度；
Qmax—工作面最大风量。
则进出口正洞Qmax供=1.106×1517=1677.8m3/min，取：1700m3/min。
斜井正洞Qmax供=1.163×2262=2630.7m3/min，取：2650m3/min。
3.3.3风管选型
根据以往施工经验、隧道断面以及目前常用性能稳定的风机选定通风管直径，同时还需考虑减少通风阻力以及风管的内压承受能力，取风管风速1200m/min，则风管直径为：
式中：d—设计风管直径；
Q—设计通风量，长距离通风系统设计风量应取风机风量与工作面风量的几何平均值： ；
v—设计风管风速。
计算得风管直径为进口段1.31m，斜井段1.61m，考虑到缙云山隧道为低瓦斯隧道，为排出有毒有害气体、设备废气及灰尘，改善洞内环境条件，确保充裕的新鲜空气，依据市场上通风管规格型号，隧道进口段正洞通风管直径选择1.5m，斜井段通风管直径选择1.8m，成都建通达工程机械有限公司供给的阻燃、抗静电柔性风管。
3.3.4风压计算
(1)风管沿程阻力
风管沿程阻力计算公式：
式中：a—风管通风摩擦阻力系数， ，取 ；
d—风管直径；
L—风管长度，隧道進出口取1000m，斜井段取1500m；
Q—风量，隧道进出口段取27 m3/s，斜井正洞段取41m3/s。
计算得进出口段风管沿程阻力H沿=1248pa，斜井正洞段H沿=1735pa。
(2)风管接头局部阻力
风管接头局部阻力计算公式：
式中：n—风管接头数目，按10m接一次计算；
ξ2—风管接头局部阻力系数，0.05～0.15，取0.15。
ρ—空气密度，取1.293kg/m3；
S—风管面积；
Q—风量，隧道进出口段取27m3/s，斜井正洞段取41m3/s。
计算得进出口段风管接头局部阻力H局部=2262pa，斜井正洞段为H局部=3780pa。
(3)总阻力
进出口段总阻力H总= H沿+ H局部=3510pa，斜井正洞段为H总= H沿+ H局部=5515pa。
3.3.5风机选择及验算
(1) 风机功率计算
风机功率计算公式：
式中：Qj—风机供风量；
H—风机工作风压（阻力）；
η—风机工作效率，取80%；
K—功率储备系数，取1.05；
η—风机工作效率，取80%；
隧道进出口段：W=1700×3510×1.05/(60×0.8)=131Kw
斜井：W=2650×5515×1.05/(60×0.8)=320Kw
(2) 风机选择
通过以上计算，可初步选择通风机，选择前需绘制通风机与管道联合工作特性图，并找出系统工作点。对于一个合理的系统，在最长通风距离时，该工作点应处在风机高效稳定的工作区内。通风设备选用成都运城风机制造有限公司生产的SFDZ变极变速系列隧道施工专用压入式轴流通风机，具体如下：
缙云山隧道进口段：风机型号SFDZ-Ⅲ-No.12.5型，2×110kW的轴流风机，风管直径选用1.5m。备用1台，共配备3台。
缙云山隧道出口段：风机型号SFDZ-Ⅲ-No.12.5型，2×110kW的轴流风机，风管直径选用1.5m。备用1台，共配备3台。
缙云山隧道斜井正洞段：風机型号SFDZ-Ⅰ-No.16型，2×132kW轴流风机，风管直径选用1.8m，配备2台。
(3) 风机性能验算
SFDZ-Ⅲ-No.12.5型轴流通风机风量1150-2912 m3/min，高效风量2385 m3/min，隧道进出口段正洞掌子面所需风量要求Q机≥1.1Qmax，即2385 m3/min ＞1870m3/min；风压H总= 3510pa＜H机=4800pa，风速验算：2385/（150×60）=0.27m/s＜1 m/s，风机选择符合要求。同理，斜井正洞段风机选择亦符合要求。
4通风布置及管理
4.1通风布置
隧道进出口段通风采用压入式通风方式，在隧道进、出口分别设置1台110KW×2的压入式轴流通风机通风，斜井口采用压入式通风为主，吸出式通风为辅的通风方式，斜井口设置2台132KW×2的压入式轴流通风机通风，保证有毒有害气体、设备废气及灰尘顺畅地被排出，避免污风循环。工区内通风机配备柴油发电机自备电源，电源分两路，同时装设风电闭锁装置。当一路电源停止供电时，另一路电源在15min内接通供电，保证风机的正常运转。
4.2通风管理
施工通风管理水平的高低是影响通风效果的关键因素之一。如果通风管理不善，将使工作面得不到足够的新鲜空气，瓦斯和沿途污浊空气不能及时排出洞外，不但达不到通风效果，还会埋下极大的安全隐患。
（1）以“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的原则，强化通风管理。具体就是：以长代短，减少接头数量；以大代小，在净空允许的条件下，尽量采用大直径风管；以直取弯，减少风阻。
（2）设立通风班组。作业人员进行通风值班，确保按要求通风以及及时关闭有关风门，防止漏风、窜风。通风班组人员必须是通风管理专职人员，不得兼职。建立健全管理制度，加强通风的日常管理，勤检查、常维修，保证风机正常运转。
（3）风管采用防水、阻燃、抗静电性能的软管。风管应敷设在电缆电线相对的一侧，敷设时必须做到平、直、稳、紧，确保在水平面上无弯曲，风管无皱褶，无扭曲，不破坏。做到风管的百米漏风率不大于1%；随掘进工作面的延伸及时接长风管，风管出风口距掘进工作面的距离不宜大于30m。
（4）保证风管接头严密，避免车刮炮崩，防止漏风或尽量减少漏风。风管与风机连接处采用30m长铁皮变径导风筒与软式风筒连接；在掌子面侧风管末端也增加一节10m长铁皮风筒，防止爆破时破坏风管；风管经过衬砌地段时，风管应穿过衬砌台车支撑构件，减少弯折，确保管路畅通。
（5）通风机与风管使用要做长远规划，避免反复安装。通风设备要定时检修和保养，平时有一台性能良好的通风机备用，如果隧道通风机突然损坏可随时更换，以确保通风系统时刻处于良好状态，改善施工环境。
（6）通风机安装须稳固，通风方向与施工前进方向一致，且高度与洞口风管齐平。
（7）在瓦斯易于积聚的空间、衬砌台车附近区域设置局扇实施局部通风，消除瓦斯积聚。并建立和执行项目经理、总工、架子队长、安全员、瓦斯监测负责人的巡视制度，一旦发现洞内瓦斯浓度超标时，项目经理、总工、架子队长、安全员、瓦斯监测负责人必须有1人在现场严盯死守，直至洞内瓦斯浓度达到允许浓度范围以内。
（8）隧道在施工期间，应实施连续通风，因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员切断电源，恢复通风前必须检查瓦斯浓度。确认瓦斯浓度在允许范围以内方可人工启动风机。
（9）管路长度大于1000m时，应在最低处设置油水分离器，定时放出管内中的积油和积水。
5结 论
通过结合缙云山隧道施工实例，对该隧道出口以及斜井正洞的通风设计、设备选型、通风管理等进行详细探讨，提出该隧道采用压入式通风方案供风的技术方案。从该隧道通风实施效果表明，斜井施工通风方式的通风效果较好，可在其它客运专线低瓦斯隧道斜井施工中推广应用。
参考文献：
[1]丁睿，瓦斯隧道建设关键技术.北京：人民交通出版社，2010.5.
[2]中华人民共和国铁道部.高速铁路隧道工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社，2010.12.08.
[3]中华人民共和国铁道部.高速铁路隧道工程施工质量验收标准.北京：中国铁道出版社，2010.12.08.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关 键 词：客运专线低瓦斯隧道压入式通风风机
中图分类号： F560.83 文献标识码：A 文章编号：
Abstract：In China, the rapid development of traffic facilities, tunnel through coal measures strata will be more and more frequent, the attendant is constantly increasing gas accident. Effectively improve the tunnel gas risk detection means and prevention method is to reduce the gas accident is one of the important measures to bring disaster. This article through the Chengyu passenger dedicated line characteristics of construction site of Jinyun Mountain tunnel, tunnel ventilation design, scheme selection, the selection of equipment are analyzed in detail, the similar tunnel ventilation treatment provides the reference.
Key Words：Passenger dedicated line；Low gas tunnel；Pressure ventilation；Wind machine
1工程介绍
缙云山隧道位于重庆市境内壁山县～九龙坡区段，起讫里程为DK275+355～DK278+530，中心里程DK276+942.5，全长3175m， 隧道位于半径8000m的右偏曲线上，隧道进口段纵坡为20‰的上坡，变坡点DK275+750后纵坡为3.9‰的上坡，出口段DK277+800后纵坡为3‰的下坡。本隧道设置贯通斜井一座，位于线路左侧，斜井与正洞相交里程为DK277+480.26，斜井长185.5m，最大坡度6%。
2隧道通风原则
（1）选取正确的隧道施工通风方式，尽量采用能耗低、维修管理方便。
（2）隧道内安装水幕降尘设备，配置专用洒水车，尽量减少洞内扬尘。
（3）在隧道断面净空允许的情况下，尽可能采用大直径风管配大风量通风机，以减少能耗损失，主洞风管直径不宜小于1.5米。
（4）在隧道斜井与正洞交叉口制作风房，风房与新鲜空气通道和通风机连接，向各掌子面供风。
3隧道通风设备的选择
由于缙云山隧道设计定性为低瓦斯隧道，而施工通风则是稀释和排放瓦斯的最有效方法，拟采取压入式通风。
3.1通风设备配置原则
（1）通风机产生的风量不能小于理论计算风量；
（2）通风机直径与选取通风管直径不能差别太大；
（3）风机全压值不小于管道总阻力（工作风压）。
3.2风量计算
按稀释和排除炮烟所需风量计算的公式很多，此处采用如下公式计算。
公式：
式中：t—放炮后通风时间，取60分钟；
G—单次爆破最大装药量，取300Kg；
Q—淋水系数，取0.3；
b—炸药爆炸时的有害气体生成量，岩层中取40；
ξ—风管漏风系数，见下计算；
A—隧道半断面面积，取最大值150m2；
L—最长通风距离，进出口正洞段取1000m，斜井正洞去1500m；
由此得：
考虑弯道风损，按85%有效考虑，故斜井正洞段设计为2155m3/min。
故，正洞设计风量取1517m3/min，斜井设计风量取2262m3/min。
3.3通风系统设计
3.3.1漏风系数
隧道进出口段：根据施工安排通风机距掘进面最大长度按L=1000m，斜井段长度L=1500m，取大值计算。
公式：
式中：ξ—风管漏风系数；
β—百米漏风率，取1%；
L—风管长度。
正洞风管漏风系数 =1.106，(β=0.01，L=1000m)
斜井正洞风管漏风系数 =1.163，(β=0.01，L=1500m)
3.3.2风机供风量
通风机供风量：
式中：μ—通风安全富裕度；
Qmax—工作面最大风量。
则进出口正洞Qmax供=1.106×1517=1677.8m3/min，取：1700m3/min。
斜井正洞Qmax供=1.163×2262=2630.7m3/min，取：2650m3/min。
3.3.3风管选型
根据以往施工经验、隧道断面以及目前常用性能稳定的风机选定通风管直径，同时还需考虑减少通风阻力以及风管的内压承受能力，取风管风速1200m/min，则风管直径为：
式中：d—设计风管直径；
Q—设计通风量，长距离通风系统设计风量应取风机风量与工作面风量的几何平均值： ；
v—设计风管风速。
计算得风管直径为进口段1.31m，斜井段1.61m，考虑到缙云山隧道为低瓦斯隧道，为排出有毒有害气体、设备废气及灰尘，改善洞内环境条件，确保充裕的新鲜空气，依据市场上通风管规格型号，隧道进口段正洞通风管直径选择1.5m，斜井段通风管直径选择1.8m，成都建通达工程机械有限公司供给的阻燃、抗静电柔性风管。
3.3.4风压计算
(1)风管沿程阻力
风管沿程阻力计算公式：
式中：a—风管通风摩擦阻力系数， ，取 ；
d—风管直径；
L—风管长度，隧道進出口取1000m，斜井段取1500m；
Q—风量，隧道进出口段取27 m3/s，斜井正洞段取41m3/s。
计算得进出口段风管沿程阻力H沿=1248pa，斜井正洞段H沿=1735pa。
(2)风管接头局部阻力
风管接头局部阻力计算公式：
式中：n—风管接头数目，按10m接一次计算；
ξ2—风管接头局部阻力系数，0.05～0.15，取0.15。
ρ—空气密度，取1.293kg/m3；
S—风管面积；
Q—风量，隧道进出口段取27m3/s，斜井正洞段取41m3/s。
计算得进出口段风管接头局部阻力H局部=2262pa，斜井正洞段为H局部=3780pa。
(3)总阻力
进出口段总阻力H总= H沿+ H局部=3510pa，斜井正洞段为H总= H沿+ H局部=5515pa。
3.3.5风机选择及验算
(1) 风机功率计算
风机功率计算公式：
式中：Qj—风机供风量；
H—风机工作风压（阻力）；
η—风机工作效率，取80%；
K—功率储备系数，取1.05；
η—风机工作效率，取80%；
隧道进出口段：W=1700×3510×1.05/(60×0.8)=131Kw
斜井：W=2650×5515×1.05/(60×0.8)=320Kw
(2) 风机选择
通过以上计算，可初步选择通风机，选择前需绘制通风机与管道联合工作特性图，并找出系统工作点。对于一个合理的系统，在最长通风距离时，该工作点应处在风机高效稳定的工作区内。通风设备选用成都运城风机制造有限公司生产的SFDZ变极变速系列隧道施工专用压入式轴流通风机，具体如下：
缙云山隧道进口段：风机型号SFDZ-Ⅲ-No.12.5型，2×110kW的轴流风机，风管直径选用1.5m。备用1台，共配备3台。
缙云山隧道出口段：风机型号SFDZ-Ⅲ-No.12.5型，2×110kW的轴流风机，风管直径选用1.5m。备用1台，共配备3台。
缙云山隧道斜井正洞段：風机型号SFDZ-Ⅰ-No.16型，2×132kW轴流风机，风管直径选用1.8m，配备2台。
(3) 风机性能验算
SFDZ-Ⅲ-No.12.5型轴流通风机风量1150-2912 m3/min，高效风量2385 m3/min，隧道进出口段正洞掌子面所需风量要求Q机≥1.1Qmax，即2385 m3/min ＞1870m3/min；风压H总= 3510pa＜H机=4800pa，风速验算：2385/（150×60）=0.27m/s＜1 m/s，风机选择符合要求。同理，斜井正洞段风机选择亦符合要求。
4通风布置及管理
4.1通风布置
隧道进出口段通风采用压入式通风方式，在隧道进、出口分别设置1台110KW×2的压入式轴流通风机通风，斜井口采用压入式通风为主，吸出式通风为辅的通风方式，斜井口设置2台132KW×2的压入式轴流通风机通风，保证有毒有害气体、设备废气及灰尘顺畅地被排出，避免污风循环。工区内通风机配备柴油发电机自备电源，电源分两路，同时装设风电闭锁装置。当一路电源停止供电时，另一路电源在15min内接通供电，保证风机的正常运转。
4.2通风管理
施工通风管理水平的高低是影响通风效果的关键因素之一。如果通风管理不善，将使工作面得不到足够的新鲜空气，瓦斯和沿途污浊空气不能及时排出洞外，不但达不到通风效果，还会埋下极大的安全隐患。
（1）以“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的原则，强化通风管理。具体就是：以长代短，减少接头数量；以大代小，在净空允许的条件下，尽量采用大直径风管；以直取弯，减少风阻。
（2）设立通风班组。作业人员进行通风值班，确保按要求通风以及及时关闭有关风门，防止漏风、窜风。通风班组人员必须是通风管理专职人员，不得兼职。建立健全管理制度，加强通风的日常管理，勤检查、常维修，保证风机正常运转。
（3）风管采用防水、阻燃、抗静电性能的软管。风管应敷设在电缆电线相对的一侧，敷设时必须做到平、直、稳、紧，确保在水平面上无弯曲，风管无皱褶，无扭曲，不破坏。做到风管的百米漏风率不大于1%；随掘进工作面的延伸及时接长风管，风管出风口距掘进工作面的距离不宜大于30m。
（4）保证风管接头严密，避免车刮炮崩，防止漏风或尽量减少漏风。风管与风机连接处采用30m长铁皮变径导风筒与软式风筒连接；在掌子面侧风管末端也增加一节10m长铁皮风筒，防止爆破时破坏风管；风管经过衬砌地段时，风管应穿过衬砌台车支撑构件，减少弯折，确保管路畅通。
（5）通风机与风管使用要做长远规划，避免反复安装。通风设备要定时检修和保养，平时有一台性能良好的通风机备用，如果隧道通风机突然损坏可随时更换，以确保通风系统时刻处于良好状态，改善施工环境。
（6）通风机安装须稳固，通风方向与施工前进方向一致，且高度与洞口风管齐平。
（7）在瓦斯易于积聚的空间、衬砌台车附近区域设置局扇实施局部通风，消除瓦斯积聚。并建立和执行项目经理、总工、架子队长、安全员、瓦斯监测负责人的巡视制度，一旦发现洞内瓦斯浓度超标时，项目经理、总工、架子队长、安全员、瓦斯监测负责人必须有1人在现场严盯死守，直至洞内瓦斯浓度达到允许浓度范围以内。
（8）隧道在施工期间，应实施连续通风，因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员切断电源，恢复通风前必须检查瓦斯浓度。确认瓦斯浓度在允许范围以内方可人工启动风机。
（9）管路长度大于1000m时，应在最低处设置油水分离器，定时放出管内中的积油和积水。
5结 论
通过结合缙云山隧道施工实例，对该隧道出口以及斜井正洞的通风设计、设备选型、通风管理等进行详细探讨，提出该隧道采用压入式通风方案供风的技术方案。从该隧道通风实施效果表明，斜井施工通风方式的通风效果较好，可在其它客运专线低瓦斯隧道斜井施工中推广应用。
参考文献：
[1]丁睿，瓦斯隧道建设关键技术.北京：人民交通出版社，2010.5.
[2]中华人民共和国铁道部.高速铁路隧道工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社，2010.12.08.
[3]中华人民共和国铁道部.高速铁路隧道工程施工质量验收标准.北京：中国铁道出版社，2010.12.08.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。