武汉长江隧道工程火灾通风设计实例.doc

1.武汉长江隧道工程火灾通风设计实例1工程概况：被称为“万里长江第一隧”的武汉长江隧道南起武昌友谊大道，北接汉口大智路。隧道内设双向四车道，设计时速50km/h，盾构断面面积为74.2平方米，主线最大纵向坡度4.5%，通风设计里程约3400m。由于地处市中心，车流量非常大，发生火灾时，如何有效组织气流控制烟气流动，根据火灾发生的区域及时将烟气排除，为尚在隧道内的人员和消防人员提供一定的新风量，以利于人员疏散和灭火。2.长大隧道通风排烟实例1工程概况分水关隧道位于温福铁路(福建段)I标段内,全长9735m，其中7590m位于福建段，2145m位于浙江段。在线路里程DK84+880处设有斜井，斜井长625m，与隧道平面夹角45°。分水关隧道福建段在斜井处和出口分别开辟工作面进行施工。由于进洞独头掘进线路长，隧道的通风是本工程的重中之重。2分水关隧道施工通风方案在出口和斜井贯通之前，在斜井和出口均采用独头压入式通风方式；贯通后在斜井内设置抽出式风机，在正洞内设置压入式风机，采用混合式通风方式供给施工通风，并在斜井与正洞交内设置3台射流风机辅助通风。为确保隧道内环境卫生，创造良好的工作环境，保证一线职工和施工人员健康，必须加大通风除尘措施，降低各种作业产生的粉尘和有害气体。2.1施工通风控制条件坑道中氧气含量：按体积计，不得低于20%。粉尘允许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg；含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg；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10mg。有害气体浓度：一氧化碳：不大于30mg/m3。当施工人员进入开挖面检查时，浓度可为100mg/m3，但必须在30min内降至30mg/m3。二氧化碳：按体积计，不超过0.5%。氮氧化物换算成NO2为5mg/m3以下。隧道内气温不得超过28C。 隧道施工时，供给每人新鲜空气量，不应低于3m3/min，采用内燃机械作业时，1kw功率的机械设备供风量不宜小于3m3/min。隧道开挖时全断面风速不应小于0.15m/，但不得大于6m/S。2.2施工通风计算斜井施工通风计算（1）施工通风需风量计算①施工通风计算前提设定参数:开挖断面积S=120m2（主洞）一次开挖长度L=3.8m单位体积耗药量0.7Kg/m3一次爆破用药量G=319.2kg洞内同时工作的最多人数m=150人出碴车辆(按洞内4台自卸车计算)4×173KW爆破后通风排烟时间t=40min通风管直径Φ1.8m，管节20m风管百米漏风率β=1.3%漏风系数P1.05风管内摩阻系数0.019风量备用系数k=1.15最小洞内风速V=0.15m/s则，炮烟抛掷长度LS=15+G/5=15+319.2/5=78.84m风量计算从四个方面予以考虑，即按洞内要求最低风速计算得Q1；按洞內最多工作人员数计算得Q2；按排除爆破炮烟计算得Q3；按稀释内燃机废气计算得Q4。通过上述计算，取Q计=Max（Q1Q2Q3Q4）。②需风量的计算a.按洞内要求最低风速计算得Q1Q1=V·S×60=0.15×120×60=1080m3/minb.按洞內最多工作人员数计算得Q2Q2=k·m·q=1.15×150×3=517.5m3/min 一般标准为每人每分钟需要新鲜空气量3m3。c.按排除爆破炮烟计算得Q3Q3=V1-(KV1t+1/V2)1/t=V1[1-(KV1/V2)1/t]=9460.8×[1-(100×10-6×9460.8/12.768)1/40]=595.917m3/minV1--一次爆破产生的炮烟体积V1=S·Ls=120×78.84=9460.8m3V2--一次爆破产生的有害气体V2=a·G=40×10-3×319.2=12.768m3t--通风时间取40min；k--允许浓度取100ppma----单位重炸药爆破产生的有害气体换算成的CO体积取40×10-3m3/kgd.按稀释内燃机作业废气计算得Q4根据装碴作业工序中内燃设备分布，工作面暂按4台斯太尔自卸车，每台作业时的功率为173KW。Q4=ni·A=3×4×173=2076m3/minni--洞内同时使用内燃机作业的总功率数；A--洞内同时使用内燃机每KW所需的风量，一般取3m3/min。通过计算、比较，正洞工作面需风量由稀释内燃机作业废气控制，需风量为2076m3/min。③考虑漏风的风量计算通风机的供风量除满足上述计算的需要风量外，还应考虑漏失的风量(风管最长状态下的漏风系数)。Q=1.05×2076=2179.8m3/min④斜井进入正洞施工洞口风机计算。由上述计算，设计中暂确定工作面计算风量(Q计)为K2179.8m3/min，风速0.15m/s，根据最不利的情况下计算的最大风量值(Q总)选择洞口处的风机。Q总=KQ计/(1-β)L/100=1.0×2179.8/(1-0.013)4483/100=3919.03(m3/min)结论:根据以上计算结果,斜井洞口选择风量为3919.03m3/min的风机才能满足正洞施工通风需求。根据现场实际情况,每工作面可选择两台风量为2000m3/min的风机在斜井口并联。（2）风压计算通风阻力包括摩擦阻力和局部阻力，摩擦阻力在风流的全部流程内存在，如拐弯、分支及风流受到其他阻碍的地方。为保证将所需风量送到工作面，并达到规定的风速，通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h>h阻。H总阻=Σh摩+Σh局 ①局部压力损失：在斜井通风方案中，主要有转弯引起的局部压力损失，按下列公式计算：h局=ξ×ρ×ν2/2pa式中：ξ---局部阻力系数ρ---空气密度，取1.2ν---转弯管道风速，取30.54m/s拐弯局部阻力系数计算公式如下：ξ=0.008α0.75/n0.6n=R/D式中：R为拐弯半径（取40m），D为风管直径，取1.8m，α为拐弯角度。拐弯局部阻力系数计算得：ξ=0.008×450.75/22.220.6=0.022局部阻力得：h局=0.022×1.2×30.542/2=12.10pa②沿程压力损失计算：h=6.5×α×L×Q×g/Dα--风道摩擦阻力系数，取α=3×10-4kgs2/m3；L--风道长度，取4483mQ--风量，取3919.03/60=65.32m3/s；g--重力加速度m/s2，取9.81m/s2；D--风管直径1.8mh--沿程摩擦阻力pa③斜井进正洞沿程压力损失计算Σh摩=6.5×3×10-4×4483×65.32×9.81/1.8=3112.05pah阻=Σh局+Σh摩=12.10+3112.05=3124.15pa结论：根据以上计算结果，选用直径1.8m的风管供风，全压4000pa的风机能满足施工要求。出口施工通风计算Q总=KQ计/(1-β)L/100=1.0×2179.8/(1-0.013)3732/100=3552.22(m3/min)h=6.5×3×10-4×3732×65.32×9.81/1.8=2590.71pa结论:根据以上计算结果,洞口选择风量为3552.22m3/min的风机才能满足正洞施工通风需求。根据现场实际情况,每工作面可选择两台风量为2000m3/min的风机在出口并联，选用直径1.8m的风管供风，全压4000pa的风机能满足施工要求。 （3）通风设备、材料选择见施工通风设备、材料配置表。型号:SDA152BD-2SE132型隧道轴流通风机。厂家:天津市通创风机有限公司风机性能参数:流量(m3/min)压力（pa）叶轮转速（一级/二级）（r/min）电机功率（kw）30004100985/985132+132风机性能调节：SDA-BD型有4档转速，8种运行模式，常用功率的调节范围有5档，对于SE型，功率为21%、42%、63%、76%、100%。功率的变化如下所示：本风机的5档功率调节范围：1档2档3档4档5档运行模式1#低速1#低速+2#低速1#低档+2#高速1#高速+2#低速1#高速+2#高速功率KW55112167192264通风管直径1.8m2.3通风管理措施1、成立以项目经理为中心，由安全员、通风管理员、通风检测员参加的通风管理机构，负责通风系统各种设备的管理和检修，督促严格按既定的通风方案实施、操作，不得走捷径，不得图省事。2、通风检测员应定期测试洞内风速、风量、气温、气压、瓦斯浓度等，并做出详细记录，及时反馈到现场主管人员，以及时采取必要的措施。3、柔性风管的安装必须做到平顺、挺直、紧扎、安稳。通风管理员应随时检查通风系统的运行情况。当发现通风管破损时，必须及时修理或更换。4、对通风系统要千方百计的防漏降阻。风管安装顺直、严密,及时修补破损漏风，在加强通风的同时，习尽量减少内燃机排放尾气，提高机械工作效率，同时洞内采取防尘措施，尽最大努力防漏降阻。5、通风机应装有保险装置，当发生故障时应能自动停机，且通风机应有适当的备用数量。 6、如通风设备出现事故或洞内通风受阻，作业条件太差，所有人员应撤离现场，在通风系统未恢复正常工作和经全面检查确认洞内已无有害气体之前，不得进入洞内。7、稳定通风管理力量，切实加强通风管理工作。合理的通风系统必须有到位的通风管理相配合。再好的通风设计和布置方案也必须有严格的通风管理制度。