TBM通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算參考模板

1、雙護(hù)盾TBM風(fēng)量計(jì)算1.1 TBM通風(fēng)設(shè)計(jì)隧道通風(fēng)是雙護(hù)盾TBM施工的重要保障，也是長距離地鐵施工安全的關(guān)鍵。合理的通風(fēng)系統(tǒng)、理想的通風(fēng)效果是實(shí)現(xiàn)雙護(hù)盾TBM快速掘進(jìn)、保障施工安全和施工人員身心健康的重要保證。根據(jù)以往城市地鐵隧道TBM通風(fēng)經(jīng)驗(yàn)及對當(dāng)前通風(fēng)設(shè)備技性能的調(diào)研結(jié)果，綜合考慮施工過程中可能出現(xiàn)的情況，制定本TBM通風(fēng)方案。1.1.1通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)雙護(hù)盾TBM在整個(gè)施工過程中，作業(yè)環(huán)境應(yīng)符合下列標(biāo)準(zhǔn)：（1）斜井進(jìn)風(fēng)流中，氧氣濃度不低于20%，二氧化碳濃度不超過0.5%。（2）有害氣體最高容許濃度如下表：隧道有害氣體最高允許濃度表序號(hào)名稱最高允許濃度1一氧化碳CO0.0024%2氧化氮（換

2、算成二氧化氮NO2）0.00025%3二氧化硫SO20.0005%4硫化氫H2S0.00066%5氨NH30.004%（3）TBM施工通風(fēng)應(yīng)能提供斜井內(nèi)各項(xiàng)作業(yè)所需的最小風(fēng)量，每人每分鐘供給風(fēng)量不少于4m3。（4）TBM施工施工隧道風(fēng)速不小于0.5m/s、1.1.2通風(fēng)設(shè)計(jì)的原則TBM隧道需要的風(fēng)量，按照施工隧道最小通風(fēng)風(fēng)速、同時(shí)工作的最多人數(shù)分別計(jì)算，并按允許風(fēng)速進(jìn)行檢驗(yàn)，采用其中的最大值1 / 15。1.1.3通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)施工過程中，合理的通風(fēng)系統(tǒng)、理想的通風(fēng)效果是實(shí)現(xiàn)隧道快速施工、保障施工安全和施工人員身心健康的重要保證。隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)的參數(shù)主要有TBM同時(shí)施工人員、隧道最小內(nèi)燃機(jī)功率數(shù)等

3、。斜井通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表序號(hào)項(xiàng) 目單位參數(shù)備注1獨(dú)頭通風(fēng)長度Lm32932管片內(nèi)徑m5.43斜井?dāng)嗝娣eS斷m²22.894斜井內(nèi)最多工作人數(shù)M人305風(fēng)筒直徑Dm1.26風(fēng)筒面積S風(fēng)m²0.787過流面積s流（s流=S斷-S風(fēng)）m²21.768每一工作人員所需新鮮空氣Qnm³/min410風(fēng)管每100m漏風(fēng)率P百%1.012通風(fēng)備用系數(shù)k1.213空氣密度kg/m³1.214斷面風(fēng)速不小于Vminm/s0.515斷面風(fēng)速不大于m/s41.1.4通風(fēng)方式選擇采用壓入式通風(fēng)。在洞口10m外設(shè)軸流風(fēng)機(jī)，通過風(fēng)筒將新鮮空氣送到TBM后配套尾部，然后由T

4、BM設(shè)備上配備的二次接力通風(fēng)系統(tǒng)完成通風(fēng)作業(yè)。具體的斷面風(fēng)速、風(fēng)機(jī)功率可通過理論計(jì)算來確定，保證隧道斷面風(fēng)速不小于0.5m/s要求。TBM通風(fēng)布置示意圖如下1.2 風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的選擇1.2.1風(fēng)機(jī)的選擇（1）風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量應(yīng)滿足 Q1 的要求。（2）風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓應(yīng)滿足M的要求，但不宜大于風(fēng)筒的允許工作壓力(風(fēng)筒出廠參數(shù))。1.2.2風(fēng)筒的選擇（1）隧道掘進(jìn)通風(fēng)使用的風(fēng)筒分無骨架柔性風(fēng)筒、 帶剛性骨架的柔性風(fēng)筒和硬質(zhì)風(fēng)筒。無骨架柔性風(fēng)筒重量輕、易于貯存、 搬運(yùn)、連接和懸吊，且成本低（2）風(fēng)筒的選擇應(yīng)考慮與風(fēng)機(jī)的出口直徑相匹配（3）在其他條件相差不多的情況下，應(yīng)選擇百米風(fēng)阻小，百米漏風(fēng)率低的風(fēng)筒。

5、1.3 TBM通風(fēng)計(jì)算當(dāng)采用TBM施工通風(fēng)時(shí)，工作面要求的風(fēng)量除應(yīng)滿足排塵風(fēng)速要求外，還應(yīng)滿足TBM機(jī)組設(shè)備散熱、冷卻、人員舒適性的要求。一般情況下，通風(fēng)系統(tǒng)供給TBM工作面的風(fēng)量應(yīng)不低于TBM后配套風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)量。針對TBM施工過程中通風(fēng)量的計(jì)算有幾種不同的方法，分別為：根據(jù)同一時(shí)間，隧道內(nèi)工作人員所需新鮮空氣計(jì)算風(fēng)量；按照內(nèi)燃機(jī)功率的需求計(jì)算風(fēng)量（由于本項(xiàng)目采用電瓶，無內(nèi)燃機(jī)功率需求）；采用最小斷面風(fēng)速法計(jì)算風(fēng)量。從目前已投入的地鐵雙護(hù)盾TBM機(jī)組的配套情況看，TBM施工通風(fēng)的風(fēng)量計(jì)算基本沿用的是國外標(biāo)準(zhǔn)，即根據(jù)建筑工業(yè)中隧道開挖作業(yè)安全實(shí)用規(guī)程（BS6164-2001），按最低風(fēng)速0.5

6、 m/s考慮。特殊情況下，應(yīng)對機(jī)組的散熱和冷卻等因素專門計(jì)算，TBM施工通風(fēng)系統(tǒng)的總風(fēng)量還應(yīng)滿足運(yùn)輸及其他作業(yè)要求，如無軌運(yùn)輸出渣，則需風(fēng)量更大。由于本TBM施工距離較短（3公里），為有軌運(yùn)輸，因此只要滿足后配套風(fēng)機(jī)的風(fēng)量后，其他條件也能滿足。確定通風(fēng)方式常常是確定施工方案一起進(jìn)行的。在確定了施工方案以后，才能確定獨(dú)頭掘進(jìn)的長度和通風(fēng)長度，然后才能計(jì)算工作面風(fēng)量。風(fēng)機(jī)供風(fēng)量 Qj=P*Qh式中Qh-取工作面風(fēng)量計(jì)算中各項(xiàng)之最大者。管道風(fēng)阻R=6.5L/d5 =/8式中-管道摩擦阻力系數(shù)，kg/m3; 管道達(dá)西系數(shù)；空氣密度，kg/ m3;d-管道直徑1.3.1按同時(shí)最多人數(shù)計(jì)算鐵道部2008年

7、發(fā)布的鐵路隧道施工技術(shù)指南規(guī)范（TZ204-2008）和交通部最新發(fā)布的公路隧道施工技術(shù)規(guī)定均規(guī)定，每人供應(yīng)新鮮空氣為4m3/min,則Q=3N式中 Q-工作面風(fēng)量，m3/min每人每分鐘供應(yīng)新鮮空氣不少于4m³。Q1=kMQn=1.2×4×22=288m³/min=4.8m³/s式中，K為風(fēng)量備用系數(shù)，采用1.2；M為同時(shí)在斜井內(nèi)工作人數(shù)取22人；Qn為每一工作人員所需新鮮空氣，取4m³/minN-隧道內(nèi)最多人數(shù)序號(hào)工種人數(shù)備注1工班長12TBM司機(jī)13拼裝手15管片拼裝施工人員36注漿工37豆礫石噴射工28電瓶車司機(jī)29洞內(nèi)勤務(wù)2

8、10電工211機(jī)修工212安全員113技術(shù)員114其他人員1合計(jì)22雙護(hù)盾TBM施工人員統(tǒng)計(jì)1.3.2按允許最低風(fēng)速計(jì)算鐵路隧道施工規(guī)范（TB10120-2002）規(guī)定：風(fēng)速在全斷面開挖時(shí)不小于0.15m/s,坑道內(nèi)不小于0.25 m/s，但均不應(yīng)大于4m/s?？紤]隧道內(nèi)人員作業(yè)環(huán)境、隧道TBM施工等要求，由于是采用壓入式通風(fēng)，新鮮風(fēng)直接送至TBM主機(jī)區(qū)，則可設(shè)定斜井內(nèi)平均回風(fēng)風(fēng)速應(yīng)不小于0.5m/s的要求，則工作面風(fēng)量：Q2=Vmin×S流×k=0.5×21.76×1.2=13.05m³/s式中，Vmin為最小斷面風(fēng)速，取0.5m/s；S流為

9、過流斷面面積，取21.76m²；k為通風(fēng)備用系數(shù)，取1.2。1.3.3按內(nèi)燃機(jī)功率計(jì)算本項(xiàng)目隧道掘進(jìn)采用電瓶車出渣，無長時(shí)間內(nèi)燃機(jī)負(fù)載，但考慮實(shí)際施工排水及照明需要，TBM在后配套拖車尾部配備了應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)，柴油機(jī)功率為200KW。按稀釋內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害氣體濃度至許可濃度計(jì)算Q3=Q0W=3.0×200=600m³/min=10m³/s式中：W同時(shí)在斜井內(nèi)作業(yè)的各種內(nèi)燃機(jī)的功率總和（kW）；Q0為每千瓦動(dòng)力的空氣需求量，取3m³/min·kW則工作面風(fēng)量Q=A式中 Q-工作面風(fēng)量，m3/min；-允許最低風(fēng)速，m/s;開挖斷面積，

10、m2根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，取其中的最大值有Q=MAX(Q2，Q1+Q3)=14.8m³/s=14.8÷21.760.68m/s，滿足風(fēng)速0.5m/s、4m/s的要求。 1.3.4風(fēng)機(jī)供風(fēng)量計(jì)算由于采用獨(dú)頭壓入式通風(fēng)，按照供風(fēng)筒直徑1.2m，供風(fēng)到TBM最后一節(jié)臺(tái)車與TBM自帶風(fēng)筒相連接，1.2m風(fēng)筒總長3293m管道計(jì)算，TBM自帶風(fēng)筒長130m。由于柔性風(fēng)筒接口處以及本身材質(zhì)容易漏風(fēng)。漏風(fēng)使風(fēng)筒和風(fēng)機(jī)連接端的風(fēng)量與風(fēng)筒靠近出口端的風(fēng)量(即隧道內(nèi)所需風(fēng)量)不等。因此，風(fēng)筒漏風(fēng)量L=風(fēng)機(jī)連接端風(fēng)量風(fēng)筒出口風(fēng)量。漏風(fēng)量與風(fēng)筒的種類、接頭的數(shù)目、方法和管理質(zhì)量以及風(fēng)簡直徑、風(fēng)壓等有關(guān)

11、，但更主要是與風(fēng)筒的維護(hù)和管理密切相關(guān)。反映風(fēng)筒漏風(fēng)程度的指標(biāo)參數(shù)有：風(fēng)筒漏風(fēng)率Le：風(fēng)筒漏風(fēng)量占風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)，即：風(fēng)筒漏風(fēng)率Le=風(fēng)筒漏風(fēng)量L/風(fēng)機(jī)連接端風(fēng)量×100Le 雖然能反映某一風(fēng)筒的漏風(fēng)情況，但不能作為比較的指標(biāo)。故常用百米漏風(fēng)率Le100 表示 ：百米漏風(fēng)率Le100=風(fēng)筒漏風(fēng)量 L風(fēng)機(jī)連接端風(fēng)量×(風(fēng)筒總長H100)×100其中：H/100構(gòu)成Le100系數(shù)風(fēng)筒的百米漏風(fēng)率由風(fēng)筒生產(chǎn)廠家在出廠產(chǎn)品的參數(shù)說明中給出。一般要求柔性風(fēng)筒的百米漏風(fēng)率應(yīng)達(dá)到表1要求。柔性風(fēng)筒的百米漏風(fēng)率通風(fēng)距離小于200200-500500-10001000-200

12、02000以上 Le100 ()1510321.5表1故風(fēng)筒漏風(fēng)量計(jì)算公式：L=Le100×H/100所以風(fēng)機(jī)供風(fēng)風(fēng)量Q1=所需風(fēng)量Q風(fēng)筒漏風(fēng)量L取1m風(fēng)筒平均每百m漏風(fēng)率P100=1.0%，取TBM設(shè)備風(fēng)筒平均每百m漏風(fēng)率P100=1.0%。風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)：風(fēng)機(jī)供風(fēng)量應(yīng)為：1.3.5系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算根據(jù)摩擦阻力定律 ,風(fēng)壓 M 的計(jì)算公式為 :風(fēng)壓M=風(fēng)阻R×風(fēng)量Q2實(shí)際量需要實(shí)際參數(shù)來計(jì)算，未得到實(shí)際參數(shù)前只能用字母表示。在得到實(shí)際參數(shù)后可代入公式算出實(shí)際量，再根據(jù)相應(yīng)風(fēng)機(jī)參數(shù)配置表來選擇風(fēng)機(jī)。例如表2表2從理論上講，通風(fēng)系統(tǒng)克服通風(fēng)阻力后在風(fēng)筒末端風(fēng)流具有一定的動(dòng)壓，克服阻

13、力則取決于系統(tǒng)靜壓，動(dòng)壓與靜壓之和即為系統(tǒng)需供風(fēng)壓。動(dòng)壓計(jì)算空氣密度，1.2kg/m³；末端管口風(fēng)速，v=14.8/1.13=13.09m/s（按工作面最小風(fēng)速折算）1.3.6風(fēng)阻計(jì)算風(fēng)筒的風(fēng)阻理論上包括風(fēng)筒的摩擦風(fēng)阻、接頭風(fēng)阻、彎頭風(fēng)阻、風(fēng)筒出口風(fēng)阻。但在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)筒風(fēng)阻除與上述因素有關(guān)外，還與風(fēng)筒的吊掛、維護(hù)、風(fēng)壓大小等管理質(zhì)量密切相關(guān)，因此，很難用相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行精確計(jì)算，一般都根據(jù)實(shí)測風(fēng)筒百米平均風(fēng)阻作為衡量風(fēng)筒管理質(zhì)量和設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。其百米平均風(fēng)阻R100 由風(fēng)筒生產(chǎn)廠家在出廠產(chǎn)品參數(shù)說明中給出。故風(fēng)筒風(fēng)阻計(jì)算式：R= R100×H100式中：R風(fēng)筒風(fēng)阻。R1

14、00百米平均風(fēng)阻，簡稱百米風(fēng)阻。H風(fēng)筒全長，H/100構(gòu)成R100系數(shù);按照供風(fēng)筒直徑1.2m，總長3293m。摩擦阻力系數(shù)：據(jù)風(fēng)筒廠提供的技術(shù)指標(biāo)，采用PVC增強(qiáng)塑纖布作風(fēng)筒材料，值取0.0018Ns2/m4；供風(fēng)管道的摩擦風(fēng)阻：管道風(fēng)流沿程摩阻風(fēng)壓損失：局部阻力：系統(tǒng)靜壓：系統(tǒng)風(fēng)壓取值：即風(fēng)機(jī)需要提供不低于5751.4Pa的風(fēng)壓補(bǔ)償，風(fēng)量1320m³/min。風(fēng)筒選擇1.2的防靜電、阻燃風(fēng)筒。1.4 風(fēng)機(jī)選型目前我國隧道施工用的通風(fēng)機(jī)基本上都是國內(nèi)自行研發(fā)的專用產(chǎn)品，全部屬軸流式通風(fēng)機(jī)，主要有三種類型：即單級(jí)軸流式、雙旋軸流式和射流風(fēng)機(jī)。對旋軸流式隧道通風(fēng)機(jī)由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩

15、個(gè)軸流式葉輪，且兩葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，和單級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)一樣，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可分級(jí)調(diào)速，因而風(fēng)機(jī)的性能也可隨時(shí)改變，由于對旋式通風(fēng)機(jī)有兩個(gè)葉輪同時(shí)工作，使風(fēng)機(jī)在流量相同的條件下，產(chǎn)生的全壓可以接近同直徑同轉(zhuǎn)速單級(jí)風(fēng)機(jī)的兩倍。這相當(dāng)于兩臺(tái)單級(jí)軸流風(fēng)機(jī)集中串聯(lián)工作。適合使用在獨(dú)頭通風(fēng)長度超過3000m的隧道通風(fēng)系統(tǒng)。 本項(xiàng)目通風(fēng)機(jī)選取山西侯馬公司生產(chǎn)的（高壓隧道通風(fēng)機(jī)），型號(hào)SDF(c)-No.11.5/50Hz，風(fēng)量1865m3/min，全壓6689Pa，電動(dòng)機(jī)功率2×75kW，變頻調(diào)速。滿足提供不低于5751.4Pa的風(fēng)壓補(bǔ)償，風(fēng)量1320m3/min的隧道通風(fēng)需求。風(fēng)機(jī)安裝在隧道始發(fā)

16、井口，配合直徑1.2m風(fēng)筒將新鮮風(fēng)送至TBM后配套尾部，再通過TBM二次通風(fēng)系統(tǒng)串聯(lián)接力完成斜井范圍內(nèi)的通風(fēng)。1.5 風(fēng)機(jī)能耗分析在隧道施工中，由于通風(fēng)長度不斷變化，作業(yè)工序頻繁轉(zhuǎn)換，要求通風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)以滿足施工要求，同時(shí)節(jié)約通風(fēng)系統(tǒng)的能耗，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。 對旋式軸流通風(fēng)機(jī)的性能特點(diǎn)是，當(dāng)對旋風(fēng)機(jī)的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)只有一臺(tái)工作而另外一臺(tái)斷電的情況下，風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量只有兩個(gè)葉輪同時(shí)工作時(shí)的60%。而全壓只有40%因?yàn)榇藭r(shí)兩個(gè)葉輪其實(shí)都在旋轉(zhuǎn)，其中一個(gè)被動(dòng)葉輪是被另一個(gè)主動(dòng)葉輪產(chǎn)生的風(fēng)流所驅(qū)動(dòng)，以風(fēng)輪機(jī)的形式消耗能量，使整機(jī)的效率下降。由此可見，對旋式風(fēng)機(jī)用于掘進(jìn)長度較短的隧道施工是不經(jīng)濟(jì)的

17、。從技術(shù)上來說，在通風(fēng)長度和風(fēng)管直徑不變的情況下，通過改變?nèi)~片安裝角度、葉片數(shù)量和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速均可改變風(fēng)機(jī)的性能特性。但從實(shí)用性考慮，目前最普遍的方法是通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)葉輪機(jī)械的相似定律，當(dāng)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其流量、全壓、功率將分別按一次方、二次方。三次方的規(guī)律變化。由此不難看出，在非排煙出渣隧道時(shí)，風(fēng)量要求較低。及可使風(fēng)機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，風(fēng)量減少，使用功率降低則更加顯著，因而可獲得顯著的節(jié)能效果。通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的另一種途徑是使用較大的直徑的通風(fēng)管道，這實(shí)際上是改變管道的阻力特性，使之更加平坦，使系統(tǒng)工況點(diǎn)向低風(fēng)阻方向移動(dòng)，從而降低電動(dòng)機(jī)的使用功率。在長大隧道施工中，使用較大直徑通風(fēng)管道和可改變轉(zhuǎn)速的通風(fēng)機(jī)是降低能耗，節(jié)約通風(fēng)費(fèi)用的主要技術(shù)手段，因此本項(xiàng)目采用通風(fēng)管徑為1200mm,風(fēng)機(jī)是可調(diào)轉(zhuǎn)速的雙旋轉(zhuǎn)式軸流風(fēng)機(jī)。1.6 隧道除塵分析在施工過程中產(chǎn)生的煙塵。巖塵微粒、水泥和混凝土微粒等統(tǒng)稱粉塵。除塵研究的直接對象時(shí)懸浮在空氣中的粉塵，因此一般所指的粉塵就是這種狀態(tài)下的微塵。呼吸性粉塵主要指粒