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1、长大山岭隧道群无轨通风系统施工设计的施工现场配置的全程表格选配表格全程选配法全工况风流品质保障模块分析及实践张中厚 邓元发 张宝栋 （中铁二局股份公司，福州350700）摘要：文章对于无轨通风配置施工设计计算采用了一种更符合现场客观实际的新方法：无轨设备洞内按重载、空载、怠速三种运转状态，两类路面，三种坡率及四种行驶速度计算洞内实际功率和运行时间，再根据重型柴油引擎13工况的车架试验选取对应功率排放废气稀释中有害成份的质量，根据而导算的无轨通风风流品质有害成份容许值再导算的所需风量，再根据无轨设备按重载、空载、怠速三种运转状态，两类路面，三种坡率及四种行驶速度计算洞内实际功率和运行时间，分别计
2、算独头17km各施工长度、坡率、各类型洞室断面隧道施工的开挖、爆破、支护三个循环工况的作业面加沿程的容许风流品质总需风量，形成工具性的水平洞室和斜井加水平洞室两张通风系统直观选配表。结合现场风流湿热、雾霾、风龄、通风系统现场管理系数，进行了通风路径与时段工况组合，射流与反吸式轴流风机组合，按受控循环通风正压、负压、导流受控循环通风三原理结合针对向莆铁路FJ-5B标山岭隧道群的具体情况进行了十种无轨通风风流品质保障模块的施工设计计算、分析和现场实践。关键词：山岭隧道群 无轨通风 施工设计风流品质 表格选配法模块The Analysis and Practice of Trackless Vent
3、ilation quality Guarantee Module under Full Working Condition in Mountain Tunnel Group ConstructionZhang Zhonghou Zhang Baodong(China Railway Erju Co.Ltd Xiang-Pu railway FJ-5B Tender Section Headquarters, Fuzhou, Post Code 350700)Abstract: A more objective new method tally with the reality is used
4、in the construction design compute of trackless ventilation configuration in the paper. The actual power and operation time in tunnel is calculated through the three operating conditions which are heavy-load no-load and idling , two kinds of pavement, three slope rate and four running speed. Accordi
5、ng to vehicle driving test of heavy duty diesel engines under 13 kinds of working conditions, it selects corresponding power of diluting the harmful ingredients to calculate the amount of wind that permissible value required. The air volume of each construction length ,slope rate, various types of c
6、avity section of the tunnel constructions three cycle working conditions whice are excavation blasting and support within 17km in one direction and the air flow quality permissible value along the path is calculated respectively. It forms two instrumental ventilation system match tables of level hol
7、e chamber and inclined shaft added. Combined with the humidity and temperature, fog haze, ventilation time and ventilation system site management coefficient of the on-site wind, it combines the ventilation path with the time interval working condition, and combines jets with reverse suction axial f
8、low ventilator. Based on xiang-pu railway FJ-5B tender section mountain tunnel group specific circumstances, the thesis focus on the ten trackless ventilation quality guarantee modules analysis and field practices with three principles, which are controlled cycle ventilation positive pressure, negat
9、ive pressure and flow diversion. Keywords: Mountain Tunnel Group Trackless Ventilation Ventilation Quality Module1、引言常规的隧道无轨计算只计算了作业面的机械、人员、排烟的需风量。对独头掘进2000m以内的隧道还相对准确适用，大于这个长度仅靠传统的计算方法难以准确、客观、动态地反映长大隧道峒内通风的实时情况。随着目前的长大隧道的增多，对峒内沿程需风量及环境污染控制、工序动态需风量、通风难度和管理水平的确定等客观需要越来越重要，甚至成为制约工程进展的关键因素。因此必须寻找长大隧道无轨
10、施工通风新的施工设计计算方法。重型柴油内燃机十三工况台架实验废气中各污染物的测定原理及数据又给无轨通风风流品质保障提供了新的施工设计计算思路，其计算思路是根据重型内燃柴油机在十三工况的台架试验中取得的废气排放中每小时污染物的质量，并换算成每分钟的量。同时峒内内燃机械按照洞内的道路路面、坡道、行驶速度、荷载状态、运行工况等诸要素计算相应的内燃机运行功率，并据此选择十三工况相应功率的污染物的量，再根据铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.6条每立方空气中污染物的最大容许量换算成需风量。按峒内作业面和沿程两部份计算需风量。设置0.4%10%的风筒百米漏网率，并据此计算独头开挖1
11、7km的供风量，并将各功率通风机、各类型峒室集成在一张表上，能方便直观地在表格上进行通风机功率大小、台数组合、风筒直径、漏网率管理，供风长度的直观的选用功能，具有较强的工具性作用，并为无轨通风的电算化、程序化计算，自动化、物联网化管理提供了解决手段。从风机、风筒压入作业面，流经作业区域，经回风通道排除。整个过程是以进入作业面风流品质优良的新鲜风开始，沿途发生了温度、湿度、有害气体、粉尘交换，同时发生风能、风压及漏风损失，形成了品质较差的污风。隧道施工全工况按单一作业面分为开挖、支护、出碴三个时间上连续的子工况，衬砌作业在三个工况中安排平行作业。这三种工况中开挖、支护使用的无轨机械频率低，而爆破
12、出碴工况中炮烟稀释，装运设备高频率使用，排放废气排放最集中，属于无轨通风计算的受控工况。近年来长大山岭隧道数量和规模在不断发展，过去不很重要的小问题或忽略不计的通风参数，已上升为重要因素，甚至成为决定方案成败的关键，影响安全的重要因素，成本剧增的重要原因。如风流龄期的限制、总风量与隧道峒室容积风量的周转率、高温高湿风流的控制、风筒不同漏风率的管理尺度、长大隧道内燃机械沿程污染、隧道峒内过饱和雾等。大功率风机发展、新材料的风筒进步，通风管理制度的创新又给这些问题提供了解决方案。同时，重型柴油内燃机十三工况台架实验废气中各污染物的测定原理及数据又给无轨通风风流品质保障提供了新的计算思路。与传统计算
13、思路的更符合施工现场实际优势明显有以下的四点： 无轨机械峒内实际功率和实际运行时间更加符合施工现场按重载、空载、怠速三种运转状态、根据铁路隧道安规规定的不同作业段落按5，10，15，20，25km/h五行驶速度，两类路面，三种坡率而进行的计算。 稀释废气的需风量计算的基础数据来源精确重型柴油内燃机十三工况台架实验废气中各污染物，是在试验室按怠速、A、B、C四种速度及在A、B、C三种速度下负荷25%，50%，75%，100%进行试验，并采用滤纸、仪器取得各工况废气排放物各组份数据。 能分别计算200m作业面和峒内沿程需风量这为隧道施工三工况间、作业面前后需风量的平衡配置调整成为了可能，为射流风机
14、，抽排式风机、反吸式风机、通风路径的选择提供了理论基础。同时树立漏风也是稀释沿程回风的意识，按照物质不灭原理，送入峒内的每方风都能参与计算，只是要加以管理手段约束到需要发挥作用的地方。 无轨通风系统的配置涉及因素多，但选择更加工具化、便利化、实际化将各风机型号、不同类型峒室断面、各隧道施工长度、不同长度和漏风率的总需风量、漏风率管理水平列于一张表上，比较直观合理便利进行山岭隧道通风系统的比选配置。施工单位在原有通风设备和自购设备决策空间上能够更自由一些，在通风管理专业化水平、风量管理的漏风系数、风压管理的风筒绷紧系数要根据隧道规模和施工难度采取差别措施，不能搞一刀切。在风流品质保障的前提下，施
15、工成本也是项目管理五项标之一。2、工程概况和长大山岭隧道群无轨通风模块概况2.1 向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群工程概况向莆铁路FJ-5B标段位于福州市永泰县境内，线路全长30.322km，峒室开挖总长47.328km,其中正洞总计36.945km/7座，辅助坑道计10.383km/4座。双线隧道6座，长度17.165km；单线隧道1座，长度19.78km（左线9.882km，右线9.898km）。高盖山隧道全长左线17.587km（右线全长17.05km），金瓜山隧道全长14.097km，洋门隧道全长6.339km。其中高盖山、金瓜山隧道为全线重点控制工程。洋门为标段重点工程。FJ-5B
16、标承担高盖山隧道进口段左线9.882km(右线9.898km)和金瓜山隧道进口段7.106km。洋门隧道长出口段3.169km。其施工特点是独头施工距离长(最长独头施工距离5.5km)，施工高峰时全标段隧道作业面最多达到18个，通风工点多，工况多，通过的高富水地层多，高地温的段落长。2.2 正压通风，负压通风，导流通风向莆铁路FJ-5B标隧道群通风方式根据受控循环通风理论分为三大无轨通风模块，结合向莆铁路隧道群施工组织设计，工程特点，地形地貌，通风设备及通风成本又划分10个无轨通风子模块。短小隧道和长隧道的第一阶段采用一般压入式通风。由于风筒漏风率、风阻的限制，现场上压入距离超过3000350
17、0m时，对国内生产风筒的漏风率，风阻的技术标准和现场通风管理水平已是很大的考验，通风效果急剧下降。因此，对前方剩余1000m以内的开挖，设置串联风机或大风室进行通风接力，以利增加风压，提高风速。在有斜井的隧道要充分利用斜井间及斜井与峒口间的气压差原理，在施组安排上重点安排斜井间的正洞尽快贯通，以利较早采用压差式和反井式通风方式。在有平行导坑或单线双洞的长大隧道采用巷道式、真空进风式,并设置射流风机进行引射、导流，保障进回风路径顺畅。在炎热的南方夏季白天洞内外气压差、温差、湿度较接近的情况下，洞内污风难以进入斜井排出洞外，能见度极低。采取混合通风方式，在污风停滞段反安轴流风机，进行抽排，破坏洞内
18、空气热平衡。具体布置见附表1：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群无轨通风模块风机、风筒配备、现场漏风系数管理容许值及子模块布置简图。3、无轨通风全程施工设计风流品质保障模块的的计算模型条件、参数设定3.1隧道风流品质容许参数的选取3.1 隧道风流品质技术容许参数的选取隧道风流品质由人体的舒适性、隧道空气质量两部分组成：第一部分人体的舒适性，由风流的温度、湿度、速度三个指标组成。第二部分：隧道空气质量，由有益气体、粉尘、有毒有害气体（燃烧爆炸性、窒息性、有毒性）三个指标组成。铁道部隧道施工技术指南TZ204-2008第15.1.1.6条中有毒有害气体的容许值，并以此换算最小需风量。及中华人民共各
19、国高温作业分级都有详细的规定，具体见表1：无轨运输通风风流品质模块及规范、标准容许参数表。表1 无轨运输通风风流品质模块及规范、标准容许参数表风流品质模块风流品质参数容许值规范、标准具体条款人员的舒适性风流的温度280C铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.7条风流相对湿度75%中华人民共和国标准 高温作业分级GB/T4200-2008:5.3条风流的速度0.150.25m/s,但Vmax6m/s铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.4条空气质量有益气体O2在空气中含量20%/m3铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.1条有毒有害气
20、体CO浓度30mg/m3铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.6条CO2按体积0.5%/m3铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.6条氮氧化物（换算成NO2）5mg/m3铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.6条粉尘每立方空气中游离SiO210%2mg/m3铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.2条每立方空气中游离SiO210%4mg/m3铁路隧道工程施工技术指南 TZ204-200815.1.1.2条3.2 无轨通风系统风流品质保障模块计算模型条件设定3.2.1无轨设备峒内三种工况，两类路面，三种坡率及四
21、种行驶速度的实际功率、运行时间计算根据功率公式P=FV+P举，摩阻力公式f=N，其中牵引力F =摩阻力f,按机械运转在重载、空载、怠速三种工况下，分别在平坡，10%上坡，10%下坡，潮湿不平整未铺底路面、砼路面按隧道安全施工规范中规定的相关施工作业段落的相应V-容许行驶速度（5、10、15、20、25km/h）进行相应工况的功率计算。式中为各类路面摩擦系数，N为内燃工程机械及荷载正压力，P举是装载机的装碴举升功率。3.3.2 无轨设备装载作业面、装载量、内燃机械计算模型设定确定装载机装碴作业距离30m，峒内掌子面后200m内仰拱铺底施工和二衬施工作业面，路面均以潮湿未平整路面计,行驶速度按5
22、km/h计。200m以后正洞采用重载15 km/h，空载25 km/h，平导及斜井采用重载10 km/h，空载20 km/h，路面按砼路面考虑。根据距离除以速度得运行时间。装载机不论单双线均按一台ZL50型装载机，6分钟装满一车计，扣除行驶时间后为怠速时间，以柳工装载机为计算模型。自卸车按松方15立方进行计算，装载质量25吨计，以工地较常用的陕汽重卡为计算模型。计算出作业面和作业面后峒内沿程机械实际运转时间，以利下一步按实际运转时间计算内燃机械在峒内运行时的实际废气排放量。为简便计算，只考虑装载机怠速时间，载重车怠速工况有效时间极短，可以不参与计算。挖掘机由于找顶，检底，借用装载机工况，砼罐车
23、装载质量与出碴车接近，借用出碴车相关功率，减少组合数。具体计算过程及结果见附表2：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群无轨运输洞内作业实际功率和实际运行时间计算表。3.3 重型柴油内燃发动机废气排放物数据选取参阅文献1和文献2资料，选同功率重型柴油内燃发动机在实验室台架试验中的13种工况废气排放物数据（CO、HTC、NOX），其13种工况是按怠速、A、B 、C四种速度及在A、B 、C三种速度下负荷25%，50%，75%，100%进行试验，并采用滤纸、仪器取得各工况废气排放物各组份数据。将附表2隧道内的无轨机械实际运转功率与台架工况试验相近功率的值作对比，并选取其废气排放物数据。具体结果见附表3：
24、峒内单辆工程机械各种功率工况废气排放计算表。其中HTC碳氢化合物成份较复杂：碳烟，未充分燃烧烃类，最直接与发动机的制造水平有关，与土木施工技术相距较远，规范中也没有具体规定，因此不作为计算考虑，由机械界解决。CO，NOX两项中根据铁路施工指南规定和台架试验数据，选NOX为通风废气计算控制要素。CO在爆破时通风稀释炮烟时作为控制要素，并合并到隧道出碴运输工况中计算。具体单线、双线、平导三类峒室稀释炮烟需风量计算表见表2：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群三类型峒室稀释炮烟需风量计算表。表2 向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群三类型峒室稀释炮烟需风量计算表计算模型稀释炮烟需风量CO(mg /m3)
25、Nox(mg/m3)炸药量（kg)产生的废气质量CO(mg）产生的废气质量NOx(mg）稀释CO风量（30mg /m3）稀释NO风量（5mg /m3）单线11445329018296343360021312011445342624双线14577329018377437320027144014577354288平导及斜井8893329018230266800016560088933331203.4 工况工序基准循环时间、单班单作业面人员、机械标准数量配置计算参数的设定3.4.1 计算用三工况工序基准循环时间根据向莆铁路七座隧道18个作业面施工过程较普遍的工序时间样本数据统计，并归纳为工序基准时间
26、。按照内燃机械在峒内实际运转功率和时间所计算各工况总需风量，除以三工况工序基准循环时间，得每分钟峒内需风量，作为风机选配和漏风率现场管理水平采用的基础数据。表3：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群三工况工序循环时间表。表3 向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群三工况工序循环时间表工况工序撤离台架通风排烟出碴找顶清底合计爆破出碴时间（min)单线203018090320双线203024090380平导203015090290工况工序台架就位施工准备及测量钻眼装药合计开挖钻眼时间（min)单线2090300410双线2090320430平导2090280390工况工序编网与喷射合计锚喷支护时间（mi
27、n)单线锚杆安排与钻眼作业平行180180双线210210平导150150三工况总循环时间汇总总循环时间扣除支护时间总时间（min)折算小时总时间(min)折算小时总计单线91015.273012.2双线102017.081013.5平导或斜井83013.868011.33.4.2 单班单作业面人员、机械标准数量配置表根据向莆铁路设计资料，级围岩在FJ-5B标占72.4%，计算峒室断面模型选择需风量大的级围岩作为通风控制。选取单线、双线、平导（或斜井）三个计算断面，总结18个作业面人员、机械配置数量，分析归纳形成单班单作业面人机标准配置数量，作为峒内施工人员需风量，作业面机械需风量及机械峒内沿
28、程需风量的依据。并与表3为基础计算配置需风量相校核，作为相应峒室断面峒内人员、机械最高限额控制和最高施工速度安排。见表4：向莆铁路FJ-5B标隧道群三类峒室单班单作业面人机标准配置表。表4 向莆铁路FJ-5B标隧道群三类峒室单班单作业面人机标准配置表单作业面单班工序人员和设备配备单位功率/台(kw)单线双洞单洞双线平导或斜井标准配置数量标准配置数量标准配置数量开挖人/182612出碴运输（洞内司机）人41141448喷射砼施工人10126仰拱及铺底施工人786防水板施工人56型钢及钢筋人12136衬砌施工人88合计647177873436装载机（洞内）台1611214 、隧道无轨施工全工况风流
29、品质保障总需风量计算及通风设备、百米漏风率管理值选配4.1 衬砌施工需风量在三工况的分摊计算4.1.1 衬砌工序总需风量计算在附表2中查得按砼罐车峒内各施工长度沿程运行时间和相应峒室、路面、坡度、行驶速度的实际运行功率。并与十三工况附表3中相应功率废气排放成份的NOx相乘，得NOx质量，按表1铁道部隧道施工技术指南TZ204-2008第15.1.1.6条中有毒有害气体的容许值中的NOx每立方空气中最大容许质量，反算衬砌工序总需风量得附表4中A部分计算数据。4.1.2 三工况分摊砼施工需风量计算全月衬砌单作业面施工按15组的均衡生产速度，全环衬砌分别按矮边墙、仰拱、铺底、墙拱四部分进行施工，循环
30、时间按两天12m一组计。将总需风量均摊为720min四部分，再将720min砼施工的总需风量与隧道施工开挖钻眼、喷锚支护、出碴运输的工况时间B、C、D相分摊，得各工况分摊砼施工需风量。具体计算过程及结果见附表4：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群衬砌施工需风量在三工况的分摊计算表。4.2 工况全工序总需风量及每分钟需风量计算按照4.1.1条计算步骤，计算三工况全工序单作业面、全工序总需风量计算，并为风机配置和漏风率计算便利除以工况循环基准时间换算成每分钟需风量。， 详细计算过程及结果见附表5：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群各独头施工长度（17km)无轨通风各工况全工序总需风量及每分钟需风量
31、计算表。4.3 单双线、平导、斜井的风机、风筒、漏风率选配4.3.1百米漏风率的计算通过百米漏风率反算风机供风量，根据隧道施工长度、难度，现场管理水平，相应隧道规模成本水平细分了十一档百米漏风率，最长独头送风距离5513m，因此选择隧道施工长度16km进行漏风率计算。计算公式：Q供=Q需（1+i）(L/100)，式中i为百米漏风率，L为隧道施工长度。计算结果见附表6，附表7。4.3.2 不同施工长度单线、双线、平导及斜井的风机型号，风筒直径、长度，百米漏风率管理值选定表格纵向排列2110KW以上大功率风机，横向排列2110KW以下小功率风机。根据漏风率、供风距离、风机高效风量三个参数进行风机型
32、号，风筒直径及长度的配置。按最佳，最节约，最浪费三个选项进行比较，详细选配过程和结果见附表16：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群单双线、平导斜井计算模块的风机、风筒、漏风率选配表。4.3.3 不同施工长度斜井+正洞组合计算模块的风机型号、风筒直径、长度、百米漏风率管理值选定表格纵向排列2110KW以上大功率风机，横向排列双机组合风机，主要针对高盖山双洞单线模式和金瓜山平导正洞模式，两线之间通过射流风机的相互补充利用，减少风机、风筒的数量配置。根据漏风率、供风距离、风机高效风量三个参数进行风机型号，风筒直径及长度的配置。按最佳，最节约，最浪费三个选项进行比较，详细选配过程和结果见附表27：向莆
33、铁路FJ-5B标长大山岭隧道群不同施工长度斜井、正洞组合计算模块的风机、风筒、漏风率选配表。5、向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群无轨通风系统施工过程中配置表及图向莆铁路FJ-5B标隧道群通风方式根据受控循环通风理论分为正压、负压、导流三大无轨通风模块，结合向莆铁路隧道群施工组织设计，工程特点，地形地貌，通风设备及通风成本又划分10个无轨通风子模块。短小隧道和长隧道的第一阶段采用一般压入式通风。由于风筒漏风率、风阻的限制，现场上压入距离超过30003500m时，对国内生产风筒的漏风率，风阻的技术标准和现场通风管理水平已是很大的考验，通风效果急剧下降。因此，对前方剩余1000m以内的开挖，设置串
34、联风机或大风室进行通风接力，以利增加风压，提高风速。在有斜井的隧道要充分利用斜井间及斜井与峒口间的气压差原理，在施组安排上重点安排斜井间的正洞尽快贯通，以利较早采用压差式和反井式通风方式。在有平行导坑或单线双洞的长大隧道采用巷道式、真空进风式,并设置射流风机进行引射、导流，保障进回风路径顺畅。在炎热的南方夏季白天洞内外气压差、温差、湿度较接近的情况下，洞内污风难以进入斜井排出洞外，能见度极低。采取混合通风方式，在污风停滞段反安轴流风机，进行抽排，破坏洞内空气热平衡。具体布置见附表3：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群无轨通风模块风机、风筒配备、现场漏风系数管理容许值及子模块布置简图。6、总结及
35、建议 6.1、隧道的施工长度越长，对风机功率、漏风率、现场通风专业化管理水平要求越高。因此在长隧道与短隧道的风筒采购的材质上，专业通风管理人员配备程度上都应有较大的差异。6.2、向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群单双线、平导斜井计算模块的风机、风筒、漏风率选配表为独头开挖17km提供了各长度的需风量计算及各峒室类型的组合计算，具有较强的工具性表格作用，对类似工程可不再进行繁锁的计算，而直接使用。同时结合企业自己现有的通风设备资源、通风管理水平进行灵活选用。6.3、运用十三工况台架试验数据进行无轨通风的施工设计计算便于沿程、作业面、工况变化点对点精细化计算，克服传统的模糊，大框框计算的弊端。另外
36、一种空气污染测试方法是采用峒室测验，对施工单位是很便利的一个方法，以与十三工况台架试验相互映证。在以后的施工过程中加强这方面的研究。5、无轨通风模块风流风压、湿热、风龄、周转的校核检算及现场调整5.1 风压损失校核与风筒绷紧系数SDF-No14风机适应最大送风距离30004000m，百米漏风率0.44%，双机双风筒组合最大送风距离可达6000m,百米漏风率提高到0.4%，风筒绷紧系数提高到0.65才能保证回风压。向莆铁路FJ-5B标送风距离最远3861m，是高盖山3#斜井工区，采用了双机双风筒，百米漏风率放宽到4%和风筒绷紧系数不作要求，回风风压满足要求。SDF-No13适应最大送风距离200
37、03000m，百米漏风率0.43%，双机双风筒组合最大送风距离可达5000m，百米漏风率提高到1%，风筒绷紧系数提高到0.65才能保证回风压。SDF-No12.5适应最大送风距离2000m，百米漏风率12%，双机双风筒组合最大送风距离可达4000m，百米漏风率提高到1%，风筒绷紧系数提高到0.65才能保证回风压。同时送风距离越远，风机功率大，风压高，风筒材料抗拉强度要求越高。具体计算过程及数据见附表8：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群施工长度、风机型号、回风风压与风筒绷紧系数关系计算表。5.2 射流风机与自然回风、雾霾、峒室断面的选择与适配5.2.1 反坡斜井与正洞自然回风速度、风量计算及射
38、流风机距洞口安装最长起始位置列斜井底和斜井口空气能量方程：P1/1+V12/2+gZ1= P2/2+V22/2-LR+gZ2，设井底初始风速V1=0,密度1和2相等，不考虑温度与温度变化，整理能量方程得如下等式：P/+gZ=V22/2+900A2V22Rf，求得斜井口自然回风风速0.530.24m/s,与分别在高盖山2号斜井口自然回风实测风速0.42m/s,高盖山进口的0.1m/s基本吻合。式中Rf=LU/A3，其中风流与围岩壁摩阻系数，L为峒室计算长度，U为换算周长、A为峒室断面。斜井自然回风风量应为：0.535560=1749m3/min，查附表5，可满足斜井加单线或平导施工长度和不大于2
39、000m，或双线不大于1000m及所有类型峒室作业面需风回风，超过此施工长度后，应加设射流风机协助污风回流。能量方程中风阻与峒室长度有关，且其风阻值很小，因此表中计算各长度斜井自然回风风速基本一致，与高差的相关性较强。详细计算过程和结果见附表9：向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群反坡斜井及正洞自然回风风速计算表。5.2.2 雾霾成因、位置、长度计算，消雾、避雾措施及射流风机安装的台数、位置、路径在作业面上由于洞内机械、人员及高地温加热了新风，导致回风温度高，湿度大。根据福州市永泰县县志查得当地春夏秋冬四季、白天与夜晚的月平均气温，其中最高气温是夏季月均白天330C，最低是冬季月均夜晚100C。
40、按作业面测得的回风最高温度300C，含湿量为27.2g/kg(干空气)，经过沿途的回风，与岩壁不断进行温热交换。在冬季夜晚洞口温度为100C 时，含湿量为7.13g/kg(干空气)。作业面到洞口析出20.07g/kg(干空气)的水。这些析出的水汽，在一定的条件下形成雾，使能见度极低，严重影响行车安全、行车速度、施工进度。根据成雾经验公式：0.2Wu=（作业面气温-洞口气温)/V20.35，其中V为任一点的回风速度，风速小于一定速度，空气中析出的水汽能充分凝结在岩壁，不易成雾。大于一定速度，风速流动快，来不及凝结，据此计算成雾风速所处位置、长度。根据附表9中的洞口回风速度及峒室长度，四季昼夜当地
41、气温换算成雾起止点回风速度，位置，雾霾长度，详细计算结果见附表10：向莆铁路FJ-5B标隧道群部分斜井及正洞四季峒内雾霾长度计算。从表中可以看出高盖山3#斜井在夏季的白天比较严重，雾霾长度最高达411m，现场在雾霾段加设两台射流风机，得到了比较好的解决。最严重的是顺坡双线隧道：金瓜山正洞，夏春秋冬四个季节都有雾霾，且长度达到966m，原计划正洞回风，虽设置了45台射流风机，但逆压导流，效果不好，成本较高。最后现场调整成斜井回风，正洞混合进风，改善了通风品质。5.2.3 射流风机单台增压受制于扩张比和流速比，确定射流风机的路径选择根据隧道通风能量方程得射流风机的总压能：gh-P+0.5v2+Rf
42、,其中g为重力加速度，h为两计算点高差，P为两计算点压差，按11.1Pa/m计算，为空气密度按1.19kg/m3计算，V是全部压入风的回风速度，Rf为沿程风阻力。单台射流风机增压公式：Pj=k(1-a)v2,其中k为射流风机增压系数，取0.85，为射流风机扩张比：等于射流风机出口断面Aj除以峒室断面A ，a为射流风机流速比：等于峒室内压入风回风风速Vt除以风机出口风速Vj。其详细计算过程及结果见附表11向莆铁路FJ-5B标长大山岭隧道群各类型峒室总压能及单台射流风机增压计算表。从计算表中可以发现总压能反坡施工大大少于顺坡，双线断面需要的射流风机台数大于辅助导坑或单线，采用小断面回风有利于减少射
43、流风机扩张比，增大回风速度，提高射流风机的增压能力。这是金瓜山第二阶段通风路径现场调整的第二个重要因素。5.3 高地温隧道，高温高湿回风对供风量、通风设备配置、工序时间的影响在施工现场，对隧道作业面和沿程进行了部份风温与岩温的实测，实测最高作业面最高岩温340C，最高风温320C.超过了铁路隧道施工规定的280C，属于高地温隧道，对人员和设备的安全和生产效率带来比较大的影响。而且在南方夏季白天，外界平均最高气温达到330C。 根据风流与围岩壁的热量交换公式 Q=KULt,式中Q 为回风与围岩壁交换的总热量，K为风流与围岩间不稳定系数，取K=13.9，U为峒室周长，L为隧道开挖后岩温从320C降
44、到280C的长度，根据文献5m围岩圈岩温降低40C的降温开挖长度实测数据，取L=115m，t= 40C计算。热平衡方程Cpt+2500d=Q/G,其中G=V，Cp为回风的定容比热，取Cp=1010J/（kg. 0C）, d为320C降到280C的湿热空气的含湿质量差，查表得d=6.6g/kg，G为回风质量（kg/s），V为回风体积（m3/s）,经上两式计算将洞内温度降到280C需增加通风量，并换算成（m3/min），则单线分别512 m3/min，双线648 m3/min，平导及斜井439 m3/min。再查附表5，单作业面在出碴时，作业面单线需风1037 m3/min，双线1254 m3/m
45、in，平导及斜井838 m3/min。两组数据相比较，第二组数据约是第一组数据两倍。因此对于高地温隧道要按作业面风量的1.5倍配置，或配置双机双风筒，或在夏天气温比较高的时段，延长出碴工序时间1.5倍，在不增加设备的情况下增加供风量。5.4 风流年龄、风流周转与风流品质的功能和作用5.4.1 隧道风流年龄隧道风流年龄是指风筒出口端新风风流经过作业面、沿程回风到洞口的最终排出而在洞内滞留的时间，可以用公式：t=l/v计算，其中l为回风流过的距离，v表示回风速度。计算点风流品质：Ak=Cktk,其中Ck为计算点的污染物浓度值，tk为计算点风流年龄。因此长大隧道施工回风的时间，距离越长，风流品质越差
46、。根据风流年龄定义公式，要缩短风流年龄可采取两条措施：第一、缩短回风距离，可在施工方案或现场实践中调整，如金瓜山通风第二阶段从原进口回风改为路径更短斜井回风，并在混合式进风通道中沿程加设横向向平导进行抽排的轴流风机，以抽走高浓度的沿程污染，增加进风的新风量。高盖山3#斜井工区第三阶段通风的回风，从回风较长的2#斜井，改到3#。第二、加快回风速度，有三条途径：第一、加装射流风机，对回风形成导流加速，同时对高湿热隧道雾霾也有非常好的清除作用。第二、加设抽排式风机，破坏洞内局部区域形成的污风热平衡。如在高盖山二号斜井正洞段，反安一台小功率255kw轴流风机，可产生1560 m3/min的污风抽排能力
47、，大于三种峒室200m作业面产生的污风。第三，在金瓜山第三阶段通风工况时，在斜井口，施作密闭风机房，安装反风风机，形成强力负压，加快回风速度。采用SFDC-6-No20抽出式对旋轴流风机，其最大功率为2220kw，其吸风风量24006600 m3，产生的风压10694138Pa。经2011年4月9日实测，在斜井内距风机吸入口30m所测风速1.67m/s,吸出风量5511 m3/min,满足5000m隧道回风要求。在距斜井口2624m处平导4#横通道未来开射流风机时测得回风风速0.4m/s，回风风量1320 m3/min。已不能满足回风要求，需加射流风机回风导引。5.4.2 隧道风流周转是指单一工况总需风量除以施工长度峒室的全部容积。周转次数越多，风龄时间越短，风流品质越好。根据附表5中开挖工况各施工长度总需风量数据，除以三类型峒室各长度容积计算，得周转次数最高的是1km以