双鸭山工程通风导风筒厂

12.3 通风和排烟系统

     根据对隧道的火灾事故分析，由一氧化碳导致的人员死亡和因直接烧伤、爆炸及其他有毒气体引起的人员死亡约各占一半。通常，采用通风、防排烟措施控制烟气产物及烟气运动可以改善火灾环境，并降低火场温度以及热烟气和热分解产物的浓度，改善视线。但是，机械通风会通过不同途径对不同类型和规模的火灾产生影响，在某些情况下反而会加剧火势发展和蔓延。实验表明：在低速通风时，对小轿车的火灾影响不大；可以降低小型油池（约10m2）火的热释放速率，但会加强通风控制型的大型油池（约100m2）火的热释放速率；在纵向机械通风条件下，载重货车火的热释放速率可以达到自然通风条件下的数倍。因此，隧道内的通风排烟系统设计，要针对不同隧道环境确定合适的通风排烟方式和排烟量。

12.3.1 通行机动车的一、二、三类隧道应设置排烟设施。

维姐有话说：本条为强制性条文。隧道的空间特性，导致其一旦发生火灾，热烟排除非常困难，往往会因高温而使结构发生破坏，烟气积聚而导致灭火、疏散困难且火灾延续时间很长。因此，隧道内发生火灾时的排烟是隧道防火设计的重要内容。本条规定了需设置排烟设施的隧道，四类隧道因长度较短、发生火灾的概率较低或火灾危险性较小，可不设置排烟设施。

别忘记隧道的分类哦

12.3.2 隧道内机械排烟系统的设置应符合下列规定：

    1 长度大于3000m的隧道，宜采用纵向分段排烟方式或重点排烟方式；

    2 长度不大于3000m的单洞单向交通隧道，宜采用纵向排烟方式；

    3 单洞双向交通隧道，宜采用重点排烟方式。

12.3.3 机械排烟系统与隧道的通风系统宜分开设置。合用时，合用的通风系统应具备在火灾时快速转换的功能，并应符合机械排烟系统的要求。

12.3.4 隧道内设置的机械排烟系统应符合下列规定：

    1 采用全横向和半横向通风方式时，可通过排风管道排烟；

    2 采用纵向排烟方式时，应能迅速组织气流、有效排烟，其排烟风速应根据隧道内的较不利火灾规模确定，且纵向气流的速度不应小于2m/s，并应大于临界风速；

    3 排烟风机和烟气流经的风阀、消声器、软接等辅助设备，应能承受设计的隧道火灾烟气排放温度，并应能在250℃下连续正常运行不小于1.0h。排烟管道的耐火极限不应低于1.00h。

12.3.5 隧道的避难设施内应设置独立的机械加压送风系统，其送风的余压值应为30Pa～50Pa。

条文说明：12.3.2～12.3.5 隧道排烟方式分为自然排烟和机械排烟。自然排烟，是利用短隧道的洞口或在隧道沿途**部开设的通风口（例如隧道敷设在路中绿化带下的情形）以及烟气自身浮力进行排烟的方式。采用自然排烟时，应注意错位布置上、下行隧道开设的自然排烟口或上、下行隧道的洞口，防止非着火隧道汽车行驶形成的活塞风将邻近隧道排出的烟气“倒吸”入非着火隧道，造成烟气蔓延。

    1 隧道的机械排烟模式分为纵向排烟和横向排烟方式以及由这两种基本排烟模式派生的各种组合排烟模式。排烟模式应根据隧道种类、疏散方式，并结合隧道正常工况的通风方式确定，并将烟气控制在较小范围之内，以保证人员疏散路径满足逃生环境要求，同时为灭火救援创造条件。

    2 火灾时，迫使隧道内的烟气沿隧道纵深方向流动的排烟形式为纵向排烟模式，是适用于单向交通隧道的一种较常用烟气控制方式。该模式可通过悬挂在隧道内的射流风机或其他射流装置、风井送排风设施等及其组合方式实现。纵向通风排烟，且气流方向与车行方向一致时，以火源点为界，火源点下游为烟气区、上游为非烟气区，人员往气流上游方向疏散。由于高温烟气沿坡度向上扩散速度很快，当在坡道上发生火灾，并采用纵向排烟控制烟流，排烟气流逆坡向时，必须使纵向气流的流速**临界风速。试验证明，纵向排烟控制烟气的效果较好。

    近年来，大于3km的长大城市隧道越来越多，若整个隧道长度不进行分段通风，会造成火灾及烟气在隧道中的影响范围非常大，不利于消防救援以及灾后的修复。因此，本规范规定大于3km的长大隧道宜采用纵向分段排烟或重点排烟方式，以控制烟气的影响范围。

    纵向排烟方式不适用于双向交通的隧道，因在此情况下采用纵向排烟方式会使火源一侧、不能驶离隧道的车辆处于烟气中。

   3 重点排烟是横向排烟方式的一种特殊情况，即在隧道纵向设置**排烟风道，并设置一定数量的排烟口，火灾时只开启火源附近或火源所在设计排烟区的排烟口，直接从火源附近将烟气快速有效地排出行车道空间，并从两端洞口自然补风，隧道内可形成一定的纵向风速。该排烟方式适用于双向交通隧道或经常发生交通阻塞的隧道。

    隧道试验表明，全横向或半横向排烟系统对发生火灾的位置比较敏感，控烟效果不很理想。因此，对于双向通行的隧道，尽量采用重点排烟方式。重点排烟的排烟量应根据火灾规模、隧道空间形状等确定，排烟量不应小于火灾的产烟量。

4 流经风机的烟气温度与隧道的火灾规模和风机距火源点的距离有关，火源小、距离远，隧道结构的冷却作用大，烟气温度也相应较低。通常位于排风道末端的排烟风机，排出的气体为位于火源附近的高温烟气与周围冷空气的混合气体，该气体在沿隧道和土建风道流动过程中得到了进一步冷却。澳大利亚某隧道、美国纪念隧道以及我国在上海进行的隧道试验均表明：即使火源距排烟风机较近，由于隧道的冷却作用，在排烟风机位置的烟气温度仍然低于250℃。因此，规定排烟风机要能耐受250℃的高温基本可以满足隧道排烟的要求。当设计火灾规模很大、风机离火源点很近时，排烟风机的耐高温设计要求可根据工程实际情况确定。本条的相关温度规定值为较低要求。

    5 排烟设备的有效工作时间，是保证隧道内人员逃生和灭火救援环境的基本时间。人员撤离时间与隧道内的实际人数、逃生路径及环境有关。目前，已经有多种计算机模拟软件可以对建筑物中的人员疏散时间进行预测，设备的耐高温时间可在此基础上确定。本规范规定的排烟风机的耐高温时间还参考了欧洲有关隧道的设计要求和试验研究成果。

    6 *12.3.5条中避难场所内有关防烟的要求，参照了建筑内防烟楼梯间和避难走道的有关规定。

12.3.6 隧道内用于火灾排烟的射流风机，应至少备用一组。

条文说明：12.3.6 隧道内用于通风和排烟的射流风机悬挂于隧道车行道的上部，火灾时可能直接暴露于高温下。此外，隧道内的排烟风机设置是要根据其有效作用范围来确定，风机间有一定的间隔。采用射流风机进行排烟的隧道，设计需考虑到正好在火源附近的射流风机由于温度过高而导致失效的情况，保证有一定的冗余配置。

秦岭隧洞(黄三段)3号勘探试验洞全长约5千米，由3号斜井两头掘进。其中上游方向掘进3000米，下游方向掘进2346米。

主洞线路前进方向右侧设斜井一座，长度1千米，出渣采用无轨运输，正洞较大通风长度3千米，斜井较大通风长度1千米，全洞较大通风长度4千米。

1.2施工通风方案

施工通风是长大隧洞施工的重要配套工艺之一，根据本工程特点，斜井及主洞施工均采用无轨运输，隧洞施工拟采用压入式通风方案。

通风计算

2.1通风计算

2.1.1 正洞全断面开挖，有效爆破深度取3m，按IV类围岩断面计算，开挖面积A=56m2；

2.1.2 单位体积岩石炸药用量：全断面开挖取1.0kg/m3；

2.1.3 排除炮烟通风时间：全断面开挖取20min；

2.1.4 百米漏风率，本隧洞长距离通风，根据经验取值P100=2.0%；

2.1.5 柴油机采用安装废气净化装置后的用风指标取4.0m3/min?kW；

2.1.6 管道的沿程摩擦阻力系数取值a =0.02；

2.1.7 对自卸汽车汽车内进行设计标准车速为12km/h，具有5°以上坡度的斜井或者出现路面不平整时，车速为5km/h。

2.2计算

2.2.1 按隧洞内施工的较多人数计算风量

洞内每人每分钟需要新鲜空气量按q=3m3/min，风量备用系数取k=1.2，同时较多工作人数按m=60人计算。则Q1=k?m?p=1.2×60×3=216m3/min；

2.2.2 按较低允许风速计算风量

按较低允许风速υ=0.15m/s，则工作面风量：

Q2=60υ?A=60×0.15×56=504m3/min；

2.2.3 按洞内同一时间内爆破使用的较多炸药用量计算风量

单位炸药用量1.0kg/m3，循环进尺量3m。开挖断面积A=56m2，则一次爆破炸药用量G=1.0×(56×3)=168kg。

计算炮烟抛掷长度：L0=15+G/5=15+168/5=49m；

计算长度49m，在实际应用时，考虑到通风区段长度，要满足掌子面到二衬区段通风需求，按100m考虑，取L0=100m

取爆破后通风时间t=20min，压入式通风工作面要求新鲜风量采用Ｂ.Ｈ.伏洛宁公式计算为：

　　从以上计算结果比较，按排除炮烟计算风量是所有计算风量中较大的，从安全角度考虑，工作面的设计风量暂取排除炮烟风量Q=700m3/min。

2.2.4 计算平均风速：

 满足较低风速要求。

2.3施工通风的工作面风量计算及风机选择

2.3.1 供风量的确定

风机的供风量按稀释内燃设备废气的要求来确定，假设采用24t红岩自卸汽车出碴，装机功率225kW。车辆在洞内行驶速度12km/h，考虑到隧洞较长时，每辆车装碴循环时间为6min。采用ZL50型装载机装碴，其功率为150kW。重车的负荷率为0.8，空车的负荷率0.3，装载机的负荷率0.7，所有设备的利用率0.8。行车时速为12km/h时，重车的行车间距为1200m，各施工部位机械布置及供风量如下表。 

取工作风量为700m3/min，通风机的风量选择如下表。百米漏风率P100=2.0%，根据百米漏风率公式

，反推漏风系数计算公式为

根据计算，各段落漏风系数如下表。

压入式通风以满足掌子面较大风量需求为主，同时应使整个洞室的作业环境也要基本满足要求。

工作面的需求风量仅为700m3/min，按稀释尾气后机械需要确定风机风量，自然也满足了工作面的风量要求，但采用此计算方法，耗电多不经济，故选择风机时，适当放宽对风量和风压的要求。

2.3.2风压的确定

摩擦阻力计算：

式中，hf为摩擦阻力，Pa；a为摩擦阻力系数，0.002N·s2/m4；L为供风长度，m；U为风带周长，m；Q为风道流量，m3/s；S为风带面积，m2。

局部阻力计算：hx=0.612?Q2/S2，根据经验，局部阻力hx≈0.1hf

根据以上公式，计算后各风机风压如下表和图1--

2.4风机功率计算

风机功率计算公式为：W=QHK/60η，

式中：W为风机功率，W；Q为风机供风量，m3/min；H为风机工作风压，Pa；η为风机工作效率，取80%；K为功率储备系数，取1.1。

W4000=3600×10000×1.1/(60×80%)/1000=825kW；——6×132kW

W3000=2400×4400×1.1/(60×80%)/1000=242kW；——2×115kW

W2000=1800×2200×1.1/(60×80%)/1000=91kW； ——2×47kW

W1000斜井=1200×1000×1.1/(60×80%)/1000=28kW；

W1000主洞=2400×1000×1.1/(60×80%)/1000=55kW；——2×28kW

W1000主洞=4000×3000×1.1/(60×80%)/1000=275kW。——2×132kW

风机设计时的可选电机：

7.5kW，11kW，15kW，22kW，28kW，30kW，37kW，45kW，55kW，75kW，90kW，110kW，132kW，160kW，200kW，220kW，250kW，280kW，315kW…

2.5风机选型

根据计算数据，采用轴流风机和射流风机两种型号，轴流风机拟选用天津生产的双级和单级调速风机，射流风机选用SDS-11.2型，功率约30kW，约共计需要5台。各施工作业面轴流风机具体型号见下表。

通风具体布置方式

在斜井1000m施工范围内，采用1台单级轴流风机进行压入式通风。斜井转主洞后，拟采用3种比选方案进行后期通风，衬砌作业时，每个台车配置1台射流风机。

3.1斜井段压入式通风

单级轴流风机安装在洞外，直接向掌子面压入通风。

3.2方案一

主洞洞外压入式通风

2台对旋式轴流风机安装在洞外，直接向掌子面压入通风，为防止上下游掘进不同步时造成压力不对称，斜井设3台射流风机组。

3.3方案二

主洞设蓄风房的压入式通风(斜井双风带)

2台轴流风机安装洞外，由2条风带向风房供风。交汇段设置6×20m风房，采用砖砌筑或活动板建造，**部10cm敞开，通过风房采用2台对旋式轴流风机向上下游供风，斜井设3台射流风机组。

3.4方案三

主洞设蓄风房的压入式通风(斜井单风带)

1台轴流风机安装洞外，通过1条风带向风房供风，在风房用2台对旋式轴流风机向上下游供风，斜井设3台射流风机组。

经济性比选

根据对方案1、2、3的运行计算，其经济效益对比分析如下表。

从表中可以看出，

采用方案2，相对于方案1，节约费用831万元；

相对于方案3，节约费用201万元。