1、第八章 施工辅助作业v第一节 压缩空气的供应v第二节 施工通风与防尘v第三节 施工供水与排水v第四节 施工供电与照明第一节 压缩空气的供应 压缩空气俗称高压风压缩空气俗称高压风, ,即经空气压缩机压即经空气压缩机压缩后的具有一定压力的空气。要保证风动机缩后的具有一定压力的空气。要保证风动机械械 ( (具具) )设备正常工作设备正常工作, ,压缩空气必须具有一压缩空气必须具有一定的风量和风压。定的风量和风压。一、供风量的计算一、供风量的计算 空气压缩机空气压缩机( (也称空压机或压风机也称空压机或压风机) )站应站应提供能满足各种风动机械提供能满足各种风动机械( (具具) )设备正常运转设备正常
2、运转及输送损耗所需要的风量。供风量的大小可及输送损耗所需要的风量。供风量的大小可根据下式计算：根据下式计算： 第一节 压缩空气的供应 返回返回空压机所处海拔高度对空压机生产能力的影 响系数（可查表8-1-2） 。管路及附件的漏耗损失,其值为 mk漏qLq漏其中： 每公里漏风量,平均为1.52.03/minkm；管路总长,km；（包括主、支管路的实际铺设 长度和配件折合成管路当量,配件折合当量可 查表8-1-3 ）；L 空压机的备用系数,一般采用7590；风动机具所需风量,3/min ；同时工作系数,（可查表8-1-1）；q备KKmkqqKKQ)(1 (漏备(3/min) 转到下一张机具类型凿岩
3、机装碴机锻钎机同时工作台数1101130123412341.000.850.850.751.00.750.700.501.00.750.650.50表表8-1-1 同时工作系数同时工作系数 表表8-1-2 海拔高度影响系数海拔高度影响系数 海拔高度()0305610914121915241829213424382743304836581.001.031.071.101.141.171.201.231.261.291.321.37mk返回 钢管内径(mm) 折合 长度()配件名称255075100150200300球心阀6.015.025.035.060.085.0-闸门阀0.30.71.11.
4、52.53.56.0丁字管2.04.07.010.017.024.040.0异径管0.51.01.72.54.06.010.045弯头0.20.40.71.01.72.44.090弯头0.91.83.24.57.710.818.0135弯头1.42.84.97.012.016.828.0逆止阀-3.2-7.512.518.030.0表表8-1-3 8-1-3 配件折合成管路长度配件折合成管路长度返回二、空压机站二、空压机站 空压机站主要由空压机、配电设备、储风罐空压机站主要由空压机、配电设备、储风罐( (俗俗称风包称风包) )、送风管及配件、循环水池、送风管及配件、循环水池( (用于冷却空压用
5、于冷却空压机机) )等组成。等组成。 空压机按动力来源可分为电动和内燃两种。短空压机按动力来源可分为电动和内燃两种。短隧道可采用移动式内燃空压机隧道可采用移动式内燃空压机, ,长隧道可采用固定式长隧道可采用固定式大型电动空压机。大型电动空压机。 空压机站一般应靠近洞口空压机站一般应靠近洞口, ,与铺设的高压风管路与铺设的高压风管路同侧同侧, ,并注意防洪、防火、防爆破。机房要求地形宽并注意防洪、防火、防爆破。机房要求地形宽敞敞, ,通风良好通风良好, ,地基坚固。空压机组采用并列式布置地基坚固。空压机组采用并列式布置, ,两台空压机之间的净距不小于两台空压机之间的净距不小于1.51.5。此外。
6、此外, ,还应考还应考虑空压机出入、调换、加油、加水等方便。虑空压机出入、调换、加油、加水等方便。 三、高压风管管径的选择三、高压风管管径的选择 高压风管管径应根据可能出现的最大风量高压风管管径应根据可能出现的最大风量和容许的最大风压损失来确定。使之满足：能和容许的最大风压损失来确定。使之满足：能通过计算的最大供风量；送风管末端的风压不通过计算的最大供风量；送风管末端的风压不小于小于0.6MPa,0.6MPa,以保证高压风通过胶管到达风动机以保证高压风通过胶管到达风动机械械( (具具) )后仍能保持后仍能保持0.5MPa0.5MPa的风压。的风压。 压缩空气在输送过程中压缩空气在输送过程中,
7、,由于管壁摩擦、接由于管壁摩擦、接头、阀门等产生阻力头、阀门等产生阻力, ,其压力会减少其压力会减少, ,一般称压一般称压力损失。根据达西公式力损失。根据达西公式, ,钢管的风压损失钢管的风压损失PP可可按下式计算。按下式计算。62102gvdLP式中：式中： 摩阻系数摩阻系数 （可查阅隧道施工规范）（可查阅隧道施工规范） ； 送风管路长度（包括配件当量长度）；送风管路长度（包括配件当量长度）； 送风管内径送风管内径, ,； 重力加速度重力加速度, ,采用采用9.89.8/s/s2 2； 压缩空气的容重。压缩空气的容重。大气压压缩空气的容重。压缩空气的容重。大气压强下强下, ,温度为温度为0
8、0o oC C时时, ,空气容重为空气容重为12.9N/12.9N/3 3, ,温度为温度为t to oC C 时时, ,其容重则为其容重则为Ldgtt2732739 .12此时,压力为P的压缩空气的容重为1 . 0) 1 . 0(PtP为压缩空气的压力,由空压机性能可知,单位Mpa； v压缩空气在风管中的速度/s；根据风量和风管面积可得。 高压风钢管管径选择步骤：高压风钢管管径选择步骤： 1.计算出送风管路最大的理论长度。 2.根据最大供风量及送风管管路最大理论长度,由表8-1-6可查得风管直径。 3.根据查得的风管直径及最大供风量,计算风压损失值（也可查 表8-1-7确定）。当风压损失值P
9、-0.6MPa时(P为送风钢管始端风压),查得的风管直径即可使用,否则要将风管直径加大一级,并重复以上步骤重新选取,直至满足为止。转到下张表8-1-6 容许通过风量与管径、管长关系 注：本表系按送风钢管始端风压0.7MPa,钢管末端风压为0.6MPa,即风压通过管路的损失为0.1MPa计算。返回 管长L()容许通过风量 Q(3/min) 风管直径d(mm) 1002004006008001000125015002000300050005016118657046332319161510098705040353l2825221814125177125897268565047403225150289
10、20514511910292837565534l20043630925221819617416013811387250348315284245202158300401325303表8-1-7 风压损失 注：本表系按送风钢管始端风压0.7MPa,送风管长度(含配件当量长度)为1000计算而得。返回四、高压风管管路铺设要求四、高压风管管路铺设要求 1.管道敷设要求平顺、接头密封、防止漏风,凡有裂纹、创伤、凹陷等现象的钢管不能使用； 2.在洞外地段,风管长度超过500、温度变化较大时,宜安装伸缩器；靠近空压机150以内,风管的法兰盘接头宜用耐热材料制成垫片,如石棉衬垫； 3.压风管道在总输出管道上,
11、必须安装总闸阀以便控制和维修管道；主管上每隔300500应分装闸阀；按施工要求,在适当地段(一般每隔60)加设一个三通接头备用；管道前端至开挖面距离宜保持在30左右,并用高压软管接分风器；分部开挖法通往各工作面的软管长度不宜大于50,与分风器联结的胶皮软管长度不宜大于10； 4.主管长度大于1000时,应在管道最低处设置油水分离器,定期放出管中聚积的油水,以保持管内清洁与干燥； 5.管道安装前应进行检查,钢管内不得留有残杂物和其他脏物；各种闸阀在安装前应拆开清洗,并进行水压强度试验,合格者方能使用； 6.管道在洞内应敷设在电缆、电线的另一侧,并与运输轨道有一定距离,管道高度一般不应超过运输轨道
12、的轨面,若管径较大而超过轨面,应适当增大距离。如与水沟同侧时不应影响水沟排水； 7.管道使用时,应有专人负责检查、养护。第二节 隧道施工通风与防尘 隧道施工通风的目的隧道施工通风的目的, ,就是向洞内送进新就是向洞内送进新鲜空气鲜空气, ,排除有害气体排除有害气体, ,降低粉尘浓度和洞内温降低粉尘浓度和洞内温度度, ,保障洞内施工人员的健康保障洞内施工人员的健康, ,改善劳动条件改善劳动条件, ,从而保证施工安全和提高劳动生产率。从而保证施工安全和提高劳动生产率。 洞内作业环境必须符合洞内作业环境必须符合隧规隧规规定的卫规定的卫生标准。生标准。返回返回一、施工通风方式 施工通风有自然通风和机械
13、通风两类,其中自然通风是利用洞室内外的温差或高差来实现通风的一种方式,一般仅限于短直隧道,且受洞外气候条件的影响极大,因而完全依赖于自然通风是较少的,绝大多数隧道均应采用机械通风。 机械通风方式,按照通风类型、通风机安装位置的不同,可分为管道式、巷道式两大类。而管道通风根据隧道内空气流向的不同,又可分为压入式、吸出式和混合式三种。 (一) 管道式通风 此种通风形式的风流经由管道输送,可分为以下三种形式： 1.压入式通风,如图8-3-1 (a)所示。用风机将洞外新鲜空气通过风管压送到工作面,而工作面的污浊空气沿巷道排出洞外。这种通风方式若采用大功率、大管径,其适用范围较广。 2.吸出式通风,如图
14、8-3-1 (b)所示。用风机将工作面的污浊空气吸入风管而排出洞外。巷道内空气新鲜而工作面附近空气污浊；风机离工作面距离较近时,易被爆破飞起的石块砸坏。这种通风方式一般不宜单独使用,常用压入式风机配合组成混合式通风。 3.混合式通风,如图8-3-1(c)所示。设置两套风机与风管,一套吸出式,将洞内污浊空气排出洞外。另一套压入式,向工作面输送新鲜空气。既保持了前述两种通风方式的优点,又避免了它们的不足,因此是施工现场常采用的通风方式。但管路、风机等设施增多,在管径较小时可采用,若有大管径、大功率风机时,其经济性不如压入式。返回图8-3-2 巷道式通风(单位：)( (二二) )巷道式通风巷道式通风
15、 巷道式通风是利用隧道本身（包括成洞、导坑及扩大地段）和辅助坑道（如平行导坑）组成主风流和局部风流两个系统互相配合而达到通风的目的。现以设有平行导坑的隧道为例说明。二、施工通风计算 (一)风量计算 1.按洞内同时工作的最多人数所需要的风量计算kmqQ 式中： 所需风量,3/min； 风量备用系数；常取k=1.11.2； 洞内同时工作的最多人数； 洞内每人每分钟需要新鲜空气量,通常按 33/(人min)计算。Qkmq 2.按稀释洞内同时爆破采用的最多炸药量所产生的有害气体需要的风量计算 由于通风方式不同,计算方法也各不相同。 (1)巷道式通风tAbQ/5式中： 所需风量,3/min； 洞内同时爆
16、破的最多炸药量,kg； 1kg炸药折合成一氧化碳的体积,一般取 b=40L/kg； 爆破后的通风时间,min。 (2)管道式通风a.压入式通风QAbt3228 . 7LAStQ 式中： S坑道的开挖断面面积,2； L坑道的通风长度,；其他符号同前。b.吸出式通风散ASLtQ15式中： L散爆破后炮烟的扩散长度,； 非电起爆L散（） 电雷管起爆L散/S（）其他符号同前。c.混合式通风c.混合式通风 采用混合式通风时,要求吸出风机功率大于压入风机功率,即Q混吸Q混压。所以只计算Q混压即可。即： 3228 . 7入口混压LAStQ混压混吸QQ3 . 1式中： 压入风量； 吸出风量； 压入风口至工作面
17、的距离,一般采用25计算；其他符号同前。混压Q混吸Q入口L3.按内燃机作业废气稀释的需要计算:AnQj式中： 洞内同时使用内燃机作业的总kW数； 洞内同时使用内燃机每kW所需要的风量,一般采用33/minkW 计算。 4.按洞内允许最小风速验算风量jnASvQmin60式中： vmin洞内允许最小风速/s,全断面开挖时为0.15/s,其他坑道为0.25/s； S坑道断面积,2。 按上述四种情况计算后,取其中最大者为计算风量。要求通风机提供的风量为PQQ供式中: Q计算所需风量；P管道漏风系数。 P值与风管直径、长度、接头质量、风压、风管材料等因素有关,是个大于1的系数,可按有关设计手册中查用。
18、 对于高山地区,由于压强的降低,供风量需要进行修正,即：高正高PQQ/100式中: Q高 高度修正后的供风量； 正正常条件下的供风量(3/min)； 高高山地区大气压(kPa) 。(二)风压计算 在通风过程中,风流必须要有一定的风压,才能克服沿途的各种阻力,将风送到洞内,并保证具有一定的风速,风流所受的阻力主要有摩擦阻力、局部阻力和正面阻力,即正局摩阻机hhhhh 1.摩擦阻力 摩擦阻力是管道(巷道)周壁与风流互相摩擦以及风流中空气分子间的挠动和摩擦而产生的阻力,也称沿程阻力。 根据流体力学的达西公式可以导出隧道通风的摩擦阻力公式： gvdLh22摩式中：摩摩擦阻力,Pa；达西系数；风管长度,
19、；风流速度,/s；风管直径,； 重力加速度,/s2；空气容重,/3。 2.局部阻力 风流经过风管的某些局部地点(如断面扩大、断面减小、拐弯、交岔等)时,由于速度或方向发生突然变化而导致风流本身产生剧烈的冲击,由此产生风流阻力称局部阻力。 222gSQh局式中：局局部阻力系数； 其他符号同前。 3.正面阻力 当通风面积受阻时,会在受阻区域出现过风断面减小后再增大这一现象,相应地会增加风流阻力,一般可用下式计算： 32)/(612.0mmSSQSh正式中： 正面阻力系数,当列车行走时,=1.15,当斗车停放时=0.15,如两列车（或斗车）停放间距超过1时,则逐一相加； Sm阻塞物最大迎风面积(2)
20、。 其他符号同前。三、通风机的选择 通风机有轴流式和离心式两类。在隧道施工通风中主要采用轴流式通风机。它具有风量大、效率高、结构紧凑、重量轻等优点。 五、通风管理 隧道施工通风要取得良好的效果,除合理选择通风设备外,还必须加强通风管理,并要求做到以下几点： 1.定期测试通风量、风速、风压,检查通风设备的供风能力和动力消耗； 2.发现风管、风门、封闭的通道等处漏风时,必须立即堵塞； 3.通风巷道中,避免停放闲置的车辆、堆积料具和废碴； 4.采用平行导坑作通风巷道时,除最外一个横通道外,其余均应设置风门,在通风时及时关闭风门。六、防 尘 防尘措施,归纳起来有如下几个方面： 1.采用湿式凿岩,用高压
21、水冲洗孔眼使岩粉变成浆液流出。 2.使用机械通风也是降低洞内粉尘浓度的重要手段。在主要作业(钻眼、装碴等)时间内,应始终开动风机保持通风。 3.喷雾洒水不仅可以清除爆破、出碴所产生的粉尘,而且可溶解少量有害气体,并能降低坑道温度,使空气变得洁净清爽。 4.工作人员应戴防尘口罩,防止粉尘吸人体内,这也是有效防尘方法之一。朔黄线寺铺尖隧道通风设计（左上）内昆线青山隧道施工通风（右下）渝怀线圆梁山隧道施工通风（右上）广渝高速公路华山隧道施工通风（左下）京九线五指山隧道长距离独头施工通风乌鞘岭隧道七号斜井通风乌鞘岭隧道八号斜井通风乌鞘岭隧道三号斜井第三节 施工供水与排水一、施工供水 (一)水质要求 凡
22、无臭味,不含有害矿物质的洁净天然水,都可以作施工用水,饮用水的水质则要求更为新鲜清洁。无论生活用水还是施工用水,均应做好水质化验工作。 (二)用水量估算 用水量与隧道工程的规模、施工进度、施工人员数量、机械化程度等条件有关,变化幅度较大,一般可参照表8-2-3来估算1d的用水量,再加一定的储备量。转到下张返回表8-2-3 1d的用水量(t) (三)供水方式 供水方式主要根据水源情况而定。通常应尽量利用自流水源,以减少抽水机械设备。一般是把山上流水或泉水,河水或地下水(打井)用水管或抽水机引或扬升到位于山顶的蓄水池中,然后利用地形高差形成水压,通过管路送达使用地点。(四) 供水管道布置 1.管道
23、敷设要求平顺、短直且弯头少,干路管径尽可能一致,接头严密不漏水; 2.管道沿山顺坡敷设悬空跨距大时,应根据计算设立支柱承托,支撑点与水管之间加木垫；严寒地区应采用埋置或包扎等防冻措施,以防水管冻裂; 3.水池的输出管应设总闸阀,干路管道每隔300500应安装闸阀一个,以便维修和控制管道。管道闸阀布置还应考虑一旦发生管道故障(如断管)能够暂时由水池或水泵房供水的布置方案; 4.给水管道应安设在电线路的异侧,不应妨碍运输和行人,并设专人负责检查养护(可与压风管道共同组织一个维修、养护工班)。 5.管道前端至开挖面,一般保持的距离为30,用直径50mm高压软管接分水器,中间预留的异径三通,至其他工作
24、而供水使用软管(13mm)连接,其长度不宜超过50。 6.如利用高山水池,其自然压头超过所需水压时,应进行减压,一般是在管路中段设中间水池作过渡站,也可直接利用减压阀来降低管道中水流的压力。二、洞内排水 (一)顺坡施工排水 向洞内开挖为上坡,叫顺坡排水。一般只需随着隧道的延伸,在一侧(或两侧)开挖排水沟,使水顺坡自然排出洞外。 (二)反坡施工排水 向洞内开挖为下坡,叫反坡施工。斜井开挖亦属此类。因水向工作面汇集,需用机械排水,排水系统常用的布置有两种方式； 1.分段开挖反坡水沟 在分段处挖集水坑,每个集水坑处设一抽水机,把水抽至后一段反坡,最后一个抽水机把水排出洞外,如图8-2-1a所示。 集
25、水坑间距LK用下式计算: KSKKiihL式中: 反坡水沟最大开挖深度,一般不超过0.7； 线路坡度； 水沟底坡度,不小于2。KhSiKi2.隔开较长距离开挖集水坑 开挖面的积水用小水泵抽到最近的集水坑内,再用主抽水机将水排到洞外,如图8-2-1（b）所示。 这种方式的优点是所需抽水机数量少,缺点是要安装水管,抽水机需随坑道掘进而拆迁前移。在隧道较长、涌水量较大时采用为宜。 转到下张 (b)长距离集水坑排水1.主水泵2.小水泵 3.集水坑4.排水管5.横沟 6.水沟 图8-2-1 反坡排水方式示意图返回第四节 施工供电与照明一、供电线路 隧道供电电压一般是三相四线,动力机械电压标准是380V,
26、成洞地段照明用220V,工作地段照明用2436V。 对于长隧道考虑到低压输电因线路过长而使末端电压降得太多,故用610kV高压电缆进洞,然后在洞内适当地点设变电站,将高压电流变为400/280V,再送至工作地点。洞内 220V照明线均应使用防潮绝缘导线,并架设在离地面2.2以上高的瓷瓶上。高压电缆的架设高度应高出地面3.5。返回返回二、施工照明 隧道施工采用电灯照明,照明光线要充足均匀。 1.高压钠灯 此种灯的发光效率为2030lm/W,透雾性能好,没有眩光。尽管洞内放炮后烟雾弥漫,但灯下物体仍清晰可见,此灯能经受爆破冲击波的震动,诱虫少,使用寿命长,可达20005000h,是洞内施工较理想的
27、照明光源。(注：流明(LM)是光通量的单位，它表示单位时间辐射光能量的多少 ) 2.低压卤钨灯 这种灯的发光效率为2030lm/W,通常使用的有两种,一种为36V/300W或36V/500W卤钨灯,寿命大于600h,亮度为白炽灯的两倍。另一种是36V/500W溴钨灯,使用寿命大于500h,亮度为白炽灯的三倍,适用于作业面照明。 3.钠铊铟灯 它是一种新型气体放电灯。发光效率为6080 lm/W,光色好,适用于大面积照明,灯的使用寿命为10002000h。但在洞内使用时透烟雾性能差,悬挂高度在15以下时有眩光。 4.镐灯 镐灯是一种高强度气体放电灯,发光效率在70lm/W以上。显色性能好,光色洁白,清晰宜人,灯的使用寿命大于500h,适用于洞外场地照明。
