4　通風(fēng)方式和風(fēng)量計算

各洞室風(fēng)量的計算是施工通風(fēng)設(shè)計的基礎(chǔ)，公式很多，標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。水利水電施工組織設(shè)計手冊亦有地下工程的通風(fēng)設(shè)計，《水工地下規(guī)范》也有標(biāo)準(zhǔn)，但大部分都源于礦山工程的井巷通風(fēng)設(shè)計[4]。本設(shè)計研究參考了多個地下工程的通風(fēng)設(shè)計，如國內(nèi)的小灣和溪洛渡地下廠房工程，也參考了一些抽水蓄能的地下工程通風(fēng)，還有地鐵工程的通風(fēng)設(shè)計。

根據(jù)國內(nèi)大型地下廠房工程的施工經(jīng)驗(yàn)，地下廠房按平面多工序，立體多層次施工方式，計算施工人員、爆破散煙、機(jī)械設(shè)備和排塵要求等需風(fēng)量并取其中最大數(shù)值。

4.1　施工人員需風(fēng)量計算

施工人員需風(fēng)量按下式計算

Qp=fepK1K2mqp

式中 Qp——施工人員所需風(fēng)量，m3/min；

fep——高程修正系統(tǒng)，可按表4選取，亦可取1.0；

K1——風(fēng)量備用系數(shù)，取1.15；

K2——漏風(fēng)系數(shù)，根據(jù)風(fēng)管質(zhì)量和100m風(fēng)管漏風(fēng)量計算，可取100m風(fēng)管漏風(fēng)量為1%；

m——洞井內(nèi)同時工作人數(shù)，各洞室人數(shù)不一致，按施工組織分別計算；

qp——洞井內(nèi)每人所需空氣量，按4.0m3/（人·min）計算。

4.2　爆破散煙需風(fēng)量

爆破散煙需風(fēng)量根據(jù)排煙方式確定，一般采用壓入式，隨著隧洞的加長，壓入式通風(fēng)的需風(fēng)量很大，同時隨著岔道的形成，相互向干道內(nèi)排入乏風(fēng)，影響干道內(nèi)的空氣質(zhì)量，因此采取混合式通風(fēng)，將乏風(fēng)通過管道輸至洞外，可以避免干道內(nèi)空氣污染，同時，采用混合式通風(fēng)可以縮短通風(fēng)換氣段的長度，從而減少壓入的風(fēng)量。

無論是采取壓入式通風(fēng)還是混合式通風(fēng)，為稀釋爆煙而需壓入的風(fēng)量均按下式計算[5，6]。

式中 Qf——爆破散煙所需風(fēng)量，m3/min；

fes——高程修正系統(tǒng)，可按表4選取，亦可取1.0；

Wet——同一時間爆破耗藥量，kg，按進(jìn)尺和巖石性質(zhì)確定；

A——隧洞/先導(dǎo)洞斷面面積，m2；

L——通風(fēng)換氣段長度，取洞長或炮煙稀釋的安全距離，m；

t——設(shè)計排煙時間，按規(guī)范或施工組織設(shè)計的進(jìn)度要求，取20min、30min或60min。

值得研究的是，該式是以1kg炸藥產(chǎn)生100L一氧化碳?xì)怏w和有害氣體容許濃度為20×10-6代入沃洛寧公式而推導(dǎo)出來的[6]，而實(shí)際《水工地下規(guī)范》規(guī)定“1kg炸藥產(chǎn)生40L一氧化碳?xì)怏w及有害氣體的容許濃度為24×10-6”。根據(jù)沃洛寧公式，采用上式的計算結(jié)果將比原沃洛寧公式高出44%，因此，上式應(yīng)改寫為

式中參數(shù)同上。

采取壓入式通風(fēng)時，出風(fēng)口距工作面的距離不應(yīng)超過有效射程，有效射程為（4～5），如按45m2斷面面積計算，壓入式通風(fēng)的有效射程為26.8～33.5m。當(dāng)風(fēng)口超過該距離，污風(fēng)將在工作面形成回流旋渦，很難排出。

在計算壓入風(fēng)量時，特別應(yīng)注意L，它是通風(fēng)換氣段長度，取洞長或炮煙稀釋安全距離的較小值或者混合式通風(fēng)方式下吸風(fēng)口至工作面的長度，同時也可能就是工作區(qū)段需換氣段的長度。

炮煙稀釋安全距離為400Wet/A。

根據(jù)《水工地下規(guī)范》對工作時間和一氧化碳最高允許含量作出的特別規(guī)定，意味著在只供通行的隧道段內(nèi)，有害氣體的含量不需完全稀釋到工作面的允許濃度，因此，可以根據(jù)施工計劃，將通風(fēng)換氣段長度壓縮至工作面60～100m以內(nèi)，這樣將大大減少壓入的風(fēng)量，減少能耗和施工成本。

當(dāng)交通干道內(nèi)有施工任務(wù)或者為了改善干道內(nèi)的空氣質(zhì)量，往往需要采取混合式通風(fēng)方式。采用混合式通風(fēng)方式時稀釋爆煙的需風(fēng)量按沃洛寧公式計算壓入風(fēng)量，然后考慮洞內(nèi)最小排塵風(fēng)速要求計算抽出風(fēng)量，計算公式如下：

式中 Qin——爆破散煙采用混合式通風(fēng)時的壓入風(fēng)量，m3/min；

Qout——爆破散煙采用混合式通風(fēng)時的抽出風(fēng)量，m3/min；

v——設(shè)計的排塵風(fēng)速，按斷面大小取0.15m/s或0.25m/s；

其他參數(shù)意義同上。

對廠房等大洞室的開挖，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，可按下式計算：

式中 Qf——爆破散煙所需風(fēng)量，m3/min；

K3——渦流擴(kuò)散系數(shù)，與廠房通風(fēng)布置有關(guān)，需查手冊；

V——開挖容積，m3。

由于境外項(xiàng)目存在硬風(fēng)管采購、加工、運(yùn)輸和安裝上的難度，一般很少采用抽出式通風(fēng)。

4.3　按燃油機(jī)械單位功率需風(fēng)量計算

Qdm=fsimfemK1K2（Pm+Pp）Pq

式中 Qdm——柴油設(shè)備所需風(fēng)量，m3/min；

fsim——柴油設(shè)備同時工作系統(tǒng)，取0.70；

fem——高程修正系統(tǒng)，可按表4選取，亦可取1.0；

Pm——工作面上柴油設(shè)備的總功率，設(shè)備數(shù)量和容量按洞室大小確定；

Pq——單位千瓦柴油機(jī)所需風(fēng)量，為4.0m3/（min·kW）；

Pp——考慮各工作面同時工作人員的供風(fēng)要求，按人數(shù)換算成功率。

4.4　最小風(fēng)速要求和最大風(fēng)速校核

隧洞供風(fēng)量除按表上述要求算后還應(yīng)按表3中的要求核算最小風(fēng)速和最大風(fēng)速。