时不小于0.15m/s,坑道内不小于0.25 m/s,但均不应大于4m/s。考虑隧道内人员作业环境、隧道TBM施工等要求,由于是采用压入式通风,新鲜风直接送至TBM主机区,则可设定斜井内平均回风风速应不小于0.5m/s的要求,则工作面风量:
Q2=Vmin×S流×k=0.5×21.76×1.2=13.05m3/s
式中,Vmin为最小断面风速,取0.5m/s;S流为过流断面面积,取21.76m2;k为通风备用系数,取1.2。 1.3.3按内燃机功率计算
本项目隧道掘进采用电瓶车出渣,无长时间内燃机负载,但考虑实际施工排水及照明需要,TBM在后配套拖车尾部配备了应急发电系统,柴油机功率为200KW。按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算
Q3=Q0ΣW=3.0×200=600m3/min=10m3/s
式中:∑W——同时在斜井内作业的各种内燃机的功率总和(kW);Q0为每千瓦动力的空气需求量,取3m3/min·kW 则工作面风量
Q=νA
式中 Q-工作面风量,m3/min;ν-允许最低风速,m/s;
开挖断面积,m2
根据上述计算结果,取其中的最大值有Q=MAX(Q2,Q1+Q3)=14.8m3/s
ν=14.8÷21.76=0.68m/s,满足风速≥0.5m/s、≤4m/s的要求。
1.3.4风机供风量计算
由于采用独头压入式通风,按照供风筒直径Φ1.2m,供风到TBM最后一节台车与TBM自带风筒相连接,Φ1.2m风筒总长3293m管道计算,TBM自带风筒长130m。
由于柔性风筒接口处以及本身材质容易漏风。漏风使风筒和风机连接端的风量与风筒靠近出口端的风量(即隧道内所需风量)不等。因此,风筒漏风量L=风机连接端风量-风筒出口风量。
漏风量与风筒的种类、接头的数目、方法和管理质量以及风简直径、风压等有关,但更主要是与风筒的维护和管理密切相关。反映风筒漏风程度的指标参数有:
风筒漏风率Le:风筒漏风量占风机工作风量的百分数,即: 风筒漏风率Le=风筒漏风量L/风机连接端风量×100%
Le 虽然能反映某一风筒的漏风情况,但不能作为比较的指标。故常用百米漏风率Le100 表示 :
百米漏风率Le100=风筒漏风量 L/[风机连接端风量×(风筒总长H/100)]×100%
其中:H/100构成Le100系数
风筒的百米漏风率由风筒生产厂家在出厂产品的参数说明中给出。一般要求柔性风筒的百米漏风率应达到表1要求。
柔性风筒的百米漏风率 通风距离 Le100 (%) 小于200 <15 200-500 <10 500-1000 <3 表1
1000-2000 <2 2000以上 <1.5 故风筒漏风量计算公式:L=Le100×H/100
所以
风机供风风量Q1=所需风量Q+风筒漏风量L
取Φ1m风筒平均每百m漏风率P100=1.0%,取TBM设备风筒平均每百m漏风率P100=1.0%。 风筒漏风系数:
L???1PL??1?P100????1?0.01?32.93??1.49
100??风机供风量应为:
?1Qj?PLQ?1.49?14.8?22.0m3s?1320.0m3min
1.3.5系统风压计算
根据摩擦阻力定律 ,风压 M 的计算公式为 : 风压M=风阻R×风量Q2
实际量需要实际参数来计算,未得到实际参数前只能用字母表示。在得到实际参数后可代入公式算出实际量,再根据相应风机参数配置表来选择风机。例如表2
表2
从理论上讲,通风系统克服通风阻力后在风筒末端风流具有一定的动压,克服阻力则取决于系统静压,动压与静压之和即为系统需供风压。 动压计算
h动?11??v2??1.2?13.092?102.8(pa) 22γ—空气密度,1.2kg/m3;
ν—末端管口风速,v=14.8/1.13=13.09m/s(按工作面最小风速折算)
1.3.6风阻计算
风筒的风阻理论上包括风筒的摩擦风阻、接头风阻、弯头风阻、风筒出口风阻。但在实际应用中,风筒风阻除与上述因素有关外,还与风筒的吊挂、维护、风压大小等管理质量密切相关,因此,很难用相应的计算公式进行精确计算,一般都根据实测风筒百米平均风阻作为衡量风筒管理质量和设计的数据。其百米平均风阻R100 由风筒生产厂家在出厂产品参数说明中给出。故风筒风阻计算式:
R= R100×H/100
式中:R风筒风阻。R100百米平均风阻,简称百米风阻。 H风筒全长,H/100构成R100系数; 按照供风筒直径Φ1.2m,总长3293m。
摩擦阻力系数α:据风筒厂提供的技术指标,采用PVC增强塑纤布作风筒材料,α值取0.0018Ns2/m4;
供风管道的摩擦风阻:
Rf??LUS3?0.0018?2???1/2??3293?15.5N?s2m8 31.13管道风流沿程摩阻风压损失:
h摩?QjRf2PL?15.5 ?22.02?5034(Pa)1.49局部阻力:
h局?0.1?h摩?0.1?5034?503.4(pa)系统静压:
h静?h摩?h局?5034?503.4?5538.2(pa)系统风压取值:
h系统?h动?h静?213.2?5538.2?5751.(4pa)
即风机需要提供不低于5751.4Pa的风压补偿,风量1320m3/min。风筒选择φ1.2的防静电、阻燃风筒。
1.4 风机选型
目前我国隧道施工用的通风机基本上都是国内自行研发的专用产品,全部属轴流式通风机,主要有三种类型:即单级轴流式、双旋轴流式和射流风机。
对旋轴流式隧道通风机由两台电动机分别驱动两个轴流式叶轮,且两叶轮旋转方向相反,和单级轴流式通风机一样,两个电动机转速可分级调速,因而风机的性能也可随时改变,由于对旋式通风机有两个叶轮同时工作,使风机在流量相同的条件下,产生的全压可以接近同直径同转速单级风机的两倍。这相当于两台单级轴流风机集中串联工作。适合使用在独头通风长度超过3000m的隧道通风系统。
本项目通风机选取山西侯马公司生产的(高压隧道通风机),型号SDF(c)-No.11.5/50Hz,风量1865m3/min,全压6689Pa,电动机