铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法技术

本发明专利技术公开了一种铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，采用钢筋混凝土隔板作为辅助坑道风渠式通风的风渠隔板，首先获取每平米钢筋混凝土隔板造价、当地电价、风机工作月数以及所述辅助坑道风渠式通风的相关设计参数，利用本发明专利技术提供的经济风速计算公式采用试算法求出经济风速，进而求出风道的经济横断面积值，设计所述辅助坑道断面形状，利用几何关系与所述风道的经济横断面积值，采用试算法求得所述辅助坑道的经济断面设计尺寸，画出所述辅助坑道的经济断面设计图。本发明专利技术为辅助坑道采用钢筋混凝土隔板作为风渠隔板进行风渠式通风的断面设计提供了一种理论依据。行风渠式通风的断面设计提供了一种理论依据。行风渠式通风的断面设计提供了一种理论依据。

【技术实现步骤摘要】
铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法


[0001]本专利技术涉及铁路隧道施工通风
，尤其涉及一种铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法。

技术介绍

[0002]高海拔铁路隧道修建面临以下难题：一是高海拔高地温段落超长，施工环境极为恶劣，严重危及作业人员健康；二是钻爆法隧道施工独头通风距离长，高温高湿与高原缺氧的环境条件叠加，施工通风难度更大。
[0003]隧道施工通风作为洞内外空气交换的手段，对于改善施工作业环境和保障作业人员安全起到重要的作用。西南地区高海拔钻爆法隧道施工的通风具有如下特点：一是长、特长高海拔隧道占比大，施工工期长，施工通风总费用高；二是横洞、斜井设置条件差，辅助坑道长，多数长度为1.0～4.0km，多数工区施工通风距离为4.0～7.7km；三是横洞、斜井工区正洞施工工作面多，一般为2～6个工作面，多工作面施工需风量大；四是目前现场施工通风风机功率不足且软风管系统漏风率较大，一般为1.66％～16.01％，容易导致洞内供风量不足，施工环境较差。针对上述长、特长高海拔隧道施工期长、通风距离长、需风量大、通风费用高等特点，常规压入式通风已经难以满足高海拔隧道施工通风对供风量的需求。
[0004]辅助坑道隔板风渠式通风是一种特殊的施工通风方式，利用隔板将辅助坑道分为上下两部分，上部作为风道，下部为运输及排污通道；新风由上部风道送入，再由送风机通过管路转送到各开挖工作面，污风由各开挖工作面隧道汇总至辅助坑道下部运输通道排至洞外。辅助坑道隔板风渠式通风具有如下特点：利用隔板构建一个低漏风率或无漏风率、低通风阻力的风道，缩短正洞施工软风管送风距离，满足隧道长距离多工作面施工供风量需求，减小通风设备功率需求，降低施工通风运营总费用。
[0005]当隧道辅助坑道(横洞、斜井)工区施工通风选用隔板风渠式通风时，风道设置需满足正洞多工作面施工供风量的需求，且不能影响辅助坑道正常的行车运输功能；在供风量一定的情况，风机功率与风渠上部风道面积的平方成反比，为达到降低通风能耗的目的，应保障隧道辅助坑道上部隔板风道具有足够的面积；同时，辅助坑道施工通风总成本需考虑风道工程费、洞外风机采购费用及风机运营电费等。因此，亟待提出一种既能够满足铁路隧道施工通风需求，又在经济效益上最合适(即总成本最低)的铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道断面的设计方法，使用该方法设计出来的辅助坑道断面称为辅助坑道经济断面。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中，既需要满足隧道多工作面施工需风量又需要合理控制辅助坑道施工通风总成本时，辅助坑道钢筋混凝土隔板风渠式通风的辅助坑道断面设计无理论依据的问题，提供一种铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]一种铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，采用现场浇筑钢筋混凝土隔板作为辅助坑道风渠式通风的风渠隔板，所述风渠隔板将所述辅助坑道分为上、下两部，其中上部为风道，下部为运输及排污通道，通过以下步骤得到所述风道的经济横断面积、所述辅助坑道的经济断面设计尺寸及经济断面设计图：
[0009]S1：获取每平米钢筋混凝土隔板造价P、当地电价a、风机工作月数m
t
以及所述辅助坑道风渠式通风的相关设计参数，所述相关设计参数包括风道长度L、风道需风量q、辅助坑道洞口空气密度ρ1、标准大气压下空气密度ρ0、风道沿程阻力系数λ1、风道入口局部阻力系数ξ
in
、风道出口局部阻力系数ξ
out
、风机效率η
t
、维护修正系数C1；
[0010]S2：为所述风道选取一个假定当量直径值d
e1
，将所述假定当量直径值d
e1
代入下列公式：
[0011][0012]求得所述风道入口、出口的局部阻力系数折算后的等效沿程阻力系数值λ2，再将得到的所述等效沿程阻力系数值λ2代入下列公式：
[0013][0014]求得计算经济风速值v'
F
，再将得到的所述计算经济风速值v'
F
代入下列公式：
[0015][0016]其中k为经验系数，根据实际情况选取具体数值，得出计算当量直径值d
e2
；
[0017]S3：将所述计算当量直径值d
e2
与所述假定当量直径值d
e1
比较，若所述d
e2
与所述d
e1
不相等，则重复S2，直至所述d
e2
与所述d
e1
相等，此时由所述d
e1
计算得到的所述计算经济风速值v'
F
为设计经济风速值v
F0
；
[0018]S4：将所述设计经济风速值v
F0
代入下列公式：
[0019][0020]求得所述风道的经济横断面积值S
F0
；
[0021]S5：设计所述辅助坑道断面形状，利用所述辅助坑道断面的几何关系得出所述辅助坑道的断面尺寸与所述风道的横断面积间的关系式，利用所述关系式与所述风道的经济横断面积值S
F0
，采用试算法求得所述辅助坑道的经济断面设计尺寸；
[0022]S6：利用所述风道的经济横断面积值S
F0
、所述辅助坑道的经济断面设计尺寸、断面形状，画出所述辅助坑道的经济断面设计图。
[0023]本专利技术的一种铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，采用现场浇筑钢筋混凝土隔板作为辅助坑道的风渠式通风的风渠隔板，此种方式构筑的风道产生内部漏风的概率极低，漏风率可视作为0，能够简化计算；收集获取每平米钢筋混凝土隔板造价P、当地电价a、风机工作月数m
t
以及所述辅助坑道风渠式通风的相关设计参数，采用试算法
利用本专利技术提供的公式求得所述设计经济风速值v
F0
，进而求得所述风道的经济横断面积值S
F0
，表明当所述风道的横断面积选取为所述经济横断面积值S
F0
时，所述辅助坑道的风渠式通风的总成本最低，所述辅助坑道的经济效益最合适；确定好所述风道的经济横断面积值S
F0
后，设计所述辅助坑道断面形状，利用所述辅助坑道断面的几何关系得出所述辅助坑道的断面尺寸与所述风道的横断面积间的关系式，利用所述关系式与所述风道的经济横断面积值S
F0
，采用试算法求得所述辅助坑道的经济断面设计尺寸，进而画出所述辅助坑道的经济断面设计图，完成铁路隧道施工隔板风渠式通风辅助坑道的经济断面设计。本专利技术的一种铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，能够设计出既能够满足铁路隧道施工通风需求，又在经济效益上最合适(即通风总成本最低)的铁路隧道施工隔板风渠式通风辅助坑道的断面，为辅助坑道采用钢筋混凝土隔板作为风渠隔板进行风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，采用现场浇筑钢筋混凝土隔板作为辅助坑道(1)风渠式通风的风渠隔板(2)，所述风渠隔板(2)将所述辅助坑道(1)分为上、下两部，其中上部为风道(11)，下部为运输及排污通道(12)，其特征在于，通过以下步骤得到所述风道(11)的经济横断面积、所述辅助坑道(1)的经济断面设计尺寸及经济断面设计图：S1：获取每平米钢筋混凝土隔板造价P、当地电价a、风机工作月数m
t
以及所述辅助坑道(1)风渠式通风的相关设计参数，所述相关设计参数包括风道长度L、风道需风量q、辅助坑道洞口空气密度ρ1、标准大气压下空气密度ρ0、风道沿程阻力系数λ1、风道入口局部阻力系数ξ
in
、风道出口局部阻力系数ξ
out
、风机效率η
t
、维护修正系数C1；S2：为所述风道(11)选取一个假定当量直径值d
e1
，将所述假定当量直径值d
e1
代入下列公式：求得所述风道(11)入口、出口的局部阻力系数折算后的等效沿程阻力系数值λ2，再将得到的所述等效沿程阻力系数值λ2代入下列公式：求得计算经济风速值v'
F
，再将得到的所述计算经济风速值v'
F
代入下列公式：其中k为经验系数，根据实际情况选取具体数值，得出计算当量直径值d
e2
；S3：将所述计算当量直径值d
e2
与所述假定当量直径值d
e1
比较，若所述d
e2
与所述d
e1
不相等，则重复S2，直至所述d
e2
与所述d
e1
相等，此时由所述d
e1
计算得到的所述计算经济风速值c'
F
为设计经济风速值v
F0
；S4：将所述设计经济风速值v
F0
代入下列公式：求得所述风道(11)的经济横断面积值S
F0
；S5：设计所述辅助坑道(1)断面形状，利用所述辅助坑道(1)断面的几何关系得出所述辅助坑道(1)的断面尺寸与所述风道(11)的横断面积间的关系式，利用所述关系式与所述风道(11)的经济横断面积值S
F0
，采用试算法求得所述辅助坑道(1)的经济断面设计尺寸；S6：利用所述风道(11)的经济横断面积值S
F0
、所述辅助坑道(1)的经济断面设计尺寸、断面形状，画出所述辅助坑道(1)的经济断面设计图。2.根据权利要求1所述的铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，其特征在于，所述维护修正系数C1在0.05
‑
0.15的范围内选取。3.根据权利要求1所述的铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，其特
征在于，所述经验系数k选取为4.10。4.根据权利要求1所述的铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，将所述辅助坑道(1)的断面形状设计为三心拱断面，所述辅助坑道(1)的断面包括一段拱部圆弧(3)、两段边墙圆弧(4)、底板(5)与所述风渠隔板(2)，所述两段边墙圆弧(4)分别位于所述拱部圆弧(3)两边，所述两段边墙圆弧(4)的半径、圆心角度数及圆心高度均相同。5.根据权利要求4所述的铁路隧道风渠式施工通风辅助坑道经济断面设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据所述三心拱断面的几何关系，得到所述拱...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻渝，李奎，何昌国，匡亮，谭永杰，薛晖，齐春，叶伦，任小川，郑长青，刘金松，唐国荣，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：