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通用型隧道施工通風機設(shè)計研究

文檔作者：寧俊峰文檔來源：中鐵十七局集團物資有限公司		更新日期： 2026年04月10日	點擊數(shù)：
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172
工程設(shè)計 2024 年 第06 期 總第158 期 工程技術(shù)研究
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2024.06.055 .
摘要：文章根據(jù)對各廠商常規(guī)檔位施工通風機的調(diào)查，
發(fā)現(xiàn)常用施工通風機均不適用于鉆爆法無軌運輸?shù)拈L
大隧道施工，通過研究各類隧道斷面形式在3.5 km 以
下不同掘進深度條件下的作業(yè)面供風需求、設(shè)備供風
要求及供風管路等參數(shù)，提出了一種普遍適用于公路、
鐵路隧道施工的新型施工通風機及對應的施工通風方
法。在此基礎(chǔ)上，展開了對高海拔隧道的研究，給出
了在高海拔條件下隧道施工通風的解決方案。
關(guān)鍵詞：隧道；通風機；施工通風
Abstract: According to the investigation of the conventional
gear construction ventilators of various manufacturers, it
is found that the common construction ventilators are not
suitable for the construction of long and large tunnels with
trackless transportation by drilling and blasting method. By
studying the parameters such as the air supply requirements
of the working face, the air supply requirements of the
equipment and the air supply pipeline under the conditions
of different excavation depths of various tunnel sections
below 3.5 km, a new type of construction ventilator and
related construction ventilation methods that are generally
applicable to highway and railway tunnel construction
are proposed. On this basis, the research on high altitude
tunnel is carried out, and the solution of tunnel construction
ventilation under high altitude condition is given.
Key Words: tunnel; ventilator; construction ventilation
分類號：U45
1 研究背景
在隧道建設(shè)中，有學者對施工通風做了部分理論
研究。例如，高峰等[1] 研究了高寒高海拔螺旋隧道壓
入式通風風機設(shè)計參數(shù)，張宗龍等[2] 研究了長大瓦斯
隧道的施工通風問題，謝文強等[3] 研究了隧道長距離
獨頭掘進施工通風技術(shù)問題，吳奮讀[4] 研究了海滄海
底隧道施工通風的關(guān)鍵參數(shù)。但目前隧道施工通風方
面仍然缺乏系統(tǒng)性研究，多數(shù)技術(shù)人員采用經(jīng)驗參數(shù)
法，對于通風方案的選擇缺乏理性分析，造成方案無
法滿足現(xiàn)場需要，或者成本浪費極大。
對于公路、鐵路隧道工程而言，尤其是對于采用
鉆爆法施工的隧道，其通風距離及結(jié)構(gòu)形式都是有限
的，如果針對不同施工長度及斷面尺寸的隧道進行施
工通風理論研究，進而找出相關(guān)規(guī)律，以設(shè)計出通用
型的通風設(shè)備，必將創(chuàng)造出極高的經(jīng)濟價值。
2 常用施工通風機現(xiàn)狀調(diào)查
在隧道通風領(lǐng)域，施工風機設(shè)計、制造技術(shù)得到
了持續(xù)發(fā)展，通風機的規(guī)格型號也較為繁多，但現(xiàn)場
應用中，功率為37 ～（2×132）kW 的施工通風機占
據(jù)了主流。文章選擇了國內(nèi)5 個主要施工風機產(chǎn)地生
產(chǎn)的常規(guī)風機的風量、全壓參數(shù)進行比較，為隧道通
風機的設(shè)計、應用提供相對科學的理論，不同功率的
常規(guī)施工通風機參數(shù)如表1 所示。
由表1 可知，各制造商在進行通風機設(shè)計時，都
有類似的技術(shù)取向：風量偏小，風壓偏大。礦井通風
施工通風技術(shù)已不再適用于目前鉆爆法施工的公路、
鐵路隧道，原因包括以下三點：（1）礦井一般開挖面
面積較小，掌子面排出廢氣的風量需求遠小于目前斷
面較大的公路、鐵路隧道。（2）礦井通風一般采用有
軌運輸，其風量要求僅限于保證掌子面正常作業(yè)，無
作者簡介： 寧俊峰，男，本科，工程師，研究方向為施工機械設(shè)備。 須負責整個通風段落的風量需求，而鉆爆法無軌運輸
通用型隧道施工通風機設(shè)計研究
Design and Research on General Fan for Tunnel Construction
寧俊峰
NING Junfeng
中鐵十七局集團物資有限公司，山西 太原 030000
China Railway 17th Bureau Group Material Co., Ltd., Taiyuan 030000, Shanxi, China
173
工程技術(shù)研究 第9 卷 總第158 期 2024 年3 月 工程設(shè)計
時，需要保證整個洞內(nèi)空氣滿足內(nèi)燃設(shè)備的需求，用
風量遠遠大于礦井施工。（3）因礦井斷面狹小，難以
利用較大直徑的風管，因此其通風阻力較大；而對于
斷面較大的公路、鐵路隧道，因斷面面積增加，適用
較大直徑的風管，進而可大幅降低通風阻力。
鑒于此，目前的小風量、大風壓的施工通風機已
不再適用于鉆爆法無軌運輸?shù)拈L大隧道施工，必須進
行改進，以便在適應現(xiàn)場的同時更大程度地節(jié)約能耗。
文章從理論層面出發(fā)進行探索，尋求一種普遍適用于
掘進深度在3.5 km 以下公路、鐵路隧道的風機型號，
并提出相對節(jié)能的通風方法。
3 計算參數(shù)取值
（1）對于可采用全斷面法開挖的Ⅲ級圍巖，各類
型隧道的開挖斷面面積大致取值如下：160 km/h 的單線
鐵路為63 m2，雙線鐵路為115 m2；200 km/h 的單線鐵
路為78 m2，雙線鐵路為127 m2；250 km/h 的單線鐵路
為82 m2，雙線鐵路為136 m2；350 km/h 的單線鐵路為
103 m2，雙線鐵路為142 m2；雙車道高速公路為89 m2，
三車道高速公路為115 m2。
（2） 公路、鐵路內(nèi)燃設(shè)備用風指標分別為
4.5 m3/（min·kW）、3 m3/（min·kW），人均用風指標
為3 m3/min[5]。
（3）一般隧道洞內(nèi)最低風速要求為0.15 m/s，瓦斯
隧道洞內(nèi)最低風速要求為1.00 m/s。
4 掌子面基準需風量
根據(jù)既有研究成果，可以計算得出，在全斷面鉆
爆法施工條件下，各類型隧道掌子面需風量如表2 所示。
表2 中的數(shù)據(jù)爆破需風量最大，一般以此作為施
工通風計算的基準風量。該數(shù)據(jù)具有較大離散性，但
常規(guī)隧道施工時，為減少出渣工序單循環(huán)作業(yè)時間、
增加循環(huán)數(shù)量，一般開挖面積在80 m2 以上時，均采
用臺階法開挖，因此采用80 m2 開挖斷面具有代表性。
綜上，選擇掌子面需風量1 100 m3/min 作為后續(xù)通用
方案設(shè)計時的基準風量。
5 不同距離通風機供風量
對無軌運輸來說，隧道內(nèi)總的通風量應足夠稀釋
和排出設(shè)備所排出的全部廢氣。結(jié)合相關(guān)規(guī)范，計算
表1 不同功率的常規(guī)施工通風機參數(shù)
產(chǎn)地
（2×37）kW （2×55）kW （2×75）kW （2×110）kW （2×132）kW
風量/
（m3·min-1）
全壓/Pa
風量/
（m3·min-1）
全壓/Pa
風量/
（m3·min-1）
全壓/Pa
風量/
（m3·min-1）
全壓/Pa
風量/
（m3·min-1）
全壓/Pa
天津833 3 800 1 000 4 900 1 383 4 800 2 500 4 000 2 917 4 000
山西
680 ～
1 300
500 ～
2 500
1 015 ～
1 985
624 ～
4 150
1 060 ～
2 015
615 ～
4 511
1 601 ～
3 022
1 457 ～
5 465
1 708 ～
3 385
980 ～
6 108
河南553 ～ 711
5 620 ～
7 220
1 061 ～
1 931
2 981 ～
5 420
0 ～ 2 283 0 ～ 5 739 0 ～ 3 121 0 ～ 6 209 0 ～ 3 421 0 ～ 6 696
陜西567 ～ 717
5 600 ～
7 200
1 167 ～
2 000
3 700 ～
5 400
1 500 ～
2 250
4 000 ～
5 600
1 833 ～
2 917
4 300 ～
6 000
2 167 ～
3 300
4 500 ～
6 500
四川
770 ～
1 500
550 ～
3 500
1 015 ～
2 285
624 ～
4 550
1 171 ～
2 885
727 ～
4 929
1 550 ～
2 912
860 ～
5 555
1 695 ～
3 300
930 ～
5 920
表2 各類型隧道掌子面需風量
隧道類型
全斷面開挖
面積/m2
除塵需風量/
（m3·min-1）
人工需風量/
（m3·min-1）
爆破需風量/
（m3·min-1）
隧道類型
全斷面開挖
面積/m2
除塵需風量/
（m3·min-1）
人工需風量/
（m3·min-1）
爆破需風量/
（m3·min-1）
160 km/h
單線鐵路
63 567 180 876
160 km/h
雙線鐵路
115 1 035 240 1 672
200 km/h
單線鐵路
78 702 180 1 084
200 km/h
雙線鐵路
127 1 143 300 1 846
250 km/h
單線鐵路
82 738 180 1 140
250 km/h
雙線鐵路
136 1 224 300 1 977
350 km/h
單線鐵路
103 927 240 1 432
350 km/h
雙線鐵路
142 1 278 300 2 064
雙車道
高速公路
89 801 240 1 294
三車道
高速公路
115 1 035 300 1 672
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工程設(shè)計 2024 年 第06 期 總第158 期 工程技術(shù)研究
得出鐵路、公路（雙車道）隧道掘進深度在3.5 km 以
下時的內(nèi)燃設(shè)備需風量，不同掘進深度內(nèi)燃設(shè)備需風
量如表3 所示。
表3 不同掘進深度內(nèi)燃設(shè)備需風量
隧道掘進
深度/m
重車數(shù)量/
輛
空車數(shù)量/
輛
設(shè)備需風量/（m3·min-1）
鐵路公路
2 000 1 2 1 168 1 752
3 500 2 3 1 806 2 710
掌子面的實際供風量受風管質(zhì)量（漏風率）影響，
計算時一般以掌子面需風量乘以風管漏風系數(shù)后，結(jié)
合內(nèi)燃設(shè)備需風量，選擇通風機的設(shè)計風量。在進行
通風機設(shè)計時，其參數(shù)一般均為整數(shù)，因此，不同掘
進深度下通風機設(shè)計風量如表4 所示。
由表4 可知， 通用型通風機供風量暫定為
1 500 m3/min、2 000 m3/min 和3 000 m3/min 三級。
6 通用型施工通風機設(shè)計
風管最佳流速為6 ～ 14 m/s，最佳風管直徑計算公
式如下：
（1）
式中：d 為管道直徑，m；Q 為管道平均風量，m3/s；
v 為管道流速，m/s。
計算可得最佳風管直徑為1.5 ～ 2.2 m。
進行通用方案設(shè)計時，風管直徑取1.8 m，在通風
機各風量工況下計算公路、鐵路隧道不同通風距離時
通風機設(shè)計全壓及電機功率，如表5 所示。
根據(jù)表5，選用5 個電機檔位，通用型通風機設(shè)
計參數(shù)如表6 所示。
7 施工通風方案設(shè)計
對于單線鐵路隧道，采用表6 中45 kW 及（2×
45）kW 等兩個低檔位，可分別滿足2 000 m、3 500 m
掘進深度隧道的通風需求。雙線鐵路及高速公路隧道
因開挖寬度較大，適宜雙車同時出碴，出碴時需風量急
劇增加。據(jù)計算，掘進深度在2 000 m 以下時，雙線鐵路、
公路設(shè)備需風量分別為2 336 m3/min、3 505 m3/min；掘
進深度為2 000 ～ 3 500 m 時，雙線鐵路、公路設(shè)備的
需風量分別為3 613 m3/min、5 420 m3/min?？紤]內(nèi)燃
設(shè)備巨大的供風需求，當雙車出碴時，供風方式如下：
表4 不同掘進深度下通風機設(shè)計風量
掘進深度/m 風管漏風率漏風系數(shù)
管道漏風需求量/
（m3·min-1）
設(shè)備供風量/（m3·min-1） 風管出口風量/（m3·min-1）
鐵路公路鐵路公路
2 000
1.0% 1.25 1 375 1 500 1 200
1.5% 1.43 1 571 2 000 1 400
3 500
1.0% 1.54 1 692 2 000 1 300
1.5% 2.11 2 316 3 000 1 425
表5 公路、鐵路隧道不同通風距離時通風機設(shè)計全壓及電機功率
通風機供風量/
（m3·min-1）
通風距離/m 風帶直徑/m
尾端風量/
（m3·min-1）
通風阻力計算/Pa
選用通風機
全壓/Pa
計算電機
功率/kW
選用電機
功率/kW
1 500 2 000 1.8 1 200 755 1 000 34 45
2 000 2 000 1.8 1 400 1 175 1 000 45 45
2 000 3 500 1.8 1 300 1 910 2 000 91 2×45
3 000 3 500 1.8 1 425 3 141 3 000 206 2×110
表6 通用型通風機設(shè)計參數(shù)
檔位電機功率/kW 風量/（m3·min-1） 全壓/Pa 直徑/mm 電機轉(zhuǎn)速/（r·min-1）
Ⅰ 45 1 500 1 200 1 600 1 480
Ⅱ 2×45 1 900 2 000 1 600 1 480
Ⅲ 110 2 400 2 000 1 600 1 480
Ⅳ 110+45 2 800 2 400 1 600 1 400
Ⅴ 2×110 3 200 3 000 1 600 980
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工程技術(shù)研究 第9 卷 總第158 期 2024 年3 月 工程設(shè)計
（1）雙線鐵路具有更大的斷面，采用直徑為2 m
的風管，取表6 中110 kW 及（2×110）kW 檔位，可分
別滿足2 000 m 和3 500 m 掘進深度隧道的通風需求。
（2）相對于雙線鐵路，高速公路內(nèi)燃設(shè)備需風量
更大，需采用巷道式通風。具體做法是，每次完成前
方車行橫洞時，將2 臺通風機前移至前方人行橫洞處。
1 臺通風機直接向掌子面供風，另1 臺通風機通過人行
橫洞向另一掌子面供風，前方車行通道作為供風洞的出
碴通道，通風距離按1 000 m 考慮。在該方案中，2 臺
通風機分別向2 個掌子面供風，供風區(qū)間僅1 000 m，
內(nèi)燃設(shè)備需風量不大。在內(nèi)燃設(shè)備需風量較大的出碴通
道中，回風為2 臺通風機的供風量之和。在該方案中，
進行出碴以外的工序施工時，2 臺通風機均采用表6 中
45 kW 檔，出碴時改用（110+45）kW 檔，以高風量供風。
8 高原隧道供風修正
對高原隧道而言，通風參數(shù)的影響因素主要包括
三部分：（1）高原隧道空氣稀薄，氣壓降低，炮煙體
積膨脹。（2）在低氣壓條件下，內(nèi)燃設(shè)備排放的廢氣
也發(fā)生體積膨脹。（3）高海拔地區(qū)空氣重率和密度降
低，需對供風風壓進行修正。
500 ～ 4 500 m 海拔炮煙體積增大量校正系數(shù)為
1.02 ～1.26，一氧化碳校正系數(shù)為1.06 ～3.28，風阻校正
系數(shù)為0.95 ～ 0.63。根據(jù)前述計算，500 ～ 4 500 m
海拔掌子面需風量修正值為1 127 ～ 1 382 m3/min，不
同海拔高度下內(nèi)燃設(shè)備需風量高程校正值如表7 所示。
由表7 可知，在海拔4 000 m 以下，掌子面需風
量增量不大于1.2 倍，根據(jù)表4 的供風量，在選用優(yōu)質(zhì)
風管、不改變通風機供風量的情況下即可滿足掌子面
需風量。但海拔高度對內(nèi)燃設(shè)備需風量具有顯著影響，
目前國內(nèi)常規(guī)通風機幾乎無法滿足海拔4 500 m 處通風
距離2 000 m 和海拔2 500 m 處通風距離3 500 m 的內(nèi)
燃設(shè)備供風量需求。高海拔地區(qū)的顯著特點是，在不
同海拔處，掌子面需風量差異不大，但洞內(nèi)整體需風
量差異較大，不同海拔下掌子面需風量與內(nèi)燃設(shè)備需
風量如表8 所示。
在高海拔地區(qū)，各通風機參數(shù)如表9 所示。
由表8、表9 可知，在高海拔地區(qū)，不能全部采
用常規(guī)通風方案，可采用如下措施解決：
（1）通風距離2 000 m 范圍內(nèi)，設(shè)置3 個檔位。
海拔在1 500 m 以下時，選用1 臺風量為1 900 m3/min、
風壓為1 000 Pa、功率為45 kW 的通風機供風；海拔為
1 500 ～ 2 000 m 時，選用1 臺風量為2 400 m3/min、風
壓為1 000 Pa、功率為55 kW 的通風機供風；海拔為
表7 不同海拔高度下內(nèi)燃設(shè)備需風量高程校正值 單位：m3/min
項目
海拔高度
500 m 1 000 m 1 500 m 2 000 m 2 500 m 3 000 m 3 500 m 4 000 m 4 500 m
鐵路通風距離2 000 m 1 233 1 557 1 882 2 206 2 531 2 855 3 180 3 504 3 828
鐵路通風距離3 500 m 1 906 2 408 2 910 3 411 3 913 4 415 4 916 5 418 5 920
公路通風距離2 000 m 1 849 2 336 2 823 3 309 3 796 4 283 4 769 5 256 5 743
公路通風距離3 500 m 2 861 3 613 4 366 5 119 5 872 6 624 7 377 8 130 8 883
表8 不同海拔下掌子面需風量與內(nèi)燃設(shè)備需風量（鐵路） 單位：m3/min
項目
海拔高度
1 500 m 2 000 m 2 500 m 3 000 m 3 500 m 4 000 m 4 500 m
掌子面需風量1 184 1 214 1 245 1 277 1 311 1 345 1 382
通風距離2 000 m 需風量1 882 2 206 2 531 2 855 3 180 3 504 3 828
通風距離3 500 m 需風量2 910 3 411 3 913 4 415 4 916 5 418 5 920
表9 各通風機參數(shù)
風機檔位
風機供風量/
（m3·min-1）
通風距離/m 漏風率風管直徑/m
尾端風量/
（m3·min-1）
通風阻力/Pa
選用風機
全壓/Pa
電機功率/kW
Ⅱ 1 900 2 000 2.0% 2 1 140 537 1 000 43
Ⅲ 2 400 2 000 2.0% 2 1 440 856 1 000 55
Ⅳ 2 400 3 500 1.5% 2 1 140 1 187 1 200 66
Ⅴ 3 200 3 500 1.5% 2 1 520 2 110 2 100 154
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工程設(shè)計 2024 年 第06 期 總第158 期 工程技術(shù)研究
2 000 ～ 4 500 m 時，選用2 臺風量為1 900 m3/min、風
壓為1 000 Pa、功率為45 kW 的通風機并行供風。
（2）通風距離為2 000 ～ 3 500 m 時，設(shè)置3 個檔
位。海拔在2 500 m 以下時選用2 臺風量為1 900 m3/min、
風壓為1 000 Pa、功率為45 kW 的通風機并行供風；海
拔為2 500 ～ 3 500 m 時選用2 臺風量為2 400 m3/min、
風壓為1 200 Pa、功率為75 kW 的通風機并行供風；海
拔為3 500 ～ 4 500 m 時，選用2 臺風量為3 200 m3/min、
風壓為2 100 Pa、功率為（110+45）kW 的通風機并行
供風。
在選用以上相關(guān)通風機時，可利用前述通用型
通風機中的Ⅰ檔、Ⅳ檔，其參數(shù)雖和需求值不一致，
但通風機風量會隨系統(tǒng)阻力變化，平衡后的實際供
風參數(shù)分別為1 866 m3/min-965 Pa（ 風量- 全壓）、
3 200 m3/min-2 100 Pa（風量- 全壓），基本滿足通風機
設(shè)計1 900 m3/min-1 000 Pa（風量- 全壓）、3 200 m3/min-
2 100 Pa（風量- 全壓）的要求。
9 結(jié)束語
基于目前礦井通風施工通風技術(shù)已不再適用于斷
面較大的公、鐵路隧道施工的現(xiàn)狀，文章研發(fā)了一種
普適于3 500 m 開挖深度隧道的施工通風機。對施工單
位而言，該普適性施工通風機的成功研發(fā)可以加快工
裝統(tǒng)一的步伐，提高施工設(shè)備的通用性。同時，在進
行通風機設(shè)計的基礎(chǔ)上，還給出了公路、鐵路隧道在
各種工況下的具體施工通風方案，以及在高海拔條件
下隧道施工通風的解決方案，降低了隧道施工技術(shù)人
員進行隧道施工通風方案設(shè)計的門檻。因此，該普適
性施工通風機的應用前景十分廣闊，未來有望替代現(xiàn)
有技術(shù)。
參考文獻
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（上接第156 頁）技術(shù)，在建筑工程中增加綠色元素。
應從全壽命周期的角度考慮成本，加強可再生能源的
利用，一次投入成本雖大，卻能夠不斷利用可再生能源，
是實現(xiàn)碳中和的重要舉措。
4.3 綠色建筑運營管理
傳統(tǒng)建筑的運營管理以物業(yè)管理為主，但這種管
理方式已經(jīng)無法滿足可持續(xù)發(fā)展理念。因此，應將傳
統(tǒng)建筑與綠色化相結(jié)合，以綠色環(huán)保理念為指導，將
綠色環(huán)保理念貫穿于項目申報和項目全壽命周期中。
同時，強調(diào)對綠色建筑功能運行及設(shè)備日常維護的環(huán)
保管理，以確保綠色建筑在實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)
發(fā)展目標的同時，保持良好的運行狀態(tài)和使用效果。
此外，綠色建筑的運營管理不僅注重建筑本身節(jié)能和
環(huán)保，同時也強調(diào)以人為本，以及對建筑物周圍環(huán)境
的保護和改善。這種管理方式有助于提高建筑物的使
用效率，延長其使用壽命，同時也有利于保護環(huán)境和
減少能源消耗，實現(xiàn)人與自然和諧共生。
綠色建筑運營管理實際上是對建筑物及設(shè)備持續(xù)
運維管理的過程，需要不斷地收集運營數(shù)據(jù)，評估效果，
分析數(shù)據(jù)，優(yōu)化管理方案并再次實施，實現(xiàn)綠色建筑
節(jié)能減排、環(huán)保可持續(xù)的目標。通過持續(xù)改進，可以
提高綠色建筑的整體運營效率，促進可持續(xù)發(fā)展。
5 結(jié)束語
高能耗的工程行業(yè)無法滿足綠色低碳環(huán)保的要求，
傳統(tǒng)方式向綠色轉(zhuǎn)變是建設(shè)工程行業(yè)的必由之路。因
此，行業(yè)人員應該立足于綠色環(huán)保的發(fā)展理念，采用
科學合理的綠色工程管理方式，減少對環(huán)境影響，加
強對資源的利用，這具有重大意義。
參考文獻
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