盾構施工通風的初步探討

陳春林 房延利

隨著城市化的快速發展，城市的規模和人口日益增長，為解決市內交通問題，地鐵是重要手段。盾構技術是建設地鐵隧道的重要方法，且應用日益廣泛。在盾構施工中，通風的作用一方面是向工作面輸送足夠的新鮮空氣、濾除盾構機排入空氣中的粉塵，保證作業人員的健康、安全，作業區域的氣體要求見表1;同時由于盾構機運行過程會產生大量熱量，必須通過通風達到散熱的目的。

表1 隧道作業區域符合的衛生標準

廣州地鐵三號線某工程單線隧道長度為3 500 m，盾構隧道外徑6 m，內徑5.4 m，采用的德國海瑞克公司生產的復合式土壓平衡盾構機施工，盾構機的開挖直徑是6.28 m。采用直徑1 m的軟風管壓入式通風，配置的風機功率為 110 kW，風壓4 800 Pa，流量60 000 m3/h。在工程進展到2 000 m時，因進入風量不足，造成作業面溫度高、工人無法作業等問題。為此，對該工程的通風設計重新核算。

1 風量核算

1.1 需要的進風量

1)按洞內同時工作的最多人數計算風量:

其中，Q為計算風量;q為洞內每人每分鐘所需的新鮮空氣量，m3;鐵道部《隧規》規定按每人每分鐘3 m3計算，煤炭部行業標準MT/T634-1996煤礦礦井風量計算方法中規定每人每分鐘供給風量不得小于4 m3;m為洞內同時工作的最多人數;K為風量備用系數，取1.10～1.15，q取 4 m3/min，洞內同時工作的最多人數為25人，風量備用系數取1.15，則計算風量為:

2)按照滿足洞內允許最小風速要求計算風量:

其中，s為隧道的面積;v為允許最小風速，導坑應不小于0.25 m/s，全斷面開挖時應不小于0.15 m/s，但均應不大于6 m/s，取0.20 m/s。

1.2 風機的供風能力

所需風量取兩種計算方式中的較大值，即274.69 m3/min。同時考慮隧道通風使用的是軟風管，根據產品標準，柔性風管采用平均百米漏風率取參考表中的最大值1.5%，現在風管長度約為2 000 m，漏風率為30%，根據隧道通風規范，通風機需考慮50%的余量。Q機=60Q×(1+50%)/(1-30%)=60×274.69×1.5/0.7=35 317 m3/h。當風管長度達到3 500 m時，漏風率為52.5%，此時通風機提供的風量最小為:

2 風壓核算

通風機的風壓用來克服沿途所有的阻力，主要包括沿途摩擦阻力和局部阻力。由于隧道中風管無較大角度的轉彎，也沒有直徑的變化，因此局部阻力很小，主要是要考慮沿途摩擦阻力。分別采用四種方式計算摩擦阻力，具體計算見表2。

表2 風管沿途摩擦阻力計算表 Pa

綜上，不同方法的計算結果差別很大。選取最大的計算結果，2 000 m長風管的沿途摩擦阻力為4 350 Pa，到 3 500 m時風管的沿途摩擦阻力達到7 612.5 Pa，而目前項目部配置的風機的全壓是 4 800 Pa。因此，風機配置的最大送風量為60 000 m3/h，理論上滿足隧道通風所需風量的要求。雖然風壓可以滿足目前2 000 m掘進長度通風的要求，但無法滿足掘進后期3 500 m隧道長度的通風風壓要求。

3 通風解決方案

計算表明，現有通風機的風量和風壓均可滿足2 000 m隧道長度通風要求，但實際反映通風不夠。通過檢查，發現是在風管上人為開洞，另外有已破損的風管，產生了不必要的風量和風壓損失。同時，為解決隧道通風不足的問題，將通風機遷移到1 500 m處的中間風井處，明顯減小了通風距離，改善了人員作業環境。

4 關于使用混合式通風的一些討論

對于較長隧道的通風，可以采用“長壓短抽式”混合式通風方式(見圖1)，即主要采用壓入式通風，將新風壓送至掘進面，同時盡量將掘進面區域的污濁氣體使用抽出式風機抽走。

盾構機掘進因無爆炸煙塵，有毒氣體量較小，因此進風管相對靠后，希望新風將拖車上各種機電設備的熱量從后向前吹，然后再從管片安裝區域處抽走。這種通風設計，一方面，考慮了設備通風降溫，另一方面，因將熱風吹聚在管片安裝區域，而這個區域恰恰是施工人員最集中的地方，自然造成施工環境惡化。

今后，可以對盾構機通風設計做相應改進，在盾構機的臺車上布兩條通風管，一條進風，一條出風，進風管盡量靠近管片安裝區域。這種改進通風方式，不僅可將盾體處的高溫空氣或由碴土帶出的有毒氣體迅速抽出，且能更好地改善施工人員的工作環境。

[1] 鐵道部第二工程局.鐵路工程技術手冊——隧道[M].北京:中國鐵道出版社，1995.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].第3版.北京:化學工業出版社，2004.

[3] 張 鵬，劉 躍，孫德靜.淺談地鐵車站通風空調系統設計的幾個方面[J].山西建筑，2009，35(19):188-190.