水工深埋長隧洞通風技術探討

【摘要】伴隨著水電站地下洞室和超長引水工程的大量修建，國內的長大深埋隧洞蓬勃發展起來。尤其是我國西部大型水電站裝機容量大、水頭高，且位于高山峽谷地區，地下水位高，水工洞室常深埋于地下水位以下，于是水工深埋隧洞的各項技術也得到了實踐和發展。文章僅就水工深埋長隧洞通風技術展開探討。

【關鍵詞】水工深埋隧洞；通風技術；探討

就深埋長隧洞而言，國際隧洞協會把長度3～5 km 的隧洞定義為長隧洞； 我國水利水電系統將埋深大于600 m 的隧洞定義為深埋隧洞，鉆爆法施工中將長度大于3 km、TBM 法施工大于10 km的隧洞定義為長隧洞。目前，世界各國已經在水利水電、鐵路、公路等領域建成近200多條接近或超過10km的長大深埋隧洞。近20余年來，長大深埋隧洞在我國水利水電、鐵路、公路等建設中蓬勃發展，其中，水工隧洞總體體現出“長、大、深”的特點，代表性的有錦屏二級、天生橋二級、齊熱哈塔爾等水電站的發電引水隧洞、引大入秦工程等工程，經過這些水利水電工程的實踐，我國的長大深埋隧洞技術得到了迅速的發展，并取得了舉世矚目的成就。在水工深埋隧洞施工技術中，通風技術也是十分重要的一項，對其展開研究也是十分必要的。

一、隧洞施工通風方式

水利工程輸水隧洞通常為單洞，在同期工程中很少設置并行的兩條隧洞，施工過程中很少能用到雙洞或多洞情況下的巷道式通風方式，因此，在輸水隧洞工程中，當隧洞長度較短，或隧洞雖長但淺埋、容易設置施工支洞實現“長洞短打”的情況下，一般利用自然洞口或支洞口，采用基本的通風方式就能滿足通風要求。當隧洞既長又深埋、且不便設置施工支洞實現“長洞短打”的情況下，這就需要設置專門的輔助通風豎井或斜井，以實現長距離獨頭掘進情況下的通風要求。以下僅探討水工深埋長隧洞的通風方式。

對于水利工程中的深埋長隧洞，由于隧洞埋深大，設置施工支洞較困難，獨頭掘進長度較長，通常采用TBM掘進機進行施工。TBM施工通常采用連續皮帶機出渣、機車進料或全部采用機車運輸的方式，機車一般采用無污染的電瓶車或低污染的內燃機車牽引，這樣對于洞徑較大的隧洞，采用大管徑風管，可不設置通風豎井或少設置通風豎井即可滿足通風要求。通常當管片襯砌或一次支護后洞徑大于6m時，可采用直徑2m及以上風管，獨頭通風距離可超過10km。比如大伙房輸水隧洞TBM1、引漢濟渭輸水隧洞嶺南TBM、吉林引松供水工程等，均采用2.2m直徑風管，獨頭通風長度均超過10km。對于洞徑較小的隧洞，采用的通風管管徑較小，受風管耐壓限制，獨頭通風距離有限，這就需要設置通風豎井以滿足通風要求，通風方式可采用將送風機置于通風豎井上風側的射流巷道式通風方式或正壓排風混合式通風方式。

二、通風計算

隧洞施工通風計算主要考慮施工人員需風量、柴油機械需風量和最小風速等因素。下面結合深埋長隧洞TBM 施工介紹通風計算。

施工人員需風量：Qp=3kpN

柴油機械需風量：Qd=∑3ke

Pdi允許最低風速所需風量：Qv=Av

工作面需風量按上述計算最大值確定：Qn=Max[Qp，Qd，Qv]

式中 Qp——隧洞內施工人員呼吸所需要的總風量，m3/min；

kp——施工人員所需風量修正系數，取1.3；

N——洞內最多施工人數；

Qd——柴油機械需風量，m3/min；

Pdi——工作面柴油機械功率，k W；

ke——柴油機械高程系數；

Qv——按允許最低風速計算的需風量，m3/min；

A——斷面面積，m2；

v——允許最低風速，m/s。

需要注意的是 TBM 施工運輸若采用內燃機車，車輛數目隨掘進長度逐步增加，通常工作面附近最大時有兩列車，而整條隧洞內不只兩列車。因內燃機車為移動柴油機械，故不能簡單地作為工作面需風機械，因其尾氣沿程排放，管道漏風對其有相同稀釋作用。但風機供風量應滿足各段柴油機械分布要求。

三、通風設備選擇

（一）通風機

隧洞通風機有軸流風機和離心風機。因軸流風機風壓低、風量大，串聯方便，適合長距離通風，在隧洞施工通風中被廣泛采用；離心風機使用較少。軸流風機通過串聯可增加風壓，通過并聯可增加風量。多級軸流風機串聯常采用兩兩對旋，對旋式風機相對于非對旋風機，具有損耗小，壓力大、效率高的特點。

（二）通風管

隧洞施工通風中常用的風管有軟風管、硬風管和伸縮性風管。軟風管是用涂塑布制成，基布為滌綸、維綸等紡織物，質量小，漏風率低，拆裝搬運方便，適合做大直徑風管，只能用于正壓通風。硬風管一般為鐵風管，通常采用法蘭盤連接，也有玻璃風管、鋁塑管、玻璃纖維塑料管，它們通常為板材在現場加工成型，可用于正壓通風也可用于負壓通風。伸縮性風管通常為軟風管加鋼圈而成，主要用于負壓通風，由于阻力較大，僅用于短距離通風。拉鏈式軟風管具有質量小，漏風率小，拆裝搬運方便，適合于長隧洞的通風。輸水隧洞施工通風均采用拉鏈式軟風管，其中TBM 軟風管單節長度在300 m以上。隨著通風管質量的不斷提升，獨頭通風距離長度有明顯的增加，如西康線秦嶺隧道，獨頭通風長度已達7.5 km，巴基斯坦N-J 水電站工程A4 下游工作面獨頭通風長度 5.3km，從大量國內外工程獨頭通風長度分析，鉆爆法施工獨頭通風長度達4 km 即屬于先進水平。隧洞采用TBM 施工時，通風管節長大幅增加，一般在200m以上，最大節長已達500 m，管節的增長使管路漏風率大幅減小，通風機有效通風距離大幅增長，一般可達10 km以上 。

綜上所述，通過對水工深埋長隧洞通風技術的探討，可以得出如下結論：（1）水利工程中高海拔深埋長隧洞通常采用設置輔助通風豎井的通風方式，并充分利用豎井上、下壓差形成的自然風流，可減少風機供風量。（2）通風計算時，需結合工程所處海拔和洞內運輸方式，充分考慮海拔修正系數和柴油機械單位千瓦需量，既要滿足工作面的最大需風量，也要滿足整條隧洞內所有柴油機械需風總量。（3）通風距離較長時，通常選用多級對旋式軸流風機和拉鏈式軟風管。

參考文獻：

[1]杜雷功.長大深埋水工隧洞設計關鍵技術研究與實踐[J].水利水電技術，2017，48（10）

[2]彭亞敏，沈振中，甘磊.深埋水工隧洞襯砌滲透壓力控制措施研究[J].水利水運工程學報，2018（01）