TBM法隧洞施工長距離通風(fēng)計算分析

摘要：TBM法長大隧洞施工，長距離通風(fēng)，問題突出，意義重大。本文通過計算分析、合理選型、優(yōu)化匹配，采用一站式壓入通風(fēng)系統(tǒng)，通過嚴(yán)格管理，達(dá)到了通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了工程進(jìn)度，保證了良好的作業(yè)環(huán)境和員工的身心健康。

關(guān)鍵詞：TBM;隧洞;長距離;通風(fēng)

中圖分類號：U45文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-6903（2021）10-0018-03

1工程概況

隧洞長度38 253 m，開挖洞徑7.0 m，縱坡i=1/2 583，采用2臺TBM施工（TBM1、TBM2），其中：TBM1掘進(jìn)段17 888 m、輔助洞室730 m、TBM2掘進(jìn)段19 635 m。隧洞中間設(shè)有一條交通運輸支洞，支洞長5 152 m。先期采用鉆爆法完成輔助洞室施工，TBM1和TBM2設(shè)備從支洞運輸至輔助洞室，完成組裝、調(diào)試、步進(jìn)并分別向上下游同時掘進(jìn)。

2施工通風(fēng)條件

TBM法隧洞施工，通風(fēng)允許最小風(fēng)速0.5 m/s。

TBM1掘進(jìn)段最遠(yuǎn)通風(fēng)距離23 405 m，其中：支洞5 152 m、輔助洞室365 m、TBM1掘進(jìn)段17 888 m;TBM2掘進(jìn)段最遠(yuǎn)通風(fēng)距離25 152 m，其中：支洞5 152 m、輔助洞室365 m、TBM2掘進(jìn)段19 635 m，如圖1所示。

3施工通風(fēng)方案

TBM施工通風(fēng)采用一站式壓入通風(fēng)系統(tǒng)，在支洞洞口附近布置2套軸流風(fēng)機(jī)，分別為TBM1、TBM2掘進(jìn)

作者簡介：許東（1975—），男，滿族，遼寧遼陽人，本科，高級工程師，研究方向：水利工程等。

段供風(fēng)，選用直徑φ2.2 m的軟風(fēng)管，百米漏風(fēng)率0.3%，摩擦阻力系數(shù)0.014。主、支洞斷面布置分別見圖2、圖3。

4通風(fēng)計算

4.1風(fēng)量計算

通過對施工人員、燃油機(jī)械、作業(yè)面需風(fēng)量計算，取其最大值作為設(shè)計風(fēng)量[1]。

（1）施工人員用風(fēng)：

施工期內(nèi)，TBM1、TBM2掘進(jìn)段最高人數(shù)按60人考慮，根據(jù)公式Q=v×m×k計算。

式中：

Q—施工人員所需風(fēng)量;

v—洞內(nèi)每人所需新鮮空氣量，取4 m/min;

m—洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)，按60人計;

k—風(fēng)量備用系數(shù)，取1.10。

Q=v×m×k/60=4.4 m/s

（2）燃油機(jī)械所需風(fēng)量：

根據(jù)洞內(nèi)TBM1、TBM2掘進(jìn)段同期作業(yè)機(jī)械的總

功率，按公式Q=Vo×k×k×N計算，式中：

k、k—k為內(nèi)燃機(jī)利用率系數(shù)，取0.70，k為內(nèi)燃機(jī)出功率，取0.70;

N—洞內(nèi)施工內(nèi)燃機(jī)功率之和，kW;考慮洞內(nèi)最多3臺內(nèi)燃機(jī)車（155 kW）同時作業(yè)，額定功率合計為465 kW。

每kW需新鮮空氣4 m/min，則需供風(fēng)量為：

Q=4×465×0.7×0.7/60=15.19 m/s。

（3）作業(yè)面風(fēng)量確定：

根據(jù)TBM施工要求后配套尾部回風(fēng)速度不小于0.5 m/s，按允許回風(fēng)風(fēng)速計算作業(yè)風(fēng)量：

Q = v×S

式中：Q—TBM施工隧洞所需風(fēng)量，m/s;

S—隧洞開挖斷面面積，取38.4 m;

v—洞內(nèi)最小風(fēng)速，取0.5 m/s。

則：Q=38.4×0.5=19.2 m/s。

（4）設(shè)計風(fēng)量確定：

根據(jù)以上計算結(jié)果，作業(yè)面所需風(fēng)量最大，作為隧洞通風(fēng)的控制風(fēng)量。

Q=Max（Q、Q、Q）

Q=19.2 m/s。

（5）風(fēng)機(jī)供風(fēng)量確定：

根據(jù)作業(yè)面風(fēng)量Q=19.2 m/s，計算風(fēng)機(jī)供風(fēng)量：

Q=Q×（1-P）。

式中：Q—風(fēng)機(jī)供風(fēng)量，m/s;

Q—作業(yè)面供風(fēng)量，m/s;

L—風(fēng)管長度，TBM1掘進(jìn)段23 405 m，TBM2掘進(jìn)段25 152 m;

P—風(fēng)管每100 m漏風(fēng)率，0.3%;

TBM1：Q=19.2/（1-0.3%）=38.8 m/s。

TBM2：Q=19.2/（1-0.3%）=40.9 m/s。

4.2風(fēng)壓計算

通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓，包括：靜風(fēng)壓、動風(fēng)壓以及局部風(fēng)壓三部分，即：

h=h+h+h

式中：h—風(fēng)管通風(fēng)阻力，Pa;

h—風(fēng)管沿程阻力，Pa;

h—風(fēng)管通風(fēng)動能損失，Pa;

h—風(fēng)管局部阻力，Pa。

（1）靜風(fēng)壓：

h=v×ρ/2×L/D×λ

式中：v—風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速，m/s;

ρ—空氣密度，根據(jù)工程所在地海拔高度，取1.32 kg/m;

L—風(fēng)管長度，TBM1掘進(jìn)段23 405 m，TBM2掘進(jìn)段25 152 m;

D—風(fēng)管直徑，2.2 m;

λ—摩擦阻力系數(shù)，取0.014;

每百米長度風(fēng)速累計計算，則：

TBM1：h=5 919 Pa。

TBM2：h=6 875 Pa。

（2）動風(fēng)壓：

h=1/2（ρ×v）

TBM1：v=38.8/（1.4×1.4×3.14/4）=25.2 m/s;

TBM2：v=40.9/（1.4×1.4×3.14/4）=26.5 m/s。

ρ—空氣密度，1.32 kg/m;

風(fēng)機(jī)直徑1.4 m。

TBM1：h=418 Pa。

TBM2：h=464 Pa。

（3）局部風(fēng)壓：

局部風(fēng)壓由風(fēng)管直徑、風(fēng)機(jī)本身造成的壓力損失，按動風(fēng)壓0.20倍系數(shù)進(jìn)行計算，則：

TBM1：h=0.2×h=84 Pa。

TBM2：h=0.2×h=93 Pa。

（4）系統(tǒng)風(fēng)壓：

TBM1：h=h+h+h=5 919+418+84=6 421 Pa。

TBM2：h=h+h+h=6 875+464+93=7 432 Pa。

5風(fēng)機(jī)選型

按上述計算，TBM1掘進(jìn)段風(fēng)機(jī)選型參數(shù)：風(fēng)量38.8 m/s、風(fēng)壓6 421 Pa，配置1臺3×AVH-R140.132.4.8型軸流風(fēng)機(jī)，功率3×132 kW;TBM2掘進(jìn)段風(fēng)機(jī)選型參數(shù)：風(fēng)量40.9 m/s、風(fēng)壓7 432 Pa，配置1臺3×AVH- R140.160.4.8型軸流風(fēng)機(jī)，功率3×160 kW。

6通風(fēng)保證措施

（1）風(fēng)機(jī)為整機(jī)原裝進(jìn)口，采用400 V/50 Hz高等級變頻電機(jī)，可在任意速度上調(diào)節(jié)，平均節(jié)能可達(dá)50%。

（2）風(fēng)管直徑02.2 m，風(fēng)管單節(jié)長度300 m，拉鏈連接，拉鏈接頭處三層密封，連接方便、嚴(yán)密、牢固。

（3）風(fēng)管耐壓強(qiáng)度不小于最大通風(fēng)壓力的2倍，風(fēng)管摩擦阻力系數(shù)0.014，每100 m漏風(fēng)率0.3%。

（4）風(fēng)管接頭、接縫100%熱合焊接，保證風(fēng)管嚴(yán)密、不漏風(fēng)[2]。

（5）風(fēng)管破損修復(fù)，采用拉鏈?zhǔn)叫扪a(bǔ)帶，簡單、高效。

（6）主支洞交叉段設(shè)計為高精度的轉(zhuǎn)彎異型風(fēng)管，強(qiáng)度高，過度圓滑順暢，減少過風(fēng)阻力。

（7）為確保壓入洞內(nèi)新鮮空氣，防止排出的污濁空氣吸進(jìn)風(fēng)機(jī)，把風(fēng)機(jī)架設(shè)在距洞口約50 m處，并設(shè)防雨棚。

（8）吊掛風(fēng)管“平順、挺直、緊扎、安穩(wěn)”，以減少風(fēng)阻和漏風(fēng)，運行過程中發(fā)現(xiàn)破損及時修補(bǔ)，確保通風(fēng)系統(tǒng)處于良好運行狀態(tài)。

（9）組建專業(yè)通風(fēng)班組，全面負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)、風(fēng)管的安裝、管理、檢查和維修，嚴(yán)格按照通風(fēng)管理規(guī)程及操作細(xì)則組織實施。

7結(jié)語

TBM法長大隧洞施工，通風(fēng)問題顯得較為突出，通風(fēng)方案是否合理、有效，將直接影響工程進(jìn)度、施工環(huán)境、作業(yè)安全和員工的身體健康，意義重大。因此，必須合理布局，優(yōu)化匹配，防漏降阻，嚴(yán)格管理，確保效果。

參考文獻(xiàn)

[1]SL378-2007，水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范[S].2007.

[2]水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊[S].北京：中國水利水電出版社，1990.

Calculation and Analysis of Long Distance Ventilation in TBM Tunnel Construction

XU Dong

（Sinohydro Bureau 6 Co.，Ltd.，Shenyang Liaoning 110179）

Abstract：TBM method for long and long tunnel construction，long-distance ventilation，prominent problems and great significance. In this paper，through calculation and analysis，reasonable selection and optimal matching，the one-stop forced ventilation system is adopted. Through strict management，the ventilation standard is reached，the project progress is promoted，and the good working environment and the physical and mental health of employees are ensured.

Keywords：TBM;tunnel;long distance;ventilation