TBM法隧洞施工長距離通風計算分析

摘要：TBM法長大隧洞施工，長距離通風，問題突出，意義重大。本文通過計算分析、合理選型、優化匹配，采用一站式壓入通風系統，通過嚴格管理，達到了通風標準，促進了工程進度，保證了良好的作業環境和員工的身心健康。

關鍵詞：TBM;隧洞;長距離;通風

中圖分類號：U45文獻標識碼：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掘進段17 888 m、輔助洞室730 m、TBM2掘進段19 635 m。隧洞中間設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設備從支洞運輸至輔助洞室，完成組裝、調試、步進并分別向上下游同時掘進。

2施工通風條件

TBM法隧洞施工，通風允許最小風速0.5 m/s。

TBM1掘進段最遠通風距離23 405 m，其中：支洞5 152 m、輔助洞室365 m、TBM1掘進段17 888 m;TBM2掘進段最遠通風距離25 152 m，其中：支洞5 152 m、輔助洞室365 m、TBM2掘進段19 635 m，如圖1所示。

3施工通風方案

TBM施工通風采用一站式壓入通風系統，在支洞洞口附近布置2套軸流風機，分別為TBM1、TBM2掘進

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，選用直徑φ2.2 m的軟風管，百米漏風率0.3%，摩擦阻力系數0.014。主、支洞斷面布置分別見圖2、圖3。

4通風計算

4.1風量計算

通過對施工人員、燃油機械、作業面需風量計算，取其最大值作為設計風量[1]。

（1）施工人員用風：

施工期內，TBM1、TBM2掘進段最高人數按60人考慮，根據公式Q=v×m×k計算。

式中：

Q—施工人員所需風量;

v—洞內每人所需新鮮空氣量，取4 m/min;

m—洞內同時工作的最多人數，按60人計;

k—風量備用系數，取1.10。

Q=v×m×k/60=4.4 m/s

（2）燃油機械所需風量：

根據洞內TBM1、TBM2掘進段同期作業機械的總

功率，按公式Q=Vo×k×k×N計算，式中：

k、k—k為內燃機利用率系數，取0.70，k為內燃機出功率，取0.70;

N—洞內施工內燃機功率之和，kW;考慮洞內最多3臺內燃機車（155 kW）同時作業，額定功率合計為465 kW。

每kW需新鮮空氣4 m/min，則需供風量為：

Q=4×465×0.7×0.7/60=15.19 m/s。

（3）作業面風量確定：

根據TBM施工要求后配套尾部回風速度不小于0.5 m/s，按允許回風風速計算作業風量：

Q = v×S

式中：Q—TBM施工隧洞所需風量，m/s;

S—隧洞開挖斷面面積，取38.4 m;

v—洞內最小風速，取0.5 m/s。

則：Q=38.4×0.5=19.2 m/s。

（4）設計風量確定：

根據以上計算結果，作業面所需風量最大，作為隧洞通風的控制風量。

Q=Max（Q、Q、Q）

Q=19.2 m/s。

（5）風機供風量確定：

根據作業面風量Q=19.2 m/s，計算風機供風量：

Q=Q×（1-P）。

式中：Q—風機供風量，m/s;

Q—作業面供風量，m/s;

L—風管長度，TBM1掘進段23 405 m，TBM2掘進段25 152 m;

P—風管每100 m漏風率，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風壓計算

通風系統風壓，包括：靜風壓、動風壓以及局部風壓三部分，即：

h=h+h+h

式中：h—風管通風阻力，Pa;

h—風管沿程阻力，Pa;

h—風管通風動能損失，Pa;

h—風管局部阻力，Pa。

（1）靜風壓：

h=v×ρ/2×L/D×λ

式中：v—風管內風速，m/s;

ρ—空氣密度，根據工程所在地海拔高度，取1.32 kg/m;

L—風管長度，TBM1掘進段23 405 m，TBM2掘進段25 152 m;

D—風管直徑，2.2 m;

λ—摩擦阻力系數，取0.014;

每百米長度風速累計計算，則：

TBM1：h=5 919 Pa。

TBM2：h=6 875 Pa。

（2）動風壓：

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;

風機直徑1.4 m。

TBM1：h=418 Pa。

TBM2：h=464 Pa。

（3）局部風壓：

局部風壓由風管直徑、風機本身造成的壓力損失，按動風壓0.20倍系數進行計算，則：

TBM1：h=0.2×h=84 Pa。

TBM2：h=0.2×h=93 Pa。

（4）系統風壓：

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風機選型

按上述計算，TBM1掘進段風機選型參數：風量38.8 m/s、風壓6 421 Pa，配置1臺3×AVH-R140.132.4.8型軸流風機，功率3×132 kW;TBM2掘進段風機選型參數：風量40.9 m/s、風壓7 432 Pa，配置1臺3×AVH- R140.160.4.8型軸流風機，功率3×160 kW。

6通風保證措施

（1）風機為整機原裝進口，采用400 V/50 Hz高等級變頻電機，可在任意速度上調節，平均節能可達50%。

（2）風管直徑02.2 m，風管單節長度300 m，拉鏈連接，拉鏈接頭處三層密封，連接方便、嚴密、牢固。

（3）風管耐壓強度不小于最大通風壓力的2倍，風管摩擦阻力系數0.014，每100 m漏風率0.3%。

（4）風管接頭、接縫100%熱合焊接，保證風管嚴密、不漏風[2]。

（5）風管破損修復，采用拉鏈式修補帶，簡單、高效。

（6）主支洞交叉段設計為高精度的轉彎異型風管，強度高，過度圓滑順暢，減少過風阻力。

（7）為確保壓入洞內新鮮空氣，防止排出的污濁空氣吸進風機，把風機架設在距洞口約50 m處，并設防雨棚。

（8）吊掛風管“平順、挺直、緊扎、安穩”，以減少風阻和漏風，運行過程中發現破損及時修補，確保通風系統處于良好運行狀態。

（9）組建專業通風班組，全面負責風機、風管的安裝、管理、檢查和維修，嚴格按照通風管理規程及操作細則組織實施。

7結語

TBM法長大隧洞施工，通風問題顯得較為突出，通風方案是否合理、有效，將直接影響工程進度、施工環境、作業安全和員工的身體健康，意義重大。因此，必須合理布局，優化匹配，防漏降阻，嚴格管理，確保效果。

參考文獻

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

[2]水利電力部水利水電建設總局.水利水電工程施工組織設計手冊[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