北疆某长距离输水隧洞TBM掘进施工通风

崔忠

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐，830000）

摘要：在TBM超长隧道施工过程中，保证TBM通风散烟、散热．是施工的关键之一。本文从通风方式、通风量计算及通风质量控制等方面介绍了北疆某长距离输水隧洞TBM掘进施工通风系统设计的特点。

关键词：输水隧洞、TBM施工、施工通风

0.引言

地下作业一切耗氧源的氧气需求均来源于供风系统，其技术水平制约着辅助坑道的布置，是工程规模的控制因素之一。施工通风是改善隧洞施工环境，确保施工顺利的重要因素；它不仅影响整个施工进度、施工质量和机械设备的使用效率，更是关系到施工人员的生命安全。施工通风问题作为一项具有挑战性、亟待研究解决的关键技术问题，受到工程设计和施工人员的密切关注。对于引水长隧洞施工来说，通风对整个工程的施工方案和施工组织的设计起着不可忽视的甚至是决定性的作用。隧洞施工长距离通风的技术水平，直接影响隧洞独头掘进的规模，特别是在机械化施工技术高度发展的时代，长距离通风技术的发展不仅对隧洞建设工期，而且对新线的勘测、选线、工程设计、施工组织及管理、设备选型与配套都有重要影响。通风技术能否满足长距离独头快速掘进的要求制约着隧洞施工的进度。设计时应尽可能延长独头通风的有效长度，这可以在较大规模上组织快速施工，减少辅助工程量，简化施工组织及管理，加快工程进度，节约工程建设投资。

1.TBM施工通风特点

TBM施工工艺不仅具有高效、安全、环保等显著特点，而且与之相配套的隧洞通风与除尘系统解决了钻爆法施工时长隧洞、大埋深通风需求的许多难题，为施工人员创造了良好的通风环境，保证了施工人员的身体健康，避免了许多地下工程职业病的发生，达到了文明施工的要求。TBM施工法的通风对象是工作人员呼出的气体和TBM主机动力发生的热量、岩石破碎时产生的粉尘和内燃机等产生的有害气体等。相对其他施工方法，TBM施工通风的主要特点。TBM施工要求洞内风速高，最低风速不低于0.5m/s。TBM进行长距离掘进，需要相应长度的通风软管，其沿程阻力也相应增加。通风阻力和通风机消耗的功率与风管直径的5次方成反比。因此降低阻力和能耗，增加通风距离，最有效的技术手段是采用大风管直径。风管接头少，每节风管长度长，减少了漏风量。风管随TBM掘进同步延伸。

2.TBM施工通风方式

根据长隧洞工程施工技术和经验．一般采用机械通风，基本形式有压人式、抽出式(压出式)、混合式和巷道式等。需结合长隧道施工特点和各种通风方式的使用条件等进行研究，选择技术上先进、经济上合理、安全有保障的通风方式。

(1)压人式通风。通风机把新鲜空气经通风管道压人工作面，使污浊空气沿隧洞排出。其优点是：有效射程大，排尘作用强，工作面回风不通过风机和通风管道，对设备污染轻；工作面污浊空气沿隧洞流出．沿途一并带走了隧洞内的粉尘及有毒、有害气体，对改善工作面的环境更有利。但是，长距离通风所需要的风量大，回风流会污染整条隧洞。

(2)抽出式(压出式)通风。通风机经过通风管道把工作面的污浊空气抽出，新鲜空气沿隧洞流人。其优点足在有效吸程内排尘效果好，回风流不污染隧洞；缺点是有教吸程短，只有当通风筒口离工作面很近时才能获得满意效果。

(3)混合式通风。在隧洞进风流中安装压人式风机向工作面送人新鲜空气，在辅助坑道的通风竖井或斜井中安装抽出式风机将污浊空气排出。混合式通风综合了抽出式与压入式通风的优点，较适应长隧洞的施工通风。

(4)巷道式通风。主要由主隧洞、平行巷道(隧洞)、主风机、风墙、风门等组成，主隧洞与平行巷道(隧洞)之间每隔一定距离用横通道连通。一般情况下，要求新鲜空气自主隧洞进人，经横通道从平行巷道排出。巷道通风与管道通风相比，具有安全可靠、通风断面大、阻力小、设备简单、管理方便、维修费用少、长距离通风效果比较理想等优点。

3.工程概况

北疆某供水工程输水隧洞单洞长283.3ｋｍ，为世界上最长的输水隧洞。输水隧洞为无压洞，平均埋深428ｍ，最大埋深774ｍ，设计流量40ｍ^３/s，纵坡1／2583。隧洞穿越的地层岩性以石炭系、泥盆系凝灰岩、凝灰质砂岩及华力西期侵入花岗岩为主，多为中—坚硬岩石，多属Ⅱ级和Ⅲ级围岩，成洞条件较好。隧洞穿越５条规模较大的区域性断裂带和72条次级断层构造，局部洞段围岩稳定性问题较突出。隧洞采取以TBM为主、钻爆法为辅的施工方案。由于沿线地形较为平坦，除进口洞段外，主洞施工进入通道均采用深长缓斜井或竖井。全线采用11台开敞式TBM，布置６条缓斜井为TBM进入洞，在较大的断裂构造带和软岩地层洞段布置6条施工支洞和５条施工竖井。采用钻爆法掘进，以降低施工风险。全线采用11台铁建重工生产开敞式TBM，TBM掘进段的开挖直径为7.0m，TBM掘进段独头通风最长距离为19.6km。

11台TBM掘进段布置示意图

4.TBM施工隧洞施工通风量的确定

通风是TBM隧洞施工的重要安全保障。风量计算时，应充分研究、分析整个隧洞施工中地质条件、作业内容、作业地点及实施状况等因素，为此应计算出各种情况下所需的通风量；又因通风量一经确定后就成为一个相对固定的量，不便于频繁调整，故应以各种情况下所需的通风量中的最大值作为通风所需风量。如果能够满足最大需风量的要求，一般情况下也能满足其它项目所需风量的要求。

(1)施工人员所需风量计算

Q_p=qmk

式中：Q_p—施工人员所需风量，m³/min；

q—每人所需空气量，m³/min·人；

m—施工人数；

k—风量备用系数，一般取1.15。

(2)满足最小风速所需风量计算

Q_d=60V_minS_max

式中：Q_d—保证洞内最小风速所需风量，m³/min；

V_min—洞内通风要求的最小风速，根据开挖断面的大小取值，一般不小

于0.25m/s；本工程取0.5m/s。

S_max—通风洞室的最大断面面积，m²。

(3)TBM施工工作面所需风量

TBM施工工作面要求的风量除应满足排尘风速要求外，还应满足TBM机组设备散热、冷却、人员舒适性的要求。一般情况下，通风系统供给TBM工作面的风量应不低于TBM后配套风机的设计风量。

5.通风质量控制

5.1施工通风控制标准

《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303.2004)中对有关因素的标准规定如下：

(1)洞内同时工作最多人数时，每人供给0.05m³/s的新鲜空气。

(2)通风量计算时根据施工通风方式及通风距离确定漏风增加值，漏风系数可取1.2～1.5。

(3)当洞、井位于海拔1000m以上时，计算出的通风量应乘以高程修正系数。

(4)工作面附近的最小风速不应低于0.25m/s；斜竖井及主洞工作面最大风速为4m/s；运输洞与通风洞为6m/s。

(5)洞室内平均温度不应超过28℃。

5.2施工通风防漏降阻措施

防漏降阻是实现长距离通风的技术关键，为了提高隧道的通风质量，在施工中将采取措施，确保隧道通风质量。

(1)选择优质风管材料，加大风管直径，选用长丝涤纶纤维做基布，压延P塑料复合而成的增强塑料胶布做风管材料。

(2)以长代短。风管节长由以往的5—10 m加长至25～30 m，减少接头数量，即减少漏风量。

(3)以大代小。在净空允许的条件下，尽量使用较大直径风管。

(4)截弯取直。提高风管安装质量，风管安装前，先按5rn间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将8mm盘条吊挂线拉直拉紧并焊固在锚杆上，然后在吊挂线上挂风管，使风管安装到达平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减少通风阻力。

5.3施工通风管理

施工通风管理水平的高低是影响通风质量的关键因素之一。有不少隧道施工通风不好，除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外，主要问题是通风管理不善，管道通风阻力大，开挖工作面得不到足够的新鲜风流，沿途污浊空气不能及时排出洞外。应以“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。

(1)建立以岗位责任制和奖惩制为核心的通风管理制度和组建专业通风班组，通风班组全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修，发现风管破损及时粘补。

(2)严格接照通风管理规程及操作细则组织实施，项目部定期根据通风质量给通风班组兑现奖惩办法。

(3)建立专业通风班组，负责对整个通风系统的管理和维护。

6.结语

对长距离TBM隧洞施工而言，施工通风是非常重要的一项内容。一方面通风关系到施工人员和设备的安全；另一方面还关系到施工的成本，因此选择合理的通风设计参数是十分重要的。

参考文献：

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