Ｑ 兰生箜 Ｑ塑 丕ｊ 型 皇 规划设计 ［文章编号］１００２－－０６２４（２０１３）１０－－０００１－－０４ ＴＢＭ施工通风方案设计 王永海，韩广有 （辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳１１０００６） 【摘要］目前，随着中国经济的发展，长距离输水工程在国内越来越多，有时受地形控制，不可 避免出现长距离隧洞，通风成．为工程中的技术难题。文章就大伙房水库输水工程长距离隧洞 的通风设计做一介绍。 ［关键词］水利枢纽工程；隧洞施工；通风 ［中图分类号］Ｔｖ６７ ［文献标识码】Ｂ ０引言 ． 压入式通风的优点是：工作面通风排烟、除尘 长距离隧洞施工中的通风和粉尘治理是隧洞 速度快，风管可采用软管，便于安装和运输，风机 施工中的一大技术难题，通风方案和通风设备的 布置于洞外，降低工作面以及洞内的噪声污染，较 选择合理与否，直接影响隧洞施工通风的效果，影 少施工干扰，有利于管理和维护，漏风少，故使用 响工程的斑工进度，影响工程的投资，尤其是独头 广泛。 ’ 通风长度达１０ ｋｍ左右时施工难度更大。 缺点是：污浊空气经隧洞排出，洞内通风效果 目前，国内尚无ＴＢＭ（隧道掘进机）施工通风 稍差，对整个隧洞有一个从污染到清除的过程。 距离超过１０ ｋｍ的先例。国内已完工程引大入秦 １．２吸出式通风 工程、山西引黄入晋工程、陕西秦岭隧洞工程、桃 该通风方式是将风机设置在工作面附近，将 花铺１号隧洞工程、磨沟岭隧洞工程等，最大通风 工作面处的污浊空气、岩石粉尘等抽排到洞外，洞 距离均未超过７ ｋｍ。 外的新鲜空气经隧洞补充到工作面。通风排烟、除 大伙房水库输水工程，ＴＢＭ施工部分最大通 尘速度较慢，通风效果较好，如果风机布置于洞 风距离达１２．７ ｋｍ。因此，该工程ＴＢＭ独头掘进长 外，则对于风管通常要求采用刚性风管，风管的安 度超过１０ ｋｍ隧洞的通风问题的解决，对工程的 装和运输较困难，影响施工进度，即使采用柔性风 顺利实施起着关键作用。 管，风管内部需要刚性支撑，增加风管的造价，故 Ｉ通风方案的选择 管，但由于ＴＢＭ的掘进速度快，风机的移动和风 无论是常规钻爆法施工或采用ＴＢＭ施工，隧 管的延伸频繁，困难较大，施工干扰大，影响施工 洞工程施工的通风方式有３种：压入式通风、吸出 进度，同时，由于风机的噪声大，影响工作环境，危 式通风以及压吸混合式通风。 害人身健康。因此，在隧洞通风方式中，很少有单 １．１压入式通风 独采用抽出式的布置。 该通风方式是由布置在隧洞外的轴流式风机 １．３混合式通风 吸入新鲜空气，通过送风筒将其压入到工作面，使 混合式通风方式集中了上述两种通风方式的 工作面的污浊空气经隧洞排出洞外。 特点。当破岩后，可用抽出式风机将工作面处的岩 ・１ 规划设计 东北水利水电 ２０１３年第ｌ０期 石粉尘等抽排至洞外，而设在洞外的压入式风机 又能将洞外的新鲜空气直接送入工作面处，从而 风，除了必须具备的除尘、散烟功能外，还应满足 散热要求。由于ＴＢＭ采用电力驱动，设备庞大，重 达几百吨甚至上千吨，设备一旦运转，施工中将产 改善了洞内的工作环境。在布置时，压入式的风机 口距抽出式的风管末端问的距离应不小于１５ ｍ， 生极大热量，在洞内很难尽快散发出去，使洞内温 度高达４０℃多度，工人无法进行正常工作。因此， 保证良好的通风条件，降低洞内温度（洞内平均温 度不超过２８℃），使洞内具备相对舒适的工作环 以免造成循环风流，使抽出来的污浊空气又被压 入到工作面处。而在工作面附近处，抽出式的风机 口距压入式的风管末端距离也不应小于４－５ ｍ。 由于需要２套以上的风机和风管装置，投入和运 境，从而保证ＴＢＭ保持良好的工作状态，加快－ｒ 行成本高，风机布置和通风组织要求严格，同时对 程进度。 开挖断面的大小有一定的要求。因此，从经济的角 大伙房水库输水工程全长８５．３ ｋｍ，其中６１．８ 度考虑，一般很少采用，尤其在通风距离长、施工 ｋｍ采用３台ＴＢＭ施工，ＴＢＭ施工段的布置情况 工期长的情况下，很少采用。 见图１。 ＴＢＭ施工的隧洞，其施工特点为连续掘进，每 ２，１ ＴＢＭ施工部分施工支洞的通风计算 班工作人员需要在洞内连续工作８ ｈ，出碴采用环 考虑洞内施工人员用风、爆破散岩通风、柴油 保型内燃机车或电瓶车，对于洞内的工作环境要求 机械用风以及最小允许风速等要求，选择其中最 比较严格，如果采用混合式通风方式，风机位于工 大的通风量，风管采用柔性风管，每节长度５０ ｍ， 作面附近，噪声很大，在９０ ｄｂ左右，加之机车、 每百米漏风率按１％考虑。 ＴＢＭ掘进等噪声，工作环境差，危害人身安全。 １）人员用风量。洞内施工人员数量按２５人考 随着柔性通风管材料和制造工艺的不断改 虑，每个施工人员用风量为３．０ ｍＶｍｉｎ，通风时间 进，风管的直径、每节风管的长度不断加大，风管 为２０ ｒａｉｎｏ 接头更加严密，风管每百米的漏风率大大降低，使 计算公式： 采用压入式通风的距离大大增长，目前，我国已经 Ｑｌ＝ＫＶｖｒａ ｌ １） 在秦岭隧洞的钻爆法施工中成功地进行了长达６ 式中：Ｑ１——施工人员所需风量，ｍ３／ｍｉｎ；Ｋ——风 ｋｍ的压入式通风，取得了良好的通风效果。因此， 量备用系数，取１．１； ，——洞内每人所需新鲜空 ＴＢＭ施工通风通常采用压入式通风。例如，秦岭 气量，３ ｍＺ／ｍｉｎ；ｍ——洞内同时工作的最多人数， 隧洞、引黄入晋引水工程隧洞的掘进机施工中，均 ２５人。 采用压入式通风方式。特别是秦岭隧洞掘进机施 ２）机械用风量。对于采用自卸汽车出碴的施 工的通风管直径达２．２ ｍ。 工支洞，通风计算时考虑自卸汽车用风量。采用装 ２通风系统设计 有尾气净化装置的环保型自卸汽车。 ＴＢＭ施工通风，不同于传统的钻爆法施工通 风量计算公式： 隧洞出口 匕 Ｌ——— Ｌ—— ———— ｚ： 二 一————Ｊ二兰： ．＿———— ＝＝］ 图１ ＴＢＭ施工段布置图 ・２・ ２０１３年第１Ｏ期 丕ｊ 型 鱼 塑型 Ｑ２＝ｎｍＰ （２） 式中：Ｑ厂一施工机械用风量，ｍ３／ｍｉＩｌ；，ｌ——洞内 同时工作的施工机械数量（燃油型）；ｍ——每马力 耗风量，环保型自卸汽车取０．００１ ３６ ｍ３／（ｍ＿ｉｎ・ ｗ），铲斗装岩机取Ｏ．００２ ９ ｍ３／（ｍｉｎ・Ｗ）； 施 工机械功率，ｗ。 ３）洞内最小允许风量。对于钻爆法施工，由于 开挖断面为中小段面，洞内最小允许风速不小于 ０．２５ ｍ／ｓｏ 计算公式： Ｖｄ＝６０ 【３ Ｊ 式中： ＝——保证洞内最小风速所需风量，ｍ３／ ｎ ；ｔ， 一洞内最小允许风速，０．２５ ｍ／ｓ； 隧洞最大断面积，ｍ２。 ４）爆破散烟用风量。计算公式： Ｑ３＝４６０ｐＡＬｗ【４） 式中：Ｑ３＿一爆破散烟计算风量，ｍ３／ ｎ；ｐ——一 氧化碳允许浓度Ｏ．００８；Ａ——开挖断面面积，ｍｓ； ——每循环开挖长度，ｍ；ｔｔ广单位体积炸药消 耗量，ｋｇ／ｍ３。 ５）考虑漏风因素的风量 卜亩Ｐ１１ ｏｏ （５） 式中： 漏风率，ｍＶｍｉｎ； ——最大通风长度， ｍ；Ｐ１ ——每百米漏风率，按２％考虑： Ｑ一＝ＱｊｘＰ 根据以上公式计算出各种情况的用风量，取 其中的最大值作为风机选型的依据。通风机均布 置于施工支洞口外。施工支洞的通风计算成果见 附表１。 ２．２ ＴＢＭ施工部分主洞段通风计算和布置 ＴＢＭ施工段的通风计算，根据采用的连续式 皮带机出碴方式和压入式通风方式，同时ＴＢＭ后 配套安装一台湿式集尘器，新鲜空气从后配套系 统尾部的软风管储存箱进入，由后配套系统的增 压风机送到ＴＢＭ前面。一部分空气补充后配套系 统前部集尘器所需的空气，一部分从后配套系统 尾部释放，从隧洞内返回。 考虑洞内施工人员用风、ＴＢＭ主机后配套集 尘器用风以及最小允许风速等要求，选择其中最 表１施工支洞通风计算成果表 大的通风量，风管采用柔性风管，每节长度３００ ｍ，每节漏风率按０．２％考虑。 １）通风量计算。①施工人员用风量： 洞内施工人员数量按４０人考虑，每个施工人 员用风量为３．０ ｍ３／ｍｉｎ。 人员用风计算公式： Ｑ１＝ＫＶｖｍ （６） 式中：Ｑ，——施工人员所需风量，ｍ３／ｎ．ｉｆｎ；卜风 量备用系数，取１．１； ｎ＿＿一洞内每人所需新鲜空 气量，３ ｍ３／ｍｉｎ；ｍ——洞内同时工作的最多人数， ４Ｏ人。 ②集尘器用风量（考虑漏风损失）。针对此工 程所采用的直径８ ｍ的开敞式ＴＢＭ，其集尘器用 风量按下式计算。 Ｑ￣＝３ｏｏ ｓ／１６ （７） 式中：Ｑｆ——集尘器所需风量，ｍＶｍｉｎ；Ｉｓ——ＴＢＭ 开挖断面面积，ｍ２； 考虑漏风损失，漏风率按下式计算： 卜亩Ｐ１ １ｏｏ （８） 式中：Ｐ—一漏风率，ｍ３／ｗａｎ； ——最大通风长度， ｍ；Ｐ】∞——每百米漏风率，按０．２％考虑： Ｑｍ＝Ｑ』×Ｐ ③洞内最小允许风速情况下的风量。对于采 用ＴＢＭ施工的主洞，为了保证施工通风要求，洞 内允许最小风速为０．５ ｍ／ｓ。 计算公式： Ｖａ＝６０ ｔ， （９） 式中： 广一保证洞内最小风速所需风量，ｍ３／ ｎ；ｔ， 一洞内最小允许风速，Ｏ．５ ｍ／ｓ；．ｓＩ， 隧洞最大断面积，ｍ２。 ・３・ 规划设计 壅 皂 ２０１３年第１ｏ期 表２ ＴＢＭ施工段通风计算成果表 根据以上的计算结果，ＴＢＭ施工部分的通风 量为洞内允许最小风量。 ２）通风系统风压计算。从理论上讲，通风系统 克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动 压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和 即为系统需供风压。 舡段箨 凇 ／ｒａｍＨ２０慧攀嚣 ①动压计算 专 式中：广力加速度，ｍ／ｓ２； （１Ｏ） 重 ＂ＩＢＭ开挖主洞长度Ｌ １５０ 空气密度，１．２ ｋｇ／ｍ３； ——末端管１：３ 风速，６．６ ｍ／ｓ（按工作面最小风速折算）；厂②静压计算 管道摩擦阻力： ｈｍ＝Ａ苗 式中：广管道摩阻系数，Ｏ．０２５；１一管道内平 图２ ＴＢＭ施工通风典型布置图 均风速，、／ ／（孚６０）； ——最大通风长 度，ｍ；—广空气密度，１．２ ｋｇ／ｍ３；Ｑ～——包括漏 风管直径，ｍ； 风损失的最大用风量，ｍ３／ｍｉｎ；ｐ——不包括漏风 大，应该在经济合理的范围内。 根据国内外ＴＢＭ施工通风设计经验，此工程 采用国外进口的ＰＶＣ柔性风管，作为通风管道， 直径为２．０～２．２ ｍ，该风管具有较强的抗拉强度和 较小的伸长率，接头方式新颖，使用方便，重量轻， 易安装，破损较少，径向变形也小。另接头光滑、严 损失的最大风量，ｍ３１ｒｎｉｎ；卜广重力加速度，ｍ／ｓ２。 局部阻力： ｈ局 ０．１ ｈ摩 密，能有效地减少漏风和系统阻力。 根据通风计算成果，通风机选择大功率的对 系统静压： ｈ静 九摩＋ 局 旋轴流通风机，功率为１１０ｘ２ ｋＷ，它具有空气流 动性能好、效率高、节省能量、噪音低、结构紧凑、 安装方便等特点。同时，由于该风机是采用对旋方 式，可随着掘进长度的变化，调整风机的工作频 ③系统风压 ｈ＝ｈ动＋＾静 通风计算结果见表２。 主风机布置于每个施工段施工支洞口，掘进 机后配套上布置１台湿式集尘器或干式集尘器， 典型通风布置见图２。 率，从而节省工程投资。 ４结论 此工程的独头通风距离超过１０ ｋｍ，为国内隧 洞施工独头通风距离最长的项目；首次引进采用 国外进口每节通风管长度达３００ ｍ，漏风率Ｏ．２％ ３通风设备的选择 从通风计算的结果来看，风压的大小，与通风 长度成正比，与风管直径成反比，同时管道摩阻系 数对风压的影响也较大。由于通风距离很长，超过 的软风管，而国内最好的通风软管的每百米漏风 率在Ｏ．５％～１％左右。在ＴＢＭ的实际施工过程中， 取得了良好的通风效果，隧洞内的温度以及空气 指标完全达到了国家规范要求。 １０ ｋｍ，因此，选择大直径的通风管，能够大大降低 风压，从而减少通风机的台数，方便通风布置；由 于受主洞和施工之洞开挖断面、各种施工管路布 置以及风管制造工艺的限制，风管直径也不能太 ・【收稿日期】２０１３一Ｏ４—２７ ４・