特长隧洞TBM施工通风系统设计

特长隧洞TBM施工通风系统设计

隧道网(2007-3-10)

来源：现代隧道技术

摘要：以辽宁大伙房水库输水隧洞工程为背景，具体设计了TBM2标段独头掘进9km的施工通风系统，选取了漏风系数、摩阻系数等特征参数，计算了风量、风压和通风功率，并对通风设备及其布置进行了优化匹配。在世界上首次采纳了每段长度为300m的4,2．2m通风软管，取得了很好的通风效果。关键词：长大隧洞通风系统设计中图分类号：U453．5

文献标识码：A

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概述辽宁省大伙房水库输水隧洞全长85．3km，直径8m，采纳先进的全断面掘进机(TBM)施工，是我国隧洞(隧道)与地下工程建设史上具有里程碑意义的宏大工程，其工程规模和技术难度国内外罕见。TBM2标段由中铁隧道集团公司施工，需连续掘进22．4km。TBM施工段独头通风距离超过9km，在国内隧洞施工史上(无论是D／B法还是TBM施工法)是前所未有的，在国外也非常罕见。在通风方案中，首次采纳了每段长度为300In的φ2．2m通风软管，取得了很好的通风效果。

2TBM2施工段通风要求2．1

隧洞施工工况TBM2施工段总长22464．25m(桩号：44+262．17—66+726．42)，其中用TBM掘进施工的长度为20404．25m(中间有2000m断层带用钻爆法预先完成施工)，分成TBM2一l、TBM2—2和TBM2—3三个段施工。TBM2从15＃支洞进入，在扩大洞室完成组装调试后，掘进5955m，快速通过2000m地段，到l4#支洞，完成TBM2—1段掘进；经过检修并重新安装连续皮带输送机和固定皮带输送机后,再掘进7855m，到达13#支洞，完成TBM2—2段掘进；经过再次检修并重新安装连续皮带输送机和固定皮带输送机后，最终掘进6595m，完成TBM2—3段掘进，进入l24支洞扩大洞窒，拆卸解体后从12#支洞运出。平面布置如图1所示。图1TBM2施工段平面布置

15＃支洞长l786．1m，坡度7．36％，断面尺寸6．6m×6．0m(宽x高)，与其相连的是安装TBM2主机及后配套系统的主洞扩大洞室(长约200m)。14＃支洞为TBM2－2施工段的中间协助支洞，长770．2m，坡度19．57％。l3＃支洞长l390．4m，坡度为16．5％，为TBM2—3段施工期间的出碴、通风、材料运输通道和紧急出口处，是临时施工支洞，断面尺寸为5．0m×5．0m(宽×高)。TBM2标段主洞TBM施工部分为圆形断面，断面面积约50．24m22．2TBM2施工段通风方案设计长度按TBM2施工组合，其通风长度为：TBM2—1施工段，主洞5955m+15＃支洞l786m=7741m；TBM2—2施工段，主洞6595m+14＃支洞770m=7365m；TBM2—3施工段，主洞7855m+13＃支洞1390m=9245m。所以，TBM2施工段最长的主洞通风长度为7855m，支洞通风长度为l786m2．3工作面风量为确保工作面劳卫环境指标达到DL／T5099—1999所规定的标准，参照TBM厂商供应的对TBM后部风量要求，风量应在1200～l800m3／min之间。结合TBM施工地区的气候条件，认为取TBM后部簇新空气供应量为l500m3／min(即25m3／s)、洞内最小风速0．5m2．4

通风管道平均百米漏风率和摩擦阻力系数考虑到国内通风设施的设计、制造和工艺水平，通风机和大直径通风软管都难以满意工程施工的要求，因此采纳进口德国先进的通风机和通风软管。取通风管道平均百米漏风率P100=0．55％(国外TBM厂商和闻名通风设备厂商举荐的通风软管平均百米漏风率P100均小于0．5％)，以确保TBM施工通风系统的牢靠性。通风软管每节长300m，管道摩擦阻力系数取为A=0．015［4］。2．5通风与出碴本通风系统按连续皮带机出碴、同定皮带机转碴方式设计，TBM2一l段掘进完成后，主要通风机和通风软管要拆卸后重新组装，用于TBM2—2段施工(TBM2—2段掘进完成后，主要通风机和通风软管要拆卸后重新组装，用于TBM2—3段施工)。此时TBM2一l段(TBM2—2段)要接着完成模筑混凝土衬砌和运料等工作，其主洞内通风靠空气对流并辅以适当的机械通风。

3施工通风方案及系统布置3．1通风方案依据TBM2施工段的施工组织支配和工期要求，由于其洞径大、施工长度大，而且经过主、支洞交叉口，确定采纳组合式通风方案，即在主、支洞交叉处布置两台风机F1和F2，风机F1采纳压人式送风方式，风机F2采纳吸出式。簇新空气从支洞(TBM2—1段为l5＃支洞，TBM2—2段为l4＃支洞，TBM2—3段为l3＃支洞)断面进入风机F1入口，通过大直径通风软管送到TBM后配套系统，再经过TBM后配套系统上的协助风机送到施工作业面。施工面的污风从主洞断面流出进入风机F2入口，再经过支洞(TBM2—1段为l5＃支洞，TBM2—2段为l4＃支洞，TBM2—3段为l3＃支洞)内的大直径通风软管，排出洞外。通常排出风机F2的风量是送入风机F1风量的1．1～1．2倍，风机不须要随施工作业面的前移而移动，安装便利，可有效保证施工作业面和支洞内的空气质量［5］。通风系统布置示意如图2所示。图2TBM2主洞施工通风系统布置示意

TBM后配套系统的通风与隧道通风是一个统一的整体，包括新风供应系统和除尘系统。簇新空气从后配套系统尾部的软风管储存箱进人，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。污风最终进人风机F2，从布置在支洞内的软风管内排出洞外。

软风管储存箱可储存300m软风管。风管储存箱前面有硬风管，硬风管在各平台车的连接处用柔性接头连接。TBM前部装设有吸尘器和干式过滤器，用来汲取TBM滚刀破岩时产生的粉尘和喷射混凝土时产生的粉尘。3．2漏风系数漏风量的大小是确定本工程通风系统成败的最关键因素之一。隧洞通风系统设计要考虑的因素许多，综合考虑国内外通风系统的设计、管理水平，选择进|J优质风管和风机，取通风管道的百米漏风率P100＝0．55％．漏风系数为：3．3风机风量计算确定了工作面所需风量和漏风系数后，就可以计算出风机的风量。按混合式通风系统的设计原则，风机F2的设计风量应为风机F1所需风量的ll0％～l20％，则风机F2的设计风量应为：QjF2=3600in3／min。3．4通风系统风压计算整个通风系统要克服通风阻力(包括沿程摩擦阻力和局部阻力)并保证风管末端的风流量具有肯定的动压，由通风机产生的风压来克服这些阻力，以维持风流的连续流淌。(1)风管的摩擦风阻

表1

通风系统参数计算结果统计

4通风设备选型为了满意工期要求和掘进速度，我们选用进口大风量优质高效的轴流式隧洞风机，选用进口大直径(φ2．2m)的通风软管，节距300m。依据比选结果，选用德国Korfmann公司生产的AL系列隧洞轴流风机，如表2所示。

表2通风设备选型及经济分析

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施工通风系统的安装与运用维护风机F。由2台相同型号的风机串联组成，依据掘进长度分阶段串人系统，安装在主、支洞交汇处，适当偏离支洞的位置；风机F2安装在主洞内距支洞约500m的位置，并在风机F1与F2之间安设风障，以免污染风进入循环。风机支架应稳定牢固，避开运转时振动摇摆。风机出口设30～50m钢风管与PVC柔性风管过渡，以避开风机启动时的冲击损坏风管。风机F1的风管出风口连接TBM后配套系统；风机F2的风管出风口干脆通到支洞洞口外，应远离洞口，以免污风循环。每节风管长300m。风管吊挂每l00m挠度不大于150mm，轴向偏差每100m不大于300mm。由于柔性风管停风时在自重作用下自然下垂，再次通风时由于管内风速大于10m／s，会对管路产生很大的瞬时张力，所以应分步启动电机，先启动靠近风管端的电机，再启动其次个电机，间隔时间3min以上。修补、接长风管时，应依据洞内作业工班的时间支配，关闭风机。该工程从起先施工到现在已有一年多时间，TBM顺当掘进4km，通风系统运转正常，并创建了月掘进超过l000m的大断面隧洞施工记录。

参考文献[1]赖涤全编著．隧道施工通风与除尘[M]．北京：中国铁道出版社．l994[2]朱齐平，