摘要：在特长隧洞施工中，通风方案可以说是一个非常重要的部分。为了保证隧洞工程施工能够顺利开展，使得通风方案在技术上具有可行性，在经济上具有合理性，就需要在设计过程中分阶段设定通风方案。本文主要阐述广西桂中治旱乐滩水库引水工程TBM隧洞施工通风方案的设计及应用。
关键词：水利工程；特长隧洞；TBM施工；通风系统；设计及应用
一、工程概况
广西桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程北干渠Ⅰ标段线路总长29444m，由明渠、隧洞及附属渡槽、水闸等建筑物组成，明渠（分进口明渠和出口明渠）全长5690m，窑瓦~六浪隧洞全长23745.561m，其中采用全断面隧洞硬岩掘进机（TBM）施工长度为16070.518m，TBM掘进断面Φ5.94m，设计纵坡1/4000，从六浪隧洞出口始发，首段掘进12929.783m（桩号13+264.5～26+194.283，含1038.783m空推段），然后步进通过北泗钻爆法隧洞3010m，再掘进第二段4179.518m（桩号6+074.982～10+254.500），到达陈村拆卸竖井吊出。
TBM施工采用连续皮带机出碴、有轨内燃机车进行物料运输，独头掘进最大通风长度12929.783m。
二、通风方案设计
1、通风方式
TBM施工采用大功率轴流式风机布置在洞口，PVC风管（直径1.8m）垂吊于隧洞顶部与TBM固定风筒连接，将新鲜空气直接送到TBM主机尾部，污浊空气通过隧洞排出洞外。
2、主要计算参数
①根据《水工建筑物地下开挖工程施工规范》（SL-378-2007）的要求，工作面附近的风速V≥0.15m/s；
②洞内作业人员每人需风量按3m3/min；
③每kw柴油驱动设备的最低新鲜空气需求量为4m3/（min?KW）；
④TBM散热系数为3.0m3/(s?KVKA)；
⑤通风管径1.8m。
3、风量计算
TBM施工开挖时需要的风量，按下列要求计算确定并取最大值：
1）按最小风速计算：
Q1=V?S×60=0.2m/s×27.7m2×60=332.4 m3/min
式中V——洞内允许最小风速（m/s），TBM施工风速取值V≥0.2m/s
S——最大断面积（m2）
2）按洞内同时工作的最多人数计算，每人每分钟供应3.0m3的新鲜空气：
TBM洞中每班施工人员共50人，则他们共需风量为：
Q2=3m=3m3/min×50=150m3/min
3）洞内使用内燃机械需风量的计算：
洞内使用柴油机械时，可按每分钟消耗4m3风量计算，并与工作人员所需风量叠加，
洞内运输车辆为1台182kW内燃机车，2台45kW砂浆搅拌罐，总功率为272kW，则在洞中共需空气量为：
Q3=Q2+272kW×4m3/minkW=150+1088=1238m3/min
4）TBM设备散热所需风量计算：
Q4=3.0m3/(s?KVKA)×60×4200KW/1000=756 m3/min。（TBM总功率按4200kw）
综上所述，取其中最大值作为控制风量，开挖作业面所需风量为：Qmax=1238 m3/min=20.63 m3/s。
4、通风机设计风量确定
风量是选择通风机的主要参数之一。首先，通风机设计风量的确定要同时满足洞内工作人员的新风需求以及稀释和排除隧道产生的有害气体和粉尘的风量要求，因此设计风量计算依据应取其中的最大值。
1）计算风机风量：
其中α——风管的摩擦阻力系数，取0.0002，
L——风管长度（m），取12950m，
ρ——风管断面圆周界（m），ρ=1.8×3.14=5.652m，
S——风管断面积（m2），S=3.14×（1.8/2）2=2.5434 m2，
则，压力损失Δh=RQ2=378.666daPa=3786.66Pa
5、通风设备选择
根据计算的通风机设计风量和风压，结合通风方式选择通风机类型。
通风系统参数计算结果统计
6、通风系统布置
第一段TBM隧洞施工时，风机安装在六浪隧洞出口，贯通北泗钻爆法隧洞后，将风机转移至北泗检查支洞洞口二次安装，再开始开挖第二段施工。北泗检查支洞作为隧洞施工通风道。
通风布置共分两个阶段，如下图。
TBM通风布置图
三、通风除尘系统的工艺流程与操作要点
TBM施工要达到良好的通风除尘降温效果，除了要有科学合理的系统布局外，还必须严格按工艺流程进行正确的操作和日常的维护管理。
1、工艺要求和操作要点
（1）启动洞外风机时，严禁一次启动，至少要连续点动三次起停开关，每次关停要间歇片刻，最后完全接通电源。开/关次数视掘进距离长短而定，开/关机时间间隔控制在为5～10S范围较为适宜。通常0～1500m范围内开/关3次，之后每延伸500m需增加1次，以防止软风管被骤然而至的高压风吹爆或使风管接头脱节。
（2）向前拖拉后配套系统时，储存筒内被拉出的软风管必须及时悬挂。
（3）往储存筒内装填软风管时，首先卸开锥形端盖，开口端朝上，按折叠宽度300mm将软管自上而下填装在内筒外侧，套上外套（要求精确定位），再安装锥形端盖，并抽出导向橡胶上面的软风管末端环。装填时要特别防止内外筒之间的连接处卡住软风管。此外，要求作业环境清洁、温度适中，否则容易造成PVC材质软风管污染或损伤。
（4）当储存筒中的软风管即将全部被拉出时，应及时将装好软风管的储存筒运进洞内，更换储存筒前，必须关闭洞外风机，停止供风，先将筒内的软风管人为拉出，去除固定螺栓，用专用吊机把储存筒吊下，置于准备好的平板车上，再将填装好软风管的储存筒按照原位进行定位放置并上好螺栓，之后根据原软风管剩余部分的长短，将储存筒内的软风管适当拉出一段，以专用箍圈与原软风管对接，要求对接后新旧风筒处于同一直线上，箍圈锁定牢固可靠，并保证软风管端头圆环不变形，更换完毕检查无误后，通知洞外开启风机送风。
（5）软风管储存筒在运输和使用过程中，注意保护外筒，避免受到碰撞等机械损伤，外筒受到机械损伤将破坏内外筒之间的环形空间，造成软风管在被拉出的过程中受阻而破坏。
（6）停风时，软风管处于松弛状态，悬垂于洞壁，其下部禁止车辆通行，以防止对软风管造成刮破等机械性损伤。
（7）洞内粉尘主要来源于掘进时的刀具破岩，除尘风机应在掘进即将开始时启动，如长时间停机，应关闭刀盘喷水泵、除尘风机、除尘喷水泵、除尘污水泵等设备。
（8）除尘滤网要求最多3天清理、冲洗一次，每周更换一次，如果刀盘喷水工作不佳或破岩过程中产生的粉尘较多时，应根据实际情况适当缩短过滤网的清理及更换周期。
（9）主机顶部的方形除尘筒，每两天检查一次，视积尘多少决定是否清理，如果积尘厚度超过4cm，必须及时清理，通常每1～2周清理一次。
（10）随时检查除尘水箱内污水的污染状况，必要时及时排放清理，通常每2～3个掘进循环排放一次。
四、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。以往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，管道漏风多、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。
针对以上问题采取如下的对策：
（1）以“合理布局、优化匹配、防漏降阻、严格管理、确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。
（2）建立以岗位责任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，严格接照通风管理规程及操作细则组织实施通风系统的管理和维修。在每个循环中全面的检查风筒、接头是否破损和松动。并对通风机进行强制的保养。
（3）通风班组同时对通风系统和通风效果进行监测，以准确了解通风的效果和系统运行状态，监测的主要指标包括：管道系统的有效风量、百米漏风率、平均静压损失、洞内的O2、CO、CO2、NO、NO2等气体的浓度。
五、结语
本文通风系统设计方案在广西桂中治旱乐滩水库引水工程TBM隧洞施工中成功实施，解决了特长隧洞TBM施工通风问题，取得了很好的通风效果，安全顺利的完成了隧洞的施工任务，可给类似隧洞的施工通风技术方案设计提供参考。
论文作者:姚珊珊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
标签：软风论文; 隧洞论文; 风量论文; 风管论文; 风机论文; 拉出论文; 通风机论文; 《防护工程》2018年第34期论文;