特長(zhǎng)隧洞TBM施工通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、特長(zhǎng)隧洞TBM施工通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)隧道網(wǎng) (2007-3-10)來源：現(xiàn)代隧道技術(shù)摘要：以遼寧大伙房水庫(kù)輸水隧洞工程為背景，詳細(xì)設(shè)計(jì)了TBM2標(biāo)段獨(dú)頭掘進(jìn)9 km的施工通風(fēng)系統(tǒng)，選取了漏風(fēng)系數(shù)、摩阻系數(shù)等特征參數(shù)，計(jì)算了風(fēng)量、風(fēng)壓和通風(fēng)功率，并對(duì)通風(fēng)設(shè)備及其布置進(jìn)行了優(yōu)化匹配。在世界上首次采用了每段長(zhǎng)度為300 m的4,22 m通風(fēng)軟管，取得了很好的通風(fēng)效果。關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大隧洞通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：U4535 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1 概述遼寧省大伙房水庫(kù)輸水隧洞全長(zhǎng)853 km，直徑8 m，采用先進(jìn)的全斷面掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工，是我國(guó)隧洞(隧道)與地下工程建設(shè)史上具有里程碑意義的宏大工程，其工程規(guī)模和技

2、術(shù)難度國(guó)內(nèi)外罕見。TBM2標(biāo)段由中鐵隧道集團(tuán)公司施工，需連續(xù)掘進(jìn)224 km。TBM施工段獨(dú)頭通風(fēng)距離超過9km，在國(guó)內(nèi)隧洞施工史上(無論是DB法還是TBM施工法)是前所未有的，在國(guó)外也十分罕見。在通風(fēng)方案中，首次采用了每段長(zhǎng)度為300 In的22m通風(fēng)軟管，取得了很好的通風(fēng)效果。2TBM2施工段通風(fēng)要求21 隧洞施工工況TBM2施工段總長(zhǎng)22 46425 m(樁號(hào)：44+2621766+72642)，其中用TBM掘進(jìn)施工的長(zhǎng)度為20 40425m(中間有2 000 m斷層帶用鉆爆法預(yù)先完成施工)，分成TBM2一l、TBM22和TBM23三個(gè)段施工。TBM2從15支洞進(jìn)入，在擴(kuò)大洞室完成組裝調(diào)

3、試后，掘進(jìn)5 955m，快速通過2 000 m地段，到l4#支洞，完成TBM21段掘進(jìn)；經(jīng)過檢修并重新安裝連續(xù)皮帶輸送機(jī)和固定皮帶輸送機(jī)后,再掘進(jìn)7 855 m，到達(dá)13#支洞，完成TBM22段掘進(jìn)；經(jīng)過再次檢修并重新安裝連續(xù)皮帶輸送機(jī)和固定皮帶輸送機(jī)后，最后掘進(jìn)6 595 m，完成TBM23段掘進(jìn)，進(jìn)入l24支洞擴(kuò)大洞窒，拆卸解體后從12#支洞運(yùn)出。平面布置如圖1所示。圖1TBM2施工段平面布置15支洞長(zhǎng)l 7861 m，坡度736，斷面尺寸66 m 60 m(寬x高)，與其相連的是安裝TBM2主機(jī)及后配套系統(tǒng)的主洞擴(kuò)大洞室(長(zhǎng)約200 m)。14支洞為TBM22施工段的中間輔助支洞，長(zhǎng)77

4、02 m，坡度1957。l3支洞長(zhǎng)l 3904 m，坡度為165，為TBM23段施工期間的出碴、通風(fēng)、材料運(yùn)輸通道和緊急出口處，是臨時(shí)施工支洞，斷面尺寸為50 m 50 m(寬高)。TBM2標(biāo)段主洞TBM施工部分為圓形斷面，斷面面積約5024 m2，采用連續(xù)皮帶機(jī)出碴系統(tǒng)，支洞用固定皮帶機(jī)轉(zhuǎn)碴，在主洞內(nèi)另有一套有軌運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)送物質(zhì)和材料。22 TBM2施工段通風(fēng)方案設(shè)計(jì)長(zhǎng)度按TBM2施工組合，其通風(fēng)長(zhǎng)度為：TBM21施工段，主洞5 955 m+15支洞l 786 m=7 741 m；TBM22施工段，主洞6 595 m+14支洞770 m=7 365 m；TBM23施工段，主洞7 855 m+

5、13支洞1 390 m=9 245 m。所以，TBM2施工段最長(zhǎng)的主洞通風(fēng)長(zhǎng)度為7 855 m，支洞通風(fēng)長(zhǎng)度為l 786 m，設(shè)計(jì)方案只要能滿足這兩種通風(fēng)長(zhǎng)度組合的要求，也就能滿足其他各施工階段的通風(fēng)要求。23工作面風(fēng)量為確保工作面勞衛(wèi)環(huán)境指標(biāo)達(dá)到DLT50991999所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，參照TBM廠商提供的對(duì)TBM后部風(fēng)量要求，風(fēng)量應(yīng)在1 200l 800 m3min之間。結(jié)合TBM施工地區(qū)的氣候條件，認(rèn)為取TBM后部新鮮空氣供應(yīng)量為l 500 m3min(即25 m3s)、洞內(nèi)最小風(fēng)速05 ms是合適的，可以滿足TBM施工段的通風(fēng)除塵要求1，3。24 通風(fēng)管道平均百米漏風(fēng)率和摩擦阻力系數(shù)考慮到國(guó)

6、內(nèi)通風(fēng)設(shè)施的設(shè)計(jì)、制造和工藝水平，通風(fēng)機(jī)和大直徑通風(fēng)軟管都難以滿足工程施工的要求，因此采用進(jìn)口德國(guó)先進(jìn)的通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)軟管。取通風(fēng)管道平均百米漏風(fēng)率P100=055(國(guó)外TBM廠商和著名通風(fēng)設(shè)備廠商推薦的通風(fēng)軟管平均百米漏風(fēng)率P100均小于05)，以確保TBM施工通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性。通風(fēng)軟管每節(jié)長(zhǎng)300 m，管道摩擦阻力系數(shù)取為A=00154。25通風(fēng)與出碴本通風(fēng)系統(tǒng)按連續(xù)皮帶機(jī)出碴、同定皮帶機(jī)轉(zhuǎn)碴方式設(shè)計(jì)，TBM2一l段掘進(jìn)完成后，主要通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)軟管要拆卸后重新組裝，用于TBM22段施工(TBM22段掘進(jìn)完成后，主要通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)軟管要拆卸后重新組裝，用于TBM23段施工)。此時(shí)TBM2一l段(

7、TBM22段)要繼續(xù)完成模筑混凝土襯砌和運(yùn)料等工作，其主洞內(nèi)通風(fēng)靠空氣對(duì)流并輔以適當(dāng)?shù)臋C(jī)械通風(fēng)。3施工通風(fēng)方案及系統(tǒng)布置31通風(fēng)方案根據(jù)TBM2施工段的施工組織計(jì)劃和工期要求，由于其洞徑大、施工長(zhǎng)度大，而且經(jīng)過主、支洞交叉口，決定采用組合式通風(fēng)方案，即在主、支洞交叉處布置兩臺(tái)風(fēng)機(jī)F1和F2，風(fēng)機(jī)F1采用壓人式送風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)F2采用吸出式。新鮮空氣從支洞(TBM21段為l5支洞，TBM22段為l4支洞，TBM23段為l3支洞)斷面進(jìn)入風(fēng)機(jī)F1入口，通過大直徑通風(fēng)軟管送到TBM后配套系統(tǒng)，再經(jīng)過TBM后配套系統(tǒng)上的輔助風(fēng)機(jī)送到施工作業(yè)面。施工面的污風(fēng)從主洞斷面流出進(jìn)入風(fēng)機(jī)F2入口，再經(jīng)過支洞(TB

8、M21段為l5支洞，TBM22段為l4支洞，TBM23段為l3支洞)內(nèi)的大直徑通風(fēng)軟管，排出洞外。通常排出風(fēng)機(jī)F2的風(fēng)量是送入風(fēng)機(jī)F1風(fēng)量的1112倍，風(fēng)機(jī)不需要隨施工作業(yè)面的前移而移動(dòng)，安裝方便，可有效保證施工作業(yè)面和支洞內(nèi)的空氣質(zhì)量5。通風(fēng)系統(tǒng)布置示意如圖2所示。圖2TBM2主洞施工通風(fēng)系統(tǒng)布置示意TBM后配套系統(tǒng)的通風(fēng)與隧道通風(fēng)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，包括新風(fēng)供應(yīng)系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)。新鮮空氣從后配套系統(tǒng)尾部的軟風(fēng)管儲(chǔ)存箱進(jìn)人，由后配套系統(tǒng)的增壓風(fēng)機(jī)送到TBM前面，一部分空氣補(bǔ)充后配套系統(tǒng)前部集塵器所需的空氣，一部分從后配套系統(tǒng)尾部釋放，從隧洞內(nèi)返回。污風(fēng)最后進(jìn)人風(fēng)機(jī)F2，從布置在支洞內(nèi)的軟風(fēng)管內(nèi)排

9、出洞外。軟風(fēng)管儲(chǔ)存箱可儲(chǔ)存300 m軟風(fēng)管。風(fēng)管儲(chǔ)存箱前面有硬風(fēng)管，硬風(fēng)管在各平臺(tái)車的連接處用柔性接頭連接。TBM前部裝設(shè)有吸塵器和干式過濾器，用來吸收TBM滾刀破巖時(shí)產(chǎn)生的粉塵和噴射混凝土?xí)r產(chǎn)生的粉塵。32漏風(fēng)系數(shù)漏風(fēng)量的大小是決定本工程通風(fēng)系統(tǒng)成敗的最關(guān)鍵因素之一。隧洞通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮的因素很多，綜合考慮國(guó)內(nèi)外通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、管理水平，選擇進(jìn)|J優(yōu)質(zhì)風(fēng)管和風(fēng)機(jī)，取通風(fēng)管道的百米漏風(fēng)率P100055漏風(fēng)系數(shù)為：33風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算確定了工作面所需風(fēng)量和漏風(fēng)系數(shù)后，就可以計(jì)算出風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。按混合式通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，風(fēng)機(jī)F2的設(shè)計(jì)風(fēng)量應(yīng)為風(fēng)機(jī)F1所需風(fēng)量的ll0l20，則風(fēng)機(jī)F2的設(shè)計(jì)風(fēng)量應(yīng)為：

10、QjF2=3 600 in3min。34通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)要克服通風(fēng)阻力(包括沿程摩擦阻力和局部阻力)并保證風(fēng)管末端的風(fēng)流量具有一定的動(dòng)壓，由通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓來克服這些阻力，以維持風(fēng)流的連續(xù)流動(dòng)。(1)風(fēng)管的摩擦風(fēng)阻表1 通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)4通風(fēng)設(shè)備選型為了滿足工期要求和掘進(jìn)速度，我們選用進(jìn)口大風(fēng)量?jī)?yōu)質(zhì)高效的軸流式隧洞風(fēng)機(jī)，選用進(jìn)口大直徑(22 m)的通風(fēng)軟管，節(jié)距300 m。根據(jù)比選結(jié)果，選用德國(guó)Korfmann公司生產(chǎn)的AL系列隧洞軸流風(fēng)機(jī)，如表2所示。表2通風(fēng)設(shè)備選型及經(jīng)濟(jì)分析5 施工通風(fēng)系統(tǒng)的安裝與使用維護(hù)風(fēng)機(jī)F。由2臺(tái)相同型號(hào)的風(fēng)機(jī)串聯(lián)組成，根據(jù)掘進(jìn)長(zhǎng)度分階段串人系統(tǒng)

11、，安裝在主、支洞交匯處，適當(dāng)偏離支洞的位置；風(fēng)機(jī)F2安裝在主洞內(nèi)距支洞約500 m的位置，并在風(fēng)機(jī)F1與F2之間安設(shè)風(fēng)障，以免污染風(fēng)進(jìn)入循環(huán)。風(fēng)機(jī)支架應(yīng)穩(wěn)定結(jié)實(shí)，避免運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)搖晃。風(fēng)機(jī)出口設(shè)3050 m鋼風(fēng)管與PVC柔性風(fēng)管過渡，以避免風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊損壞風(fēng)管。風(fēng)機(jī)F1的風(fēng)管出風(fēng)口連接TBM后配套系統(tǒng)；風(fēng)機(jī)F2的風(fēng)管出風(fēng)口直接通到支洞洞口外，應(yīng)遠(yuǎn)離洞口，以免污風(fēng)循環(huán)。每節(jié)風(fēng)管長(zhǎng)300 m。風(fēng)管吊掛每l00 m撓度不大于150 mm，軸向偏差每100 m不大于300 mm。由于柔性風(fēng)管停風(fēng)時(shí)在自重作用下自然下垂，再次通風(fēng)時(shí)由于管內(nèi)風(fēng)速大于10 ms，會(huì)對(duì)管路產(chǎn)生很大的瞬時(shí)張力，所以應(yīng)分步啟動(dòng)電機(jī)，先啟動(dòng)靠近風(fēng)管端的電機(jī)，再啟動(dòng)第二個(gè)電機(jī)，間隔時(shí)間3 min以上。修補(bǔ)、接長(zhǎng)風(fēng)管時(shí)，應(yīng)根據(jù)洞內(nèi)作業(yè)工班的時(shí)間安排，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。該工程從開始施工到現(xiàn)在已有一年多時(shí)間，TBM順利掘進(jìn)4 km，通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，并創(chuàng)造了月掘進(jìn)超過l 000 m的大斷面隧洞施工記錄。參考文獻(xiàn)1賴滌全編著隧道施