盾構(gòu)施工通風(fēng)的初步探討

陳春林 房延利

隨著城市化的快速發(fā)展，城市的規(guī)模和人口日益增長(zhǎng)，為解決市內(nèi)交通問題，地鐵是重要手段。盾構(gòu)技術(shù)是建設(shè)地鐵隧道的重要方法，且應(yīng)用日益廣泛。在盾構(gòu)施工中，通風(fēng)的作用一方面是向工作面輸送足夠的新鮮空氣、濾除盾構(gòu)機(jī)排入空氣中的粉塵，保證作業(yè)人員的健康、安全，作業(yè)區(qū)域的氣體要求見表1;同時(shí)由于盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行過程會(huì)產(chǎn)生大量熱量，必須通過通風(fēng)達(dá)到散熱的目的。

表1 隧道作業(yè)區(qū)域符合的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

廣州地鐵三號(hào)線某工程單線隧道長(zhǎng)度為3 500 m，盾構(gòu)隧道外徑6 m，內(nèi)徑5.4 m，采用的德國(guó)海瑞克公司生產(chǎn)的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)機(jī)的開挖直徑是6.28 m。采用直徑1 m的軟風(fēng)管壓入式通風(fēng)，配置的風(fēng)機(jī)功率為 110 kW，風(fēng)壓4 800 Pa，流量60 000 m3/h。在工程進(jìn)展到2 000 m時(shí)，因進(jìn)入風(fēng)量不足，造成作業(yè)面溫度高、工人無法作業(yè)等問題。為此，對(duì)該工程的通風(fēng)設(shè)計(jì)重新核算。

1 風(fēng)量核算

1.1 需要的進(jìn)風(fēng)量

1)按洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算風(fēng)量:

其中，Q為計(jì)算風(fēng)量;q為洞內(nèi)每人每分鐘所需的新鮮空氣量，m3;鐵道部《隧規(guī)》規(guī)定按每人每分鐘3 m3計(jì)算，煤炭部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T634-1996煤礦礦井風(fēng)量計(jì)算方法中規(guī)定每人每分鐘供給風(fēng)量不得小于4 m3;m為洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù);K為風(fēng)量備用系數(shù)，取1.10～1.15，q取 4 m3/min，洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)為25人，風(fēng)量備用系數(shù)取1.15，則計(jì)算風(fēng)量為:

2)按照滿足洞內(nèi)允許最小風(fēng)速要求計(jì)算風(fēng)量:

其中，s為隧道的面積;v為允許最小風(fēng)速，導(dǎo)坑應(yīng)不小于0.25 m/s，全斷面開挖時(shí)應(yīng)不小于0.15 m/s，但均應(yīng)不大于6 m/s，取0.20 m/s。

1.2 風(fēng)機(jī)的供風(fēng)能力

所需風(fēng)量取兩種計(jì)算方式中的較大值，即274.69 m3/min。同時(shí)考慮隧道通風(fēng)使用的是軟風(fēng)管，根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，柔性風(fēng)管采用平均百米漏風(fēng)率取參考表中的最大值1.5%，現(xiàn)在風(fēng)管長(zhǎng)度約為2 000 m，漏風(fēng)率為30%，根據(jù)隧道通風(fēng)規(guī)范，通風(fēng)機(jī)需考慮50%的余量。Q機(jī)=60Q×(1+50%)/(1-30%)=60×274.69×1.5/0.7=35 317 m3/h。當(dāng)風(fēng)管長(zhǎng)度達(dá)到3 500 m時(shí)，漏風(fēng)率為52.5%，此時(shí)通風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量最小為:

2 風(fēng)壓核算

通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓用來克服沿途所有的阻力，主要包括沿途摩擦阻力和局部阻力。由于隧道中風(fēng)管無較大角度的轉(zhuǎn)彎，也沒有直徑的變化，因此局部阻力很小，主要是要考慮沿途摩擦阻力。分別采用四種方式計(jì)算摩擦阻力，具體計(jì)算見表2。

表2 風(fēng)管沿途摩擦阻力計(jì)算表 Pa

綜上，不同方法的計(jì)算結(jié)果差別很大。選取最大的計(jì)算結(jié)果，2 000 m長(zhǎng)風(fēng)管的沿途摩擦阻力為4 350 Pa，到 3 500 m時(shí)風(fēng)管的沿途摩擦阻力達(dá)到7 612.5 Pa，而目前項(xiàng)目部配置的風(fēng)機(jī)的全壓是 4 800 Pa。因此，風(fēng)機(jī)配置的最大送風(fēng)量為60 000 m3/h，理論上滿足隧道通風(fēng)所需風(fēng)量的要求。雖然風(fēng)壓可以滿足目前2 000 m掘進(jìn)長(zhǎng)度通風(fēng)的要求，但無法滿足掘進(jìn)后期3 500 m隧道長(zhǎng)度的通風(fēng)風(fēng)壓要求。

3 通風(fēng)解決方案

計(jì)算表明，現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓均可滿足2 000 m隧道長(zhǎng)度通風(fēng)要求，但實(shí)際反映通風(fēng)不夠。通過檢查，發(fā)現(xiàn)是在風(fēng)管上人為開洞，另外有已破損的風(fēng)管，產(chǎn)生了不必要的風(fēng)量和風(fēng)壓損失。同時(shí)，為解決隧道通風(fēng)不足的問題，將通風(fēng)機(jī)遷移到1 500 m處的中間風(fēng)井處，明顯減小了通風(fēng)距離，改善了人員作業(yè)環(huán)境。

4 關(guān)于使用混合式通風(fēng)的一些討論

對(duì)于較長(zhǎng)隧道的通風(fēng)，可以采用“長(zhǎng)壓短抽式”混合式通風(fēng)方式(見圖1)，即主要采用壓入式通風(fēng)，將新風(fēng)壓送至掘進(jìn)面，同時(shí)盡量將掘進(jìn)面區(qū)域的污濁氣體使用抽出式風(fēng)機(jī)抽走。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)因無爆炸煙塵，有毒氣體量較小，因此進(jìn)風(fēng)管相對(duì)靠后，希望新風(fēng)將拖車上各種機(jī)電設(shè)備的熱量從后向前吹，然后再?gòu)墓芷惭b區(qū)域處抽走。這種通風(fēng)設(shè)計(jì)，一方面，考慮了設(shè)備通風(fēng)降溫，另一方面，因?qū)犸L(fēng)吹聚在管片安裝區(qū)域，而這個(gè)區(qū)域恰恰是施工人員最集中的地方，自然造成施工環(huán)境惡化。

今后，可以對(duì)盾構(gòu)機(jī)通風(fēng)設(shè)計(jì)做相應(yīng)改進(jìn)，在盾構(gòu)機(jī)的臺(tái)車上布兩條通風(fēng)管，一條進(jìn)風(fēng)，一條出風(fēng)，進(jìn)風(fēng)管盡量靠近管片安裝區(qū)域。這種改進(jìn)通風(fēng)方式，不僅可將盾體處的高溫空氣或由碴土帶出的有毒氣體迅速抽出，且能更好地改善施工人員的工作環(huán)境。

[1] 鐵道部第二工程局.鐵路工程技術(shù)手冊(cè)——隧道[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，1995.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3] 張 鵬，劉 躍，孫德靜.淺談地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)方面[J].山西建筑，2009，35(19):188-190.