水下隧道合攏施工臨時(shí)排風(fēng)裝置研究

韓 中

（上海振華重工集團(tuán)股份有限公司，海工平臺(tái)事業(yè)部 上海 200125）

水下隧道合攏施工現(xiàn)場(chǎng)，焊接作業(yè)量大，以港珠澳大橋最終接頭合攏焊接施工現(xiàn)場(chǎng)為例，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，現(xiàn)場(chǎng)的大量煙氣從下往上升，積聚在施工作業(yè)上空，并伴隨二氧化碳?xì)怏w從上往下沉，積聚于施工區(qū)域底部。若采用傳統(tǒng)的上部排風(fēng)方式，其施工區(qū)域的廢氣從下至上排出的過(guò)程，使作業(yè)環(huán)境內(nèi)空氣更加渾濁，導(dǎo)致施工人員所處作業(yè)環(huán)境更加惡化，容易造成人身體不適和肺部疾?。?，2］。

另外，隨著跨海隧道的長(zhǎng)度增大，若將施工作業(yè)區(qū)產(chǎn)生的廢氣從隧道相鄰其他管節(jié)排出，便會(huì)造成隧道內(nèi)空氣污染［3］；若將廢氣引出隧道外排出在岸上，風(fēng)管的長(zhǎng)度近似于隧道的長(zhǎng)度，不僅風(fēng)管對(duì)接安裝難度加大，而且耗費(fèi)大量風(fēng)管管材，使得臨時(shí)施工通風(fēng)成本上升［4］。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了1種施工區(qū)域上下同時(shí)排風(fēng)，在盡可能降低管材消耗的情況下，將廢氣引出隧道外排出在岸上的水下隧道合攏施工臨時(shí)排風(fēng)裝置及排風(fēng)方法。

1 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一種水下隧道合攏施工臨時(shí)排風(fēng)裝置包括軟管、風(fēng)機(jī)、關(guān)斷閥、通艙件、軟接頭、排風(fēng)管、金屬絲網(wǎng)，風(fēng)機(jī)一端與軟管相連，另一端與關(guān)斷閥相連，關(guān)斷閥通過(guò)通艙件與排風(fēng)管相連，排風(fēng)管排風(fēng)口在施工區(qū)域分為上下兩路設(shè)置，每個(gè)排風(fēng)口安裝金屬絲網(wǎng)。排風(fēng)管路的長(zhǎng)度延施工隧道的延伸長(zhǎng)度而設(shè)置；施工區(qū)域的新風(fēng)，可通過(guò)最終接頭本身的豎井結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)，也可另行增加空調(diào)管路。所述通艙件由腹板、通艙件本體、墊片、通艙件法蘭和盲板法蘭組成，通艙件所有焊縫水密焊接。所述軟接頭一端連接通艙件，一端連接風(fēng)管，其為防火材料并內(nèi)襯鋼絲圈。

在下水前，首先將所有通艙件安裝于端封門上，并用盲板法蘭將通艙件兩端水密密封；同時(shí)將最終接頭內(nèi)的風(fēng)管完成預(yù)裝。最終接頭下水后，待結(jié)合腔內(nèi)的水排凈構(gòu)成施工作業(yè)區(qū)后，拆除通艙件兩端的盲板法蘭，將風(fēng)管與通艙件連接，完成風(fēng)管安裝。將軸流風(fēng)機(jī)布置在隧道內(nèi)，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行誘導(dǎo)通風(fēng)，將施工區(qū)域內(nèi)上部的煙氣和下部的二氧化碳分別吸入風(fēng)管，通過(guò)風(fēng)機(jī)另一端連接的軟管排至隧道外的岸上。若結(jié)合腔漏水，可關(guān)閉關(guān)斷閥，拆除端封門上連接通艙件的軟管，用盲板法蘭重新密封通艙件，保持艙室水密。圖1、圖2所示。

圖1 最終接頭施工區(qū)域主視圖

圖2 裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

2 參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 新風(fēng)風(fēng)量

高峰時(shí)工作人員需要的風(fēng)量：

其中，N取50人，計(jì)算可得風(fēng)量Q1為200m3/min。

按不利工況，計(jì)算最小風(fēng)速Vmin要求的風(fēng)量：

其中，Vmin取為0.15m/s，Amax為施工最大橫截面面積，取為118.3m2，計(jì)算可得要求風(fēng)量Q2不能小于1064m3/min

2.2 排煙風(fēng)量

由焊機(jī)所產(chǎn)生的二氧化碳：

其中，系數(shù)16是16臺(tái)焊機(jī)同時(shí)工作，二氧化碳?xì)怏w流量F取為40L/min［5］，計(jì)算可得二氧化碳排風(fēng)量Q3為640L/min。

焊接產(chǎn)生的煙氣：

其中，M為施焊時(shí)發(fā)塵量，取為650mg/min［6］； C為焊接產(chǎn)出的煙氣容許的最大濃度，取為2mg/m3計(jì)算可得焊接煙氣量為648m3/min。

施工所需風(fēng)量Q為要求的最大新風(fēng)量與排煙風(fēng)量之和，計(jì)算可得1712.64m3/min。

2.3 阻力計(jì)算

等效摩擦風(fēng)阻：

其中，摩擦系數(shù)取為0.0029kg/m3；L為施工隧道長(zhǎng)度，取為5348m；D為排風(fēng)管直徑，取為0.45米；計(jì)算可得等效摩擦風(fēng)阻15.5N·S2/m8。

排風(fēng)壓力損失：

其中，Qm為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量，取為2000m3/min；QL為5348m處管內(nèi)流量，取為650m3/min；將等效摩擦風(fēng)阻代入，計(jì)算可得排風(fēng)壓力損失5580Pa。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 材料選用

在排水腔施工作業(yè)區(qū)，考慮防火和預(yù)裝要求，可采用鋼質(zhì)管；而排水腔外的隧道內(nèi)，由于施工隧道長(zhǎng)度長(zhǎng)，并且僅僅是為施工臨時(shí)安裝排風(fēng)裝置，施工完畢后將拆除。因此，為降低施工成本、提高安裝效率和減少施工時(shí)間，可選用PVC塑料管替代鋼質(zhì)管。

3.2 降低阻力

降低風(fēng)管阻力是實(shí)現(xiàn)水下隧道合攏施工臨時(shí)排風(fēng)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的關(guān)鍵，而等效摩擦阻力與裝置排風(fēng)管的直徑成反比。因此，在管隧中廊道作業(yè)空間布置允許的條件下，加大風(fēng)管直徑，可有效降低管道內(nèi)等效摩擦阻力，減少壓力損失。此外，增大風(fēng)管節(jié)長(zhǎng)，可減少接頭個(gè)數(shù)，從而減少漏風(fēng)量，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，25～30m比較適用。

3.3 提高排風(fēng)管安裝質(zhì)量

要保證裝置運(yùn)行后良好工作，排風(fēng)管安裝時(shí)，其吊索要拉直拉平。由于隧道管節(jié)內(nèi)采用PVC排風(fēng)管，重量較輕，吊環(huán)間距可較鋼質(zhì)管適當(dāng)增大，間隔約為2m。安裝時(shí)保證排風(fēng)管平穩(wěn)、對(duì)中，待水下隧道合攏施工臨時(shí)排風(fēng)裝置運(yùn)行后，排風(fēng)管自然平直。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了1種隧道合攏施工臨時(shí)通風(fēng)裝置，具有以下特點(diǎn)：第1，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，能夠在下水前完成主體部分預(yù)裝，減少水下安裝作業(yè)量，從而減少施工時(shí)間。第2，裝置上下同時(shí)排風(fēng)可將煙氣與二氧化碳分別吸入，減少兩種氣體對(duì)流，施工環(huán)境得到顯著改善。第3，風(fēng)機(jī)出口采用軟管代替鋼質(zhì)管，可大幅減少管材消耗，從而降低施工期間臨時(shí)通風(fēng)的成本。第4，使用軟管連接通艙件與排風(fēng)管，不僅能夠校準(zhǔn)鋼質(zhì)風(fēng)管的安裝誤差，而且可以在漏水時(shí)快速拆卸。第5，通艙件盲板法蘭與關(guān)斷閥的設(shè)計(jì)，可以有效應(yīng)對(duì)作業(yè)空間漏水切斷隔離的緊急情況。