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

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，具體設(shè)計(jì)了TBM2標(biāo)段獨(dú)頭掘進(jìn)9km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。在世界上首次采納了每段長(zhǎng)度為300m的4,2．2m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)：U453．5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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概述遼寧省大伙房水庫(kù)輸水隧洞全長(zhǎng)85．3km，直徑8m，采納先進(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)22．4km。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D／B法還是TBM施工法)是前所未有的，在國(guó)外也非常罕見。在通風(fēng)方案中，首次采納了每段長(zhǎng)度為300In的φ2．2m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2．1

隧洞施工工況TBM2施工段總長(zhǎng)22464．25m(樁號(hào)：44+262．17—66+726．42)，其中用TBM掘進(jìn)施工的長(zhǎng)度為20404．25m(中間有2000m斷層帶用鉆爆法預(yù)先完成施工)，分成TBM2一l、TBM2—2和TBM2—3三個(gè)段施工。TBM2從15＃支洞進(jìn)入，在擴(kuò)大洞室完成組裝調(diào)試后，掘進(jìn)5955m，快速通過2000m地段，到l4#支洞，完成TBM2—1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)7855m，到達(dá)13#支洞，完成TBM2—2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，最終掘進(jìn)6595m，完成TBM2—3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)l786．1m，坡度7．36％，斷面尺寸6．6m×6．0m(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200m)。14＃支洞為TBM2－2施工段的中間協(xié)助支洞，長(zhǎng)770．2m，坡度19．57％。l3＃支洞長(zhǎng)l390．4m，坡度為16．5％，為TBM2—3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5．0m×5．0m(寬×高)。TBM2標(biāo)段主洞TBM施工部分為圓形斷面，斷面面積約50．24m22．2TBM2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：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施工段最長(zhǎng)的主洞通風(fēng)長(zhǎng)度為7855m，支洞通風(fēng)長(zhǎng)度為l786m2．3工作面風(fēng)量為確保工作面勞衛(wèi)環(huán)境指標(biāo)達(dá)到DL／T5099—1999所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，參照TBM廠商供應(yīng)的對(duì)TBM后部風(fēng)量要求，風(fēng)量應(yīng)在1200～l800m3／min之間。結(jié)合TBM施工地區(qū)的氣候條件，認(rèn)為取TBM后部簇新空氣供應(yīng)量為l500m3／min(即25m3／s)、洞內(nèi)最小風(fēng)速0．5m2．4

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)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)軟管都難以滿意工程施工的要求，因此采納進(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=0．55％(國(guó)外TBM廠商和聞名通風(fēng)設(shè)備廠商舉薦的通風(fēng)軟管平均百米漏風(fēng)率P100均小于0．5％)，以確保TBM施工通風(fēng)系統(tǒng)的牢靠性。通風(fēng)軟管每節(jié)長(zhǎng)300m，管道摩擦阻力系數(shù)取為A=0．015［4］。2．5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TBM2—2段施工(TBM2—2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TBM2—3段施工)。此時(shí)TBM2一l段(TBM2—2段)要接著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3．1通風(fēng)方案依據(jù)TBM2施工段的施工組織支配和工期要求，由于其洞徑大、施工長(zhǎng)度大，而且經(jīng)過主、支洞交叉口，確定采納組合式通風(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采納壓人式送風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)F2采納吸出式。簇新空氣從支洞(TBM2—1段為l5＃支洞，TBM2—2段為l4＃支洞，TBM2—3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)上的協(xié)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(TBM2—1段為l5＃支洞，TBM2—2段為l4＃支洞，TBM2—3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1．1～1．2倍，風(fēng)機(jī)不須要隨施工作業(yè)面的前移而移動(dòng)，安裝便利，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)。簇新空氣從后配套系統(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)最終進(jìn)人風(fēng)機(jī)F2，從布置在支洞內(nèi)的軟風(fēng)管內(nèi)排出洞外。

軟風(fēng)管儲(chǔ)存箱可儲(chǔ)存300m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，用來汲取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。3．2漏風(fēng)系數(shù)漏風(fēng)量的大小是確定本工程通風(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)要考慮的因素許多，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P100＝0．55％．漏風(fēng)系數(shù)為：3．3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ll0％～l20％，則風(fēng)機(jī)F2的設(shè)計(jì)風(fēng)量應(yīng)為：QjF2=3600in3／min。3．4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)流量具有肯定的動(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)流淌。(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)備選型為了滿意工期要求和掘進(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(φ2．2m)的通風(fēng)軟管，節(jié)距300m。依據(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)的安裝與運(yùn)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，依據(jù)掘進(jìn)長(zhǎng)度分階段串人系統(tǒng)，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500m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)定牢固，避開運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)搖擺。風(fēng)機(jī)出口設(shè)30～50m鋼風(fēng)管與PVC柔性風(fēng)管過渡，以避開風(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)口干脆通到支洞洞口外，應(yīng)遠(yuǎn)離洞口，以免污風(fēng)循環(huán)。每節(jié)風(fēng)管長(zhǎng)300m。風(fēng)管吊掛每l00m撓度不大于150mm，軸向偏差每100m不大于300mm。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10m／s，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)其次個(gè)電機(jī)，間隔時(shí)間3min以上。修補(bǔ)、接長(zhǎng)風(fēng)管時(shí)，應(yīng)依據(jù)洞內(nèi)作業(yè)工班的時(shí)間支配，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。該工程從起先施工到現(xiàn)在已有一年多時(shí)間，TBM順當(dāng)掘進(jìn)4km，通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，并創(chuàng)建了月掘進(jìn)超過l000m的大斷面隧洞施工記錄。

參考文獻(xiàn)[1]賴滌全編著．隧道施工通風(fēng)與除塵[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社．l994[2]朱齊平，