兰渝铁路西秦岭隧道TBM施工通风技术探讨

　　摘要：随着我国在铁路、公路、水利等基础建设中修建隧道（洞）的数量和长度日益增加、长隧道（洞）内的施工通风问题变的尤为重要，保证为隧道施工人员提供安全、可靠、舒适的工作环境并尽可能地降低工程造价越来越受到各国隧道施工人士的重视。兰渝铁路西秦岭隧道TBM施工中，根据实际情况分阶段采用独头压入式通风与巷道式通风、巷道式通风阶段根据计算合理选择风机位置。实践证明，该通风方案不但满足了施工生产需要，而且节约了施工成本。

　　关键词：兰渝铁路西秦岭隧道；TBM施工；通风技术

　　1 引言

　　在机械化作业的情况下，隧道施工通风不仅为洞内施工地点供给新鲜空气、排除粉尘及各种有害气体，创造良好的劳动环境，从而保障施工人员的健康与安全，而且是维持机电设备正常运行的必要条件。而且对于各种长隧道施工来说，施工通风常常对整个工程的施工方案和施工组织设计起不可忽视的甚至决定性的作用［1］。

　　目前，国内长大隧道施工通风方式一般采用压入式通风和巷道式通风两种类型。压入式通风需随着开挖面的推进而不断接长风管，通风阻力亦随风管延长而增大，加之沿程漏风，到达工作面的风量和风压随着通风距离的延长而不断减少，为了维持正常的风压和风量，就需要增加供风风机的风压与风量，长距离的风管、增加的风机、电能的消耗、长距离风管维护等需要消耗大量成本，因此在特长隧道施工中自始至终采用独头压入式通风方案，显然很不经济。巷道式通风适用于线间距较小且平行施工的两条隧道，其特点是通过两条隧道间适当位置的横通道使相邻的两条隧道组成一个完整的风流循环系统，由于利用整个隧道作为风道，故这种通风方式由于断面大、阻力小，可供应较大的风量。

　　在充分调研我国已建成和在建隧道施工通风的经验以及追踪国内外通风技术发展的基础上，进行通风系统设计比选、优化，确定兰渝铁路西秦岭隧道施工中，将压入式通风与巷道式通风两种方式有机结合起来分段使用，取得了良好的效果。

　　2 工程概况

　　兰渝铁路西秦岭隧道，隧道长28236米，为我国第二长铁路隧道（含在建），仅次于在建的新关角隧道，隧道位于甘肃省陇南市武都区。为双洞单线隧道，由中国隧道集团及中铁十八局采用两台TBM和钻爆法施工。西秦岭隧道于2008年8月开工，是兰渝铁路先期开工工程，2014年7月19日，历经六年建设，我国在建最长铁路隧道——兰渝铁路西秦岭隧道全线贯通。

　　3 TBM施工通风方案设计

　　3.1 总体通风方案

　　施工通风是长隧道施工中的重要一环，必须从施工通风的方案可行性和经济性两方面统筹考虑，来确定通风方案和通风设备的选择。同时要按照自成体系又左右线同时兼顾，充分利用设备和已完坑道的原则，综合考虑施工过程中可能的各工况制定本隧道的通风方案。根据西秦岭隧道进口段施工组织特点，为确保通风效果并达到节能增效的目的，确定分阶段采用独头压入式通风与巷道式通风的方案，根据通风距离不同分为两个阶段，施工初期为第一阶段，采用独头压入式通风；当TBM掘进到一定距离后进入第二个通风阶段，采用巷道式联合通风［2］。

　　3.1.1 第一阶段通风方案

　　第一阶段通风左右线隧道均采用独头压入式通风，在左右线隧道进口各设置两台风机（一备一用），通过Φ2200mm软风管向洞内供风。

　　（2）第二阶段通风方案

　　第二阶段采用巷道式联合通风方案，当TBM掘进到单台风机独头通风最大距离时，利用右线隧道作为新鲜风进口，将左、右两线原来布置在洞口的风机移入到相应横通道处，右线直接利用轴流风机，通过风管将风送至掌子面处；左线通过布设在横通道内的轴流风机，将新鲜风送入左线隧道，再通过风管送至掌子面。右线隧道的污风通过前方横通道进入左线隧道，与左线掌子面过来的污风一同排出洞外。为确保顺利排出污风，在左右线污风排出方向各安装一台射流风机，并且封堵剩余的全部横通道。

　　在第二阶段巷道式联合通风中，当风管延伸到单台轴流风机最大供风距离（再延伸风管，供风量将不能满足工作面需风量要求）时，需再次将风机位置前移。

　　3.2 单台风机最大供风距离计算为确定每个阶段最经济又能满足施工的供风距离，计算如下：

　　风机最大供风距离L与风机压风量Qj、工作面需风量Qi、管道漏风系数Pi等参数有关，上述几个参数的关系应满足以下计算公式：

　　Qj=PiQi 公式1

　　Pi=P100×L/100 公式2

　　公式2中P100为风管百米漏风系数。

　　（1）工作面需风量Qi确定

　　基于TBM施工特点，在通风设计时，不用考虑钻爆法施工时稀释、排放爆破有毒烟尘这一通风要求，而只需满足TBM及其后配套工作人员呼吸新鲜空气、TBM各部件发热导致空气温度过高、稀释排除TBM掘进工作面内粉尘、运输车辆产生的有害气体稀释与排放等四个方面的需求。

　　根据TBM技术资料，综合上述四个因素后，TBM后配套对风速的要求不低于V=0.3m/s［2］，考虑衬砌施工随后同步展开，因此按V=0.4m/s计算TBM工作面的风量。隧道断面面积A=60.8m²，则工作面需风量为：Qi=A×V=60.8×0.4=27.2m³/s

　　（2）风机压风量Qj

　　TBM随机带有德国柯夫曼公司生产的150XN Axial型风机，压风量3600m³/min，最高风压5000Pa，功率250kW。以往TBM施工实践证明，该风机性能良好，采用Φ2200mm软风管（单节长度100m）、单台风机独头通风距离可达到6km左右，通风效果较好，因此，为综合利用现有资源、节约投资，在西秦岭隧道施工中仍采用该风机。

　　则风机压风量Qj=3600m³/min=60m³/s。

　　（3）百米漏风系数P100

　　根据风管厂家提供的参数及施工实践，风管百米漏风系数为P100=0.4%。

　　将上述数据带入公式1和公示2，计算可得单台150XN Axial型风机最大供风距离为5500m。

　　3.3 风机位置确定

　　根据上述计算，开通一台轴流风机，独头通风距离在5500m时，通风效果良好。根据这个计算结果并考虑横通道设计里程、TBM掘进设计最终里程，确定轴流风机需进行两次移位：

　　（1）第一次风机设置在洞口（DK141+593）外50m处，左、右线各开通一台轴流风机，按压入式通风距离为5500m计，可保证TBM掘进至DK147+043处；

　　（2）第二次风机设置在12#横通道，里程为DK146+300处，左、右线各开通一台轴流风机，按压入式通风距离为5500m计，可保证TBM掘进至DyK151+800处；

　　（3）第三次风机设置在23#横通道，里程DK150+900处，左、右线各开通一台轴流风机，按压入式通风距离为5500m计，可保证TBM掘进至设计里程DK155+255处。

　　由于风机安装及风管布置的要求，所有进风及排风的横通道均需进行设计变更。每次风机的布置位置及巷道式联合通风时相应的进风、出风横通道编号见表1所示。

　　3.4 横通道设计变更

　　（1）送风横通道

　　里程位置按原设计。由于要架设风机和连接风管，要求直墙从原起拱线位置向上加高72cm，总高度由原设计的528cm变为600cm，其中虚线为原设计横通道轮廓线。

　　（2）排风横通道

　　为更有利于排污，排风横通道方向与原设计相反，右线侧通道口里程不变，向左线小里程方向布置，与隧道轴向夹角仍为40°，其它按原设计不变。

　　3.5 通风系统设备、材料配备

　　4 通风管理

　　隧道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“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理、确保效果”20字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。

　　4.1 通风组织与相关管理制度

　　建立以岗位责任制和奖惩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、检查和维修工作，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。项目部定期检查施工通风质量并根据实际情况兑现奖惩。

　　4.2 通风设备安装

　　（1）风机安装基础应满足风机总重的2倍或风机转动部分4倍的要求。

　　（2）风机架设在距洞口约50m处，上方设防雨棚。以保证压入洞内的空气新鲜，防止洞内排出的污浊空气再次被压入洞内，并保护通风设备安全使用。

　　（3）通风管在洞外安装部分架设硬质风管，采用门架式支架，以抵抗外界大风、风机风压的影响。

　　（4）由于通风距离长，压力大，与通风机相连的最初1000m采用加强型通风软管，以抵抗强大风压的影响和损坏。

　　（5）辅助通风的射流风机安装注意与洞内空气对流的风向一致。

　　4.3 防漏降阻

　　（1）以长代短：风管节长由以往的20～30m加长至100m，减少接头数量，即减少漏风量。

　　（2）以大代小：在净空允许的条件下，尽量采用大直径风管，本工程采用φ2200mm通风软管。

　　（3）以直去弯：风管安装前，先按5m间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将φ8mm盘条吊挂线拉直拉紧并焊固在锚杆上，尔后在吊挂线上挂风管，使风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减少通风阻力。

　　（4）严格管理：加强风管检修，检查内容包括悬挂是否完好、接头连接状况、风管有无破损等，对存在的问题及部位做好记录并及时处理，发现破损及时粘补。

　　5 结束语

　　对长距离隧道施工而言，施工通风是非常重要的一项内容，即使采用TBM法施工亦是如此，一方面通风质量关系到施工人员和设备的安全，另一方面通风方案关系到施工成本，因此选择合理的通风设计参数是十分重要的［3］。西秦岭隧道施工中根据工程实际情况，分两个阶段、三个位置进行通风布置，保证了安全生产的需要和经济上的最优，取得了良好的效果，可作为其它同类工程借鉴。

　　参考文献

　　［1］马炳学.浅述铁路长大隧道通风技术，山西建筑技术，2008（11）.

　　［2］沈熙智等.引大济湟引水长隧洞TBM施工通风研究，人民长江，2008（3）.

　　［3］陈天文；高速铁路长隧道环境特点与通风研究［J］；科技资讯；2009年（12）

　　文/张利群