隧洞施工中的通风方案设计

杨金平

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

1 工程概况

某供水主隧洞长21678.77 m，桩号为21+291.23～42+970.00，纵坡为0.3115‰。主洞沿线布置了3条施工支洞，分别为 1号、2号、3号，支洞长度分别为1319.59 m、1984.40 m和2237.14 m，支洞断面为圆拱直墙型，成洞断面尺寸均为6.6 m×6.0 m（宽×高），采用钻爆法施工。

主洞主要采用TBM施工，TBM开挖断面直径8.5 m，成洞断面直径7.6 m，其他扩大洞室（组装洞室、检修洞室、拆卸洞室）采用钻爆法施工。TBM设备在主洞与1号支洞交叉处的组装洞室开始组装，顺坡掘进，至与2号支洞交叉处的检修洞室进行检修，经中间转场后，再顺坡掘进至主洞桩号38+038.98处的拆卸洞室进行拆卸，最后由3号支洞运出洞外。

主洞施工方法划分见表1，支洞特性见表2。

表1 主洞施工方法分段划分

表2 支洞特性表

2 施工进度安排

2012年1月，三个支洞同时开工。2013年1月,1号支洞控制段具备TBM洞内组装的条件。2013年5月，TBM1段开始掘进施工。2013年12月底，1号、2号主支洞控制洞段贯通。2015年1月全线贯通。

3 1号支洞上游段的通风方案设计

本方案围绕总体施工进度安排，选择通风参数，选定通风设备，设计通风方案。现以1号支洞上游接应段为例进行计算。

3.1 采用压入式通风

1号支洞通风最困难的部位在上游700 m处，供风长度2020 m，实际通风长度按2060 m计算。

3.2 需风量计算

参照水利水电工程施工手册中有关内容，计算工作面需风量。

3.2.1 按洞内最低允许风速计算风量

式中：Q1—保证洞内最小风速所需风量，m3/min；

v—洞内允许最小风速，取0.25m/s；

S—隧洞断面面积，m2。

3.2.2 按洞内工作人员计算风量

式中：Q2—洞内工作人员所需风量，m3/min;

Qp—洞内每人所需新鲜空气量，按3m3/min;

m—洞内作业人数;

k1—风量备用系数，取1.15。

3.2.3 按压入式通风计算所需风量

式中：Q3—压入式通风所需风量，m3/min;

G—一次爆破耗药量，取130 kg;

S—隧洞断面面积，m2;

L—隧洞长度2060 m;

t—爆破后最短排烟时间，取30 min。

开挖面至稀释炮烟到安全浓度距离L′

当 L=2060 m>L′时，取 L′

比较上述三项所需风量，取最大值Q3=1854 m3/min。

3.3 计算风机工作风量

式中：Q—风机工作风量，m3/min；

L—风筒长度，m；

β—风筒百米漏风系数，取1%。

3.4 计算通风阻力

参照矿井通风教材有关内容，通风阻力包括隧洞阻力和风筒阻力。但是二者相比隧洞阻力很小，通常可以忽略不计。

风筒阻力为：

式中：K—调整系数，取1.25；

а—风筒摩擦阻力系数，取22.9×10-4；

Rfr—风筒风阻，Ns2/m8；

L—风筒长度，m；

d—风筒直径，选用1.8 m；

Qa—平均风量，m3/min，取进风量与出风量的几何平均数。

3.5 风机工作风压

式中：hm—风机工作风压，Pa；

k3—局部阻力备用系数1.2；

h—通风总阻力，Pa。

3.6 通风设备的选型

根据计算，风机应提供的风量和风压分别为2236 m/min、2803.2 Pa，据此选定 SDF(E-Ⅱ)№18/2×75kW型号的风机，其主要参数见表3。

表3 SDF(E-Ⅱ)№18/2×75kW型号的风机主要参数表

4 总体通风安排

同样，按照上述1号支洞计算方法，分别对本工程各个工作面进行通风参数的确定，并结合工程总体进度安排，选定所有通风设备，见表4。

表4 施工通风设备配置表

5 结语

通风方案的优化可有效改善洞内作业环境，降低施工成本，加快施工进度。建议施工中，对洞内风压、风速、漏风率以及摩擦阻力系数等参数进行实测，为以后的施工提供更加准确可靠的科学依据。