TBM法隧洞施工长距离通风计算分析

摘要：TBM法长大隧洞施工，长距离通风，问题突出，意义重大。本文通过计算分析、合理选型、优化匹配，采用一站式压入通风系统，通过严格管理，达到了通风标准，促进了工程进度，保证了良好的作业环境和员工的身心健康。

关键词：TBM;隧洞;长距离;通风

中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：2096-6903（2021）10-0018-03

1工程概况

隧洞长度38 253 m，开挖洞径7.0 m，纵坡i=1/2 583，采用2台TBM施工（TBM1、TBM2），其中：TBM1掘进段17 888 m、辅助洞室730 m、TBM2掘进段19 635 m。隧洞中间设有一条交通运输支洞，支洞长5 152 m。先期采用钻爆法完成辅助洞室施工，TBM1和TBM2设备从支洞运输至辅助洞室，完成组装、调试、步进并分别向上下游同时掘进。

2施工通风条件

TBM法隧洞施工，通风允许最小风速0.5 m/s。

TBM1掘进段最远通风距离23 405 m，其中：支洞5 152 m、辅助洞室365 m、TBM1掘进段17 888 m;TBM2掘进段最远通风距离25 152 m，其中：支洞5 152 m、辅助洞室365 m、TBM2掘进段19 635 m，如图1所示。

3施工通风方案

TBM施工通风采用一站式压入通风系统，在支洞洞口附近布置2套轴流风机，分别为TBM1、TBM2掘进

作者简介：许东（1975—），男，满族，辽宁辽阳人，本科，高级工程师，研究方向：水利工程等。

段供风，选用直径φ2.2 m的软风管，百米漏风率0.3%，摩擦阻力系数0.014。主、支洞断面布置分别见图2、图3。

4通风计算

4.1风量计算

通过对施工人员、燃油机械、作业面需风量计算，取其最大值作为设计风量[1]。

（1）施工人员用风：

施工期内，TBM1、TBM2掘进段最高人数按60人考虑，根据公式Q=v×m×k计算。

式中：

Q—施工人员所需风量;

v—洞内每人所需新鲜空气量，取4 m/min;

m—洞内同时工作的最多人数，按60人计;

k—风量备用系数，取1.10。

Q=v×m×k/60=4.4 m/s

（2）燃油机械所需风量：

根据洞内TBM1、TBM2掘进段同期作业机械的总

功率，按公式Q=Vo×k×k×N计算，式中：

k、k—k为内燃机利用率系数，取0.70，k为内燃机出功率，取0.70;

N—洞内施工内燃机功率之和，kW;考虑洞内最多3台内燃机车（155 kW）同时作业，额定功率合计为465 kW。

每kW需新鲜空气4 m/min，则需供风量为：

Q=4×465×0.7×0.7/60=15.19 m/s。

（3）作业面风量确定：

根据TBM施工要求后配套尾部回风速度不小于0.5 m/s，按允许回风风速计算作业风量：

Q = v×S

式中：Q—TBM施工隧洞所需风量，m/s;

S—隧洞开挖断面面积，取38.4 m;

v—洞内最小风速，取0.5 m/s。

则：Q=38.4×0.5=19.2 m/s。

（4）设计风量确定：

根据以上计算结果，作业面所需风量最大，作为隧洞通风的控制风量。

Q=Max（Q、Q、Q）

Q=19.2 m/s。

（5）风机供风量确定：

根据作业面风量Q=19.2 m/s，计算风机供风量：

Q=Q×（1-P）。

式中：Q—风机供风量，m/s;

Q—作业面供风量，m/s;

L—风管长度，TBM1掘进段23 405 m，TBM2掘进段25 152 m;

P—风管每100 m漏风率，0.3%;

TBM1：Q=19.2/（1-0.3%）=38.8 m/s。

TBM2：Q=19.2/（1-0.3%）=40.9 m/s。

4.2風压计算

通风系统风压，包括：静风压、动风压以及局部风压三部分，即：

h=h+h+h

式中：h—风管通风阻力，Pa;

h—风管沿程阻力，Pa;

h—风管通风动能损失，Pa;

h—风管局部阻力，Pa。

（1）静风压：

h=v×ρ/2×L/D×λ

式中：v—风管内风速，m/s;

ρ—空气密度，根据工程所在地海拔高度，取1.32 kg/m;

L—风管长度，TBM1掘进段23 405 m，TBM2掘进段25 152 m;

D—风管直径，2.2 m;

λ—摩擦阻力系数，取0.014;

每百米长度风速累计计算，则：

TBM1：h=5 919 Pa。

TBM2：h=6 875 Pa。

（2）动风压：

h=1/2（ρ×v）

TBM1：v=38.8/（1.4×1.4×3.14/4）=25.2 m/s;

TBM2：v=40.9/（1.4×1.4×3.14/4）=26.5 m/s。

ρ—空气密度，1.32 kg/m;

风机直径1.4 m。

TBM1：h=418 Pa。

TBM2：h=464 Pa。

（3）局部风压：

局部风压由风管直径、风机本身造成的压力损失，按动风压0.20倍系数进行计算，则：

TBM1：h=0.2×h=84 Pa。

TBM2：h=0.2×h=93 Pa。

（4）系统风压：

TBM1：h=h+h+h=5 919+418+84=6 421 Pa。

TBM2：h=h+h+h=6 875+464+93=7 432 Pa。

5风机选型

按上述计算，TBM1掘进段风机选型参数：风量38.8 m/s、风压6 421 Pa，配置1台3×AVH-R140.132.4.8型轴流风机，功率3×132 kW;TBM2掘进段风机选型参数：风量40.9 m/s、风压7 432 Pa，配置1台3×AVH- R140.160.4.8型轴流风机，功率3×160 kW。

6通风保证措施

（1）风机为整机原装进口，采用400 V/50 Hz高等级变频电机，可在任意速度上调节，平均节能可达50%。

（2）风管直径02.2 m，风管单节长度300 m，拉链连接，拉链接头处三层密封，连接方便、严密、牢固。

（3）风管耐压强度不小于最大通风压力的2倍，风管摩擦阻力系数0.014，每100 m漏风率0.3%。

（4）风管接头、接缝100%热合焊接，保证风管严密、不漏风[2]。

（5）风管破损修复，采用拉链式修补带，简单、高效。

（6）主支洞交叉段设计为高精度的转弯异型风管，强度高，过度圆滑顺畅，减少过风阻力。

（7）为确保压入洞内新鲜空气，防止排出的污濁空气吸进风机，把风机架设在距洞口约50 m处，并设防雨棚。

（8）吊挂风管“平顺、挺直、紧扎、安稳”，以减少风阻和漏风，运行过程中发现破损及时修补，确保通风系统处于良好运行状态。

（9）组建专业通风班组，全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。

7结语

TBM法长大隧洞施工，通风问题显得较为突出，通风方案是否合理、有效，将直接影响工程进度、施工环境、作业安全和员工的身体健康，意义重大。因此，必须合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果。

参考文献

[1]SL378-2007，水工建筑物地下开挖工程施工规范[S].2007.

[2]水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册[S].北京：中国水利水电出版社，1990.

Calculation and Analysis of Long Distance Ventilation in TBM Tunnel Construction

XU Dong

（Sinohydro Bureau 6 Co.，Ltd.，Shenyang Liaoning 110179）

Abstract：TBM method for long and long tunnel construction，long-distance ventilation，prominent problems and great significance. In this paper，through calculation and analysis，reasonable selection and optimal matching，the one-stop forced ventilation system is adopted. Through strict management，the ventilation standard is reached，the project progress is promoted，and the good working environment and the physical and mental health of employees are ensured.

Keywords：TBM;tunnel;long distance;ventilation