特长隧洞TBM施工通风系统设计

1、特长隧洞TBM施工通风系统设计隧道网 (2007-3-10)来源：现代隧道技术摘要：以辽宁大伙房水库输水隧洞工程为背景，详细设计了TBM2标段独头掘进9 km的施工通风系统，选取了漏风系数、摩阻系数等特征参数，计算了风量、风压和通风功率，并对通风设备及其布置进行了优化匹配。在世界上首次采用了每段长度为300 m的4,22 m通风软管，取得了很好的通风效果。关键词：长大隧洞通风系统设计中图分类号：U4535 文献标识码：A1 概述辽宁省大伙房水库输水隧洞全长853 km，直径8 m，采用先进的全断面掘进机(TBM)施工，是我国隧洞(隧道)与地下工程建设史上具有里程碑意义的宏大工程，其工程规模和技

2、术难度国内外罕见。TBM2标段由中铁隧道集团公司施工，需连续掘进224 km。TBM施工段独头通风距离超过9km，在国内隧洞施工史上(无论是DB法还是TBM施工法)是前所未有的，在国外也十分罕见。在通风方案中，首次采用了每段长度为300 In的22m通风软管，取得了很好的通风效果。2TBM2施工段通风要求21 隧洞施工工况TBM2施工段总长22 46425 m(桩号：44+2621766+72642)，其中用TBM掘进施工的长度为20 40425m(中间有2 000 m断层带用钻爆法预先完成施工)，分成TBM2一l、TBM22和TBM23三个段施工。TBM2从15支洞进入，在扩大洞室完成组装调

3、试后，掘进5 955m，快速通过2 000 m地段，到l4#支洞，完成TBM21段掘进；经过检修并重新安装连续皮带输送机和固定皮带输送机后,再掘进7 855 m，到达13#支洞，完成TBM22段掘进；经过再次检修并重新安装连续皮带输送机和固定皮带输送机后，最后掘进6 595 m，完成TBM23段掘进，进入l24支洞扩大洞窒，拆卸解体后从12#支洞运出。平面布置如图1所示。图1TBM2施工段平面布置15支洞长l 7861 m，坡度736，断面尺寸66 m 60 m(宽x高)，与其相连的是安装TBM2主机及后配套系统的主洞扩大洞室(长约200 m)。14支洞为TBM22施工段的中间辅助支洞，长77

4、02 m，坡度1957。l3支洞长l 3904 m，坡度为165，为TBM23段施工期间的出碴、通风、材料运输通道和紧急出口处，是临时施工支洞，断面尺寸为50 m 50 m(宽高)。TBM2标段主洞TBM施工部分为圆形断面，断面面积约5024 m2，采用连续皮带机出碴系统，支洞用固定皮带机转碴，在主洞内另有一套有轨运输系统运送物质和材料。22 TBM2施工段通风方案设计长度按TBM2施工组合，其通风长度为：TBM21施工段，主洞5 955 m+15支洞l 786 m=7 741 m；TBM22施工段，主洞6 595 m+14支洞770 m=7 365 m；TBM23施工段，主洞7 855 m+

5、13支洞1 390 m=9 245 m。所以，TBM2施工段最长的主洞通风长度为7 855 m，支洞通风长度为l 786 m，设计方案只要能满足这两种通风长度组合的要求，也就能满足其他各施工阶段的通风要求。23工作面风量为确保工作面劳卫环境指标达到DLT50991999所规定的标准，参照TBM厂商提供的对TBM后部风量要求，风量应在1 200l 800 m3min之间。结合TBM施工地区的气候条件，认为取TBM后部新鲜空气供应量为l 500 m3min(即25 m3s)、洞内最小风速05 ms是合适的，可以满足TBM施工段的通风除尘要求1，3。24 通风管道平均百米漏风率和摩擦阻力系数考虑到国

6、内通风设施的设计、制造和工艺水平，通风机和大直径通风软管都难以满足工程施工的要求，因此采用进口德国先进的通风机和通风软管。取通风管道平均百米漏风率P100=055(国外TBM厂商和著名通风设备厂商推荐的通风软管平均百米漏风率P100均小于05)，以确保TBM施工通风系统的可靠性。通风软管每节长300 m，管道摩擦阻力系数取为A=00154。25通风与出碴本通风系统按连续皮带机出碴、同定皮带机转碴方式设计，TBM2一l段掘进完成后，主要通风机和通风软管要拆卸后重新组装，用于TBM22段施工(TBM22段掘进完成后，主要通风机和通风软管要拆卸后重新组装，用于TBM23段施工)。此时TBM2一l段(

7、TBM22段)要继续完成模筑混凝土衬砌和运料等工作，其主洞内通风靠空气对流并辅以适当的机械通风。3施工通风方案及系统布置31通风方案根据TBM2施工段的施工组织计划和工期要求，由于其洞径大、施工长度大，而且经过主、支洞交叉口，决定采用组合式通风方案，即在主、支洞交叉处布置两台风机F1和F2，风机F1采用压人式送风方式，风机F2采用吸出式。新鲜空气从支洞(TBM21段为l5支洞，TBM22段为l4支洞，TBM23段为l3支洞)断面进入风机F1入口，通过大直径通风软管送到TBM后配套系统，再经过TBM后配套系统上的辅助风机送到施工作业面。施工面的污风从主洞断面流出进入风机F2入口，再经过支洞(TB

8、M21段为l5支洞，TBM22段为l4支洞，TBM23段为l3支洞)内的大直径通风软管，排出洞外。通常排出风机F2的风量是送入风机F1风量的1112倍，风机不需要随施工作业面的前移而移动，安装方便，可有效保证施工作业面和支洞内的空气质量5。通风系统布置示意如图2所示。图2TBM2主洞施工通风系统布置示意TBM后配套系统的通风与隧道通风是一个统一的整体，包括新风供应系统和除尘系统。新鲜空气从后配套系统尾部的软风管储存箱进人，由后配套系统的增压风机送到TBM前面，一部分空气补充后配套系统前部集尘器所需的空气，一部分从后配套系统尾部释放，从隧洞内返回。污风最后进人风机F2，从布置在支洞内的软风管内排

9、出洞外。软风管储存箱可储存300 m软风管。风管储存箱前面有硬风管，硬风管在各平台车的连接处用柔性接头连接。TBM前部装设有吸尘器和干式过滤器，用来吸收TBM滚刀破岩时产生的粉尘和喷射混凝土时产生的粉尘。32漏风系数漏风量的大小是决定本工程通风系统成败的最关键因素之一。隧洞通风系统设计要考虑的因素很多，综合考虑国内外通风系统的设计、管理水平，选择进|J优质风管和风机，取通风管道的百米漏风率P100055漏风系数为：33风机风量计算确定了工作面所需风量和漏风系数后，就可以计算出风机的风量。按混合式通风系统的设计原则，风机F2的设计风量应为风机F1所需风量的ll0l20，则风机F2的设计风量应为：

10、QjF2=3 600 in3min。34通风系统风压计算整个通风系统要克服通风阻力(包括沿程摩擦阻力和局部阻力)并保证风管末端的风流量具有一定的动压，由通风机产生的风压来克服这些阻力，以维持风流的连续流动。(1)风管的摩擦风阻表1 通风系统参数计算结果统计4通风设备选型为了满足工期要求和掘进速度，我们选用进口大风量优质高效的轴流式隧洞风机，选用进口大直径(22 m)的通风软管，节距300 m。根据比选结果，选用德国Korfmann公司生产的AL系列隧洞轴流风机，如表2所示。表2通风设备选型及经济分析5 施工通风系统的安装与使用维护风机F。由2台相同型号的风机串联组成，根据掘进长度分阶段串人系统

11、，安装在主、支洞交汇处，适当偏离支洞的位置；风机F2安装在主洞内距支洞约500 m的位置，并在风机F1与F2之间安设风障，以免污染风进入循环。风机支架应稳定结实，避免运转时振动摇晃。风机出口设3050 m钢风管与PVC柔性风管过渡，以避免风机启动时的冲击损坏风管。风机F1的风管出风口连接TBM后配套系统；风机F2的风管出风口直接通到支洞洞口外，应远离洞口，以免污风循环。每节风管长300 m。风管吊挂每l00 m挠度不大于150 mm，轴向偏差每100 m不大于300 mm。由于柔性风管停风时在自重作用下自然下垂，再次通风时由于管内风速大于10 ms，会对管路产生很大的瞬时张力，所以应分步启动电机，先启动靠近风管端的电机，再启动第二个电机，间隔时间3 min以上。修补、接长风管时，应根据洞内作业工班的时间安排，关闭风机。该工程从开始施工到现在已有一年多时间，TBM顺利掘进4 km，通风系统运转正常，并创造了月掘进超过l 000 m的大断面隧洞施工记录。参考文献1赖涤全编著隧道施