盾构施工通风的初步探讨

陈春林 房延利

随着城市化的快速发展，城市的规模和人口日益增长，为解决市内交通问题，地铁是重要手段。盾构技术是建设地铁隧道的重要方法，且应用日益广泛。在盾构施工中，通风的作用一方面是向工作面输送足够的新鲜空气、滤除盾构机排入空气中的粉尘，保证作业人员的健康、安全，作业区域的气体要求见表1;同时由于盾构机运行过程会产生大量热量，必须通过通风达到散热的目的。

表1 隧道作业区域符合的卫生标准

广州地铁三号线某工程单线隧道长度为3 500 m，盾构隧道外径6 m，内径5.4 m，采用的德国海瑞克公司生产的复合式土压平衡盾构机施工，盾构机的开挖直径是6.28 m。采用直径1 m的软风管压入式通风，配置的风机功率为 110 kW，风压4 800 Pa，流量60 000 m3/h。在工程进展到2 000 m时，因进入风量不足，造成作业面温度高、工人无法作业等问题。为此，对该工程的通风设计重新核算。

1 风量核算

1.1 需要的进风量

1)按洞内同时工作的最多人数计算风量:

其中，Q为计算风量;q为洞内每人每分钟所需的新鲜空气量，m3;铁道部《隧规》规定按每人每分钟3 m3计算，煤炭部行业标准MT/T634-1996煤矿矿井风量计算方法中规定每人每分钟供给风量不得小于4 m3;m为洞内同时工作的最多人数;K为风量备用系数，取1.10～1.15，q取 4 m3/min，洞内同时工作的最多人数为25人，风量备用系数取1.15，则计算风量为:

2)按照满足洞内允许最小风速要求计算风量:

其中，s为隧道的面积;v为允许最小风速，导坑应不小于0.25 m/s，全断面开挖时应不小于0.15 m/s，但均应不大于6 m/s，取0.20 m/s。

1.2 风机的供风能力

所需风量取两种计算方式中的较大值，即274.69 m3/min。同时考虑隧道通风使用的是软风管，根据产品标准，柔性风管采用平均百米漏风率取参考表中的最大值1.5%，现在风管长度约为2 000 m，漏风率为30%，根据隧道通风规范，通风机需考虑50%的余量。Q机=60Q×(1+50%)/(1-30%)=60×274.69×1.5/0.7=35 317 m3/h。当风管长度达到3 500 m时，漏风率为52.5%，此时通风机提供的风量最小为:

2 风压核算

通风机的风压用来克服沿途所有的阻力，主要包括沿途摩擦阻力和局部阻力。由于隧道中风管无较大角度的转弯，也没有直径的变化，因此局部阻力很小，主要是要考虑沿途摩擦阻力。分别采用四种方式计算摩擦阻力，具体计算见表2。

表2 风管沿途摩擦阻力计算表 Pa

综上，不同方法的计算结果差别很大。选取最大的计算结果，2 000 m长风管的沿途摩擦阻力为4 350 Pa，到 3 500 m时风管的沿途摩擦阻力达到7 612.5 Pa，而目前项目部配置的风机的全压是 4 800 Pa。因此，风机配置的最大送风量为60 000 m3/h，理论上满足隧道通风所需风量的要求。虽然风压可以满足目前2 000 m掘进长度通风的要求，但无法满足掘进后期3 500 m隧道长度的通风风压要求。

3 通风解决方案

计算表明，现有通风机的风量和风压均可满足2 000 m隧道长度通风要求，但实际反映通风不够。通过检查，发现是在风管上人为开洞，另外有已破损的风管，产生了不必要的风量和风压损失。同时，为解决隧道通风不足的问题，将通风机迁移到1 500 m处的中间风井处，明显减小了通风距离，改善了人员作业环境。

4 关于使用混合式通风的一些讨论

对于较长隧道的通风，可以采用“长压短抽式”混合式通风方式(见图1)，即主要采用压入式通风，将新风压送至掘进面，同时尽量将掘进面区域的污浊气体使用抽出式风机抽走。

盾构机掘进因无爆炸烟尘，有毒气体量较小，因此进风管相对靠后，希望新风将拖车上各种机电设备的热量从后向前吹，然后再从管片安装区域处抽走。这种通风设计，一方面，考虑了设备通风降温，另一方面，因将热风吹聚在管片安装区域，而这个区域恰恰是施工人员最集中的地方，自然造成施工环境恶化。

今后，可以对盾构机通风设计做相应改进，在盾构机的台车上布两条通风管，一条进风，一条出风，进风管尽量靠近管片安装区域。这种改进通风方式，不仅可将盾体处的高温空气或由碴土带出的有毒气体迅速抽出，且能更好地改善施工人员的工作环境。

[1] 铁道部第二工程局.铁路工程技术手册——隧道[M].北京:中国铁道出版社，1995.

[2] 成大先.机械设计手册[M].第3版.北京:化学工业出版社，2004.

[3] 张 鹏，刘 跃，孙德静.浅谈地铁车站通风空调系统设计的几个方面[J].山西建筑，2009，35(19):188-190.