地鐵隧道通風(fēng)探討

西安地下鐵道有限責(zé)任公司     李小鵬

一、工程概況

    1、工程概況

    該地鐵區(qū)間全長2216m，區(qū)間線路出機(jī)場站后繼續(xù)以2‰坡度上坡，然后連續(xù)下坡，設(shè)22‰和5‰兩個同向縱坡，再以8.330‰（下行線8.402‰）和22‰坡度連續(xù)上坡，最后以2‰下坡進(jìn)入櫟社新村站站，變坡點處設(shè)豎曲線，豎曲線半徑為3000m和5000m。區(qū)間隧道最小埋深6.2m，最大埋深19.6m。本區(qū)間為本標(biāo)段的重難點工程，同時也是工期控制性工程。

    2、地形、地貌

    該區(qū)間地貌類型屬于沖湖積平原，地形相對平坦，地面標(biāo)高一般為2.2~3.0m。

    3、地層巖性

    本工程主要不良地質(zhì)作用為區(qū)域地面沉降、淺層天然氣、厚層填土以及軟土地基強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生不均勻沉降和變形大等問題。

    從巖土勘察報告中可以看出，本標(biāo)段盾構(gòu)隧道處于⑤1、⑤1a、⑤2層的長度較長，是盾構(gòu)穿越的主要地層；而①3及②、④層主要分布在進(jìn)出洞段。①3及②、④層組合而層的海相沉積的高壓縮性土，天然強(qiáng)度低、沉降變形大，詳勘評價這是一種“極軟”土，這種地層主要分布在進(jìn)出洞段；⑤1、⑤1a、⑤2、⑤3層陸相沉積的中等壓縮性土，物理力學(xué)性質(zhì)較好，詳勘評價這是一種“較硬”土，這種地層主要分布在線路中間，也是本工程區(qū)間穿越的主要地層。

    4、水文地質(zhì)條件

    據(jù)巖土勘察報告，本工程區(qū)間范圍內(nèi)存在松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水兩類。

表1 地下水概況表

    盾構(gòu)掘進(jìn)地層主要位于飽和、透水性差的粘土和淤泥質(zhì)土層中，但在部分地段分布有淺層空隙承壓水。

    5、地震動參數(shù)

    地震動峰值加速度為0.05g，隧道區(qū)域抗震烈度為Ⅵ度區(qū)，抗震設(shè)防分類為乙類，場地類別Ⅴ類。

二、通風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

    區(qū)間隧道在整個施工過程中，作業(yè)環(huán)境應(yīng)符合下列職業(yè)健康及安全標(biāo)準(zhǔn)：

    1、 空氣中氧氣含量，按體積計不得小于20%。

    2、 有害氣體最高容許濃度：

    一氧化碳最高容許濃度為30mg/m3；在特殊情況下，施工人員必須進(jìn)入開挖工作面時，濃度可為100mg/m3，但工作時間不得大于30min；二氧化碳按體積計不得大于0.5%；氮氧化物（換算成NO2）為5mg/m3以下。

    3、 隧道內(nèi)氣溫不得高于28℃。

    4、 隧道內(nèi)噪聲不得大于90dB。

    5、 隧道施工通風(fēng)應(yīng)能提供洞內(nèi)各項作業(yè)所需的最小風(fēng)量，每人應(yīng)供應(yīng)新鮮空氣4m3/min。

三、通風(fēng)設(shè)計的原則

    1、通風(fēng)系統(tǒng)

    盾構(gòu)隧道作業(yè)工作面都必須采用獨立通風(fēng)，隧道需要的風(fēng)量，須按照同時工作的最多人數(shù)以及電焊機(jī)等耗氧設(shè)備耗氧量分別計算，并按允許風(fēng)速進(jìn)行檢驗，采用其中的最大值。盾構(gòu)施工中，對集聚的空間和作業(yè)面附近區(qū)域，可采用空氣引射器氣動風(fēng)機(jī)等設(shè)備，實施局部通風(fēng)的辦法。隧道在施工期間，應(yīng)實施連續(xù)通風(fēng)。因檢修、停電等原因停機(jī)時，必須撤出人員，切斷電源。

    2、通風(fēng)設(shè)備

    （1）壓入式通風(fēng)機(jī)裝設(shè)在洞外中板上，避免污風(fēng)循環(huán)。通風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)兩路電源，并裝設(shè)風(fēng)電閉鎖裝置，當(dāng)一路電源停止供電時，另一路應(yīng)在15min內(nèi)接通，保證風(fēng)機(jī)正常運轉(zhuǎn)。

    （2）盾構(gòu)掘進(jìn)工作面附近的局部通風(fēng)機(jī)，均應(yīng)實行專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路及風(fēng)電閉鎖、瓦電閉鎖供電。

    （3）盾構(gòu)區(qū)間應(yīng)采用抗靜電、阻燃的風(fēng)管。風(fēng)管百米漏風(fēng)率應(yīng)不大于2%。

四、通風(fēng)參數(shù)選擇

    本盾構(gòu)區(qū)間采用壓入式通風(fēng)，在車站中板上安裝主風(fēng)機(jī)將新鮮空氣壓入,新鮮空氣由正洞流入, 將洞內(nèi)正洞的污濁空氣擠出洞內(nèi),形成循環(huán)風(fēng)流。

    1、風(fēng)量風(fēng)壓計算：

    （1） 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計算

     1）按照隧道呼吸電焊計算風(fēng)量

    Q1=（q*N+qd*Nd）γ=(4*36+2*50)*1.2=292.8 m3/min

    q—施工人員呼吸空氣量（一般3—4m3/min,此處取4 m3/min）

    qd—電焊機(jī)所需空氣量，一般50m3/min

    N—隧道內(nèi)最大人數(shù)，取36人

    Nd—隧道內(nèi)最大電焊臺數(shù)，此處按實際情況取2臺

    γ—安全系數(shù),取1.2

    2）按照隧道允許最低風(fēng)速計算風(fēng)量

    Q2=V*S=9*25.51=229.66 m3/min

    V—隧道內(nèi)允許最低風(fēng)速（9m/min）

    S—隧道斷面面積(R=5.7m)

    3）按照隧道內(nèi)消除有害氣體計算風(fēng)量

    Q3=Vw*S=15*25.51=382.65 m3/min

    Vw—隧道內(nèi)消除有害氣體最低風(fēng)速（15m/min）

    S—隧道斷面面積(R=5.7m)

    4）風(fēng)機(jī)實際風(fēng)量計算

    Q=Max（Q1，Q2，Q3）*γ/（1-β）L/100=897m3/min

    β—百米風(fēng)管漏風(fēng)系數(shù)（取0.03）

    L—風(fēng)管最大長度，此處取2200m

    （2）風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計算

    1）風(fēng)管阻力風(fēng)壓損失

    其中： =19.03/

    L—風(fēng)管最大長度，取2200m         d—風(fēng)管直徑

    —空氣密度，取   —風(fēng)管平均風(fēng)速

    —風(fēng)管阻力摩擦系數(shù),取0.0155

    當(dāng)風(fēng)管直徑d取1.2m時，Pd= 6653   Pa

    當(dāng)風(fēng)管直徑d取1.0m時，

    2）隧道阻力風(fēng)壓損失

=2.44

    其中：19.03/=0.586

    L—風(fēng)管最大長度，取2200m         D—隧道直徑

    —空氣密度，取    —隧道平均風(fēng)速

    —隧道內(nèi)壁阻力摩擦系數(shù),取0.0285

    3）風(fēng)機(jī)所需風(fēng)壓P

    當(dāng)風(fēng)管直徑d取1.2m時，Pd= 6655 Pa；

    當(dāng)風(fēng)管直徑d取1.0m時，Pd= 7983 Pa

    綜上所述:本區(qū)間選擇通風(fēng)設(shè)備:

    風(fēng)量897m3/min, Φ取1m直徑風(fēng)帶時風(fēng)壓7983pa，Φ取1.2m時6655 Pa。

    2、 風(fēng)機(jī)選型

    高效風(fēng)量大于897m/min的情況下，根據(jù)現(xiàn)場實際情況選用合適的風(fēng)機(jī)及風(fēng)筒直徑。根據(jù)現(xiàn)場情況我們選擇風(fēng)帶直徑Φ=1m，目前該隧道已順利貫通，通過現(xiàn)場實踐證明，風(fēng)機(jī)選型及風(fēng)帶選配比較合適，通風(fēng)條件良好。

參考文獻(xiàn)：

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會      文徑網(wǎng)絡(luò)：呂琳琳  尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)