地鐵隧道通風探討

西安地下鐵道有限責任公司     李小鵬

一、工程概況

    1、工程概況

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

    2、地形、地貌

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

    3、地層巖性

    本工程主要不良地質作用為區域地面沉降、淺層天然氣、厚層填土以及軟土地基強度低、穩定性差，易產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，本標段盾構隧道處于⑤1、⑤1a、⑤2層的長度較長，是盾構穿越的主要地層；而①3及②、④層主要分布在進出洞段。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出洞段；⑤1、⑤1a、⑤2、⑤3層陸相沉積的中等壓縮性土，物理力學性質較好，詳勘評價這是一種“較硬”土，這種地層主要分布在線路中間，也是本工程區間穿越的主要地層。

    4、水文地質條件

    據巖土勘察報告，本工程區間范圍內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

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

    5、地震動參數

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

二、通風設計標準

    區間隧道在整個施工過程中，作業環境應符合下列職業健康及安全標準：

    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、 隧道內氣溫不得高于28℃。

    4、 隧道內噪聲不得大于90dB。

    5、 隧道施工通風應能提供洞內各項作業所需的最小風量，每人應供應新鮮空氣4m3/min。

三、通風設計的原則

    1、通風系統

    盾構隧道作業工作面都必須采用獨立通風，隧道需要的風量，須按照同時工作的最多人數以及電焊機等耗氧設備耗氧量分別計算，并按允許風速進行檢驗，采用其中的最大值。盾構施工中，對集聚的空間和作業面附近區域，可采用空氣引射器氣動風機等設備，實施局部通風的辦法。隧道在施工期間，應實施連續通風。因檢修、停電等原因停機時，必須撤出人員，切斷電源。

    2、通風設備

    （1）壓入式通風機裝設在洞外中板上，避免污風循環。通風機應設兩路電源，并裝設風電閉鎖裝置，當一路電源停止供電時，另一路應在15min內接通，保證風機正常運轉。

    （2）盾構掘進工作面附近的局部通風機，均應實行專用變壓器、專用開關、專用線路及風電閉鎖、瓦電閉鎖供電。

    （3）盾構區間應采用抗靜電、阻燃的風管。風管百米漏風率應不大于2%。

四、通風參數選擇

    本盾構區間采用壓入式通風，在車站中板上安裝主風機將新鮮空氣壓入,新鮮空氣由正洞流入, 將洞內正洞的污濁空氣擠出洞內,形成循環風流。

    1、風量風壓計算：

    （1） 風機風量的計算

     1）按照隧道呼吸電焊計算風量

    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—電焊機所需空氣量，一般50m3/min

    N—隧道內最大人數，取36人

    Nd—隧道內最大電焊臺數，此處按實際情況取2臺

    γ—安全系數,取1.2

    2）按照隧道允許最低風速計算風量

    Q2=V*S=9*25.51=229.66 m3/min

    V—隧道內允許最低風速（9m/min）

    S—隧道斷面面積(R=5.7m)

    3）按照隧道內消除有害氣體計算風量

    Q3=Vw*S=15*25.51=382.65 m3/min

    Vw—隧道內消除有害氣體最低風速（15m/min）

    S—隧道斷面面積(R=5.7m)

    4）風機實際風量計算

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

    β—百米風管漏風系數（取0.03）

    L—風管最大長度，此處取2200m

    （2）風機風壓的計算

    1）風管阻力風壓損失

    其中： =19.03/

    L—風管最大長度，取2200m         d—風管直徑

    —空氣密度，取   —風管平均風速

    —風管阻力摩擦系數,取0.0155

    當風管直徑d取1.2m時，Pd= 6653   Pa

    當風管直徑d取1.0m時，

    2）隧道阻力風壓損失

=2.44

    其中：19.03/=0.586

    L—風管最大長度，取2200m         D—隧道直徑

    —空氣密度，取    —隧道平均風速

    —隧道內壁阻力摩擦系數,取0.0285

    3）風機所需風壓P

    當風管直徑d取1.2m時，Pd= 6655 Pa；

    當風管直徑d取1.0m時，Pd= 7983 Pa

    綜上所述:本區間選擇通風設備:

    風量897m3/min, Φ取1m直徑風帶時風壓7983pa，Φ取1.2m時6655 Pa。

    2、 風機選型

    高效風量大于897m/min的情況下，根據現場實際情況選用合適的風機及風筒直徑。根據現場情況我們選擇風帶直徑Φ=1m，目前該隧道已順利貫通，通過現場實踐證明，風機選型及風帶選配比較合適，通風條件良好。

參考文獻：

    ［1］ 郄雪紅 劉傳聚 洪麗娟 劉東. 《地鐵區間隧道事故通風數值模擬研究》.《都市快軌交通》.

    ［2］  姚偉峰. 《地鐵隧道掘進時的通風設計與實踐》.《建筑施工》. 2004.3;

    ［3］  吳中立．《礦井通風與安全》.中國礦業大學出版社;

    ［4］  傅貴，秦躍平，楊偉民等.《礦井通風系統分析與優化》.機械工業出版社;

    ［5］  高廣軍，賈世勝，朱學軍等．《通風系統調整中常見問題及對策》.《山西煤炭》；

    ［6］  石秋潔.《變頻器應用基礎》.機械工業出版社;

    ［7］  陳仕瑋．《礦井主要用通風機在線監測監控現狀及展望》.《煤礦安全》

(本文來源：陜西省土木建筑學會      文徑網絡：呂琳琳  尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)