引汉济渭秦岭输水隧洞施工通风方案研究
李凌志
（中铁第一新察设计院集团有限公司，陕西西安710064）
[摘要]以实际工程为依托，结合该项目长距离施工通风，介绍了秦岭隧洞辅助坑道的总体布局、长距离施工通风 的特点及面临的困难.通过对前期施工通风研究，结合现有施工通风耗材的性能特点，重点论述了现有施工通风技术存在的问题及解决方法.结合本项目提出了不同的施工通风方案，并对提出的主要方案进行施工通风计算分析，提出了推荐方案并给出了建议.
[关键词]输水隧洞：通风；设计：施工技术
[中图分类号】U459.6 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498（2015）13-0109-04
Study on ConstructionVentilationSchemeofQinling Water-conveyanceTunnel
Li Lingzhi
( *9s * x * pr * dg a uag p Kaug y y y )
characteristics of long distance construction ventilation and facing challenges are presented in detail. Abstract Based on engineering practice this paper introduced the general layout of auxiliary galleries According to the preliminary research results bined with the performance characteristies of supplies the paper focused on the existing problems and measures including the ventilation control standard parameters of bafle duct ventilation calculation of air leakage rate during the process of construetionventilation. Different construction ventilation schemes and corresponding calculations are pared. Theremended scheme and the corresponding measures are proposed.
Key words:water-conveyance tunnel; ventilation;design; construction
TBM或盾构施工的隧道，最关键的问题是独头掘进我国常用的独头据进隧道施工通风主要有压距离长，最大施工通风长度是辽宁大伙房水库输水
0引言
头掘进条件下，一般采用长距离大直径软管压人式对于采用斜井、横洞或竖井等辅助坑道进行隧 人式、抽出式（或压出式）和混合式3种.在单洞独隧洞创造的，达11.23km.通风，随着独头掘进长度的增加，风管直径也越来道施工时，由于有多个工作面，为了保证施工通风越大，现在最大已达到2800mm.对于双洞或带有效果，除了可以采用风管式通风外，目前随着隧道平行导坑的隧道长距离据进，在可以组织平行作业施工通风研究的进一步开展，最新进展是采用隔板的条件下，以双洞联合通风（常称巷道式通风）占多风道式进行施工通风.该通风方式增加了风道的 数，但有时也采用两洞独立形成各自的长管道压人断面积，在施工技术保证的条件下，漏风率也将大式通风，以便于管理.对于钻爆法施工的隧道，长距离软管独头通风的最大长度为秦岭隧道■条件下实现的.双隧道联合通风方式目前已在太行山隧道、四川雅著江锦屏工程等处实施.对于
大降低，为长距离施工通风创造了条件，但隔板风道式通风目前实例还不多，还需要对此关键技术问
市群缺水和生态缺水的跨流域调水工程，地跨长 陕西省引汉济渭工程是一项解决关中地区城江、黄河两大流城.秦岭隧洞为引汉济渭调水项目的控制性关键工程，是首次从底部横穿世界十大山脉之一的秦岭，深埋超长属世界第一，工程难度大、
表1方案1各斜竖井可能的施工通风长度Table 1Ventilation length of inclined vertical
技术复杂，多项参数突破了世界纪录.其施工通风是施工顺利实行的关键因素之一，无现成工程实例可以参考，也无相关标准可遵循.隧洞全长81.779km，洞内纵坡1/2500，最大埋深2025m.隧 润采用钻爆法2台TBM施工，共布置10座辅助坑道，工期6.5年.就施工通风而言，其最大难点有以下3个方面：①地温高：②隧道独头通风距离长；③埋深大，辅助坑道选取困难，辅助坑道除兼顾施工通风外，部分还要承担隧道的施工运输、接应TBM等，控制因素多.
shaft in scheme 1 m斜竖井 方向 斜竖井 长度 通风长度 主洞 施工通风 总长度椒溪河 进口 324 1875（钻爆） 1 875明口 出口 进口 1055 324 4235（钻爆） 3590（钻爆） 4 235 4 6450号 出口 1055 3 800（钻爆） 4855 48320-1号 出口 进口 1562 2 375 3270（钻爆） 2286（钻爆） 4 6612号 出口 出口 2729 2 375 2064（钻爆） 2 844（钻爆） 4 439 55733号 进口 3 885 1796（钻爆） 5 6814号 出口 出口 3885 1600 6940(TBM) 12 495(TBM) 10 825 14 0955号 进口 进口 2 479 220 11 650(TBM) 7 985(TBM) 11 870 10 4646号 出口 2 479 1000（钻爆） 3 4797号 出口 进口 1866 1866 4660（钻爆） 4 603（钻爆） 6 526 6 469出口 出口 6 487
6487（钻爆）
1工程概况
秦岭隧洞的总体施工方案采用TBM钻爆法施工，全隧洞主要分为3大段，即进口钻爆法施工段、岭脊TBM施工段、出口钻爆法施工段，各施工段8座斜井和2座竖井作为辅助通道（后期随着深人 长分别为27.64，35.26，18.88km.前期初步规划了研究，2座竖井改为了无轨运输斜井）.施工方案总体布置如图1所示.
问题：距离长，无工程实例借鉴，实施风险大，需对施工通风的具体参数进行系统研判，确定重要参数的取值问题；无平行旁洞，巷道式通风方案受 限；施工通风方案与隧洞的实施方案关系密切，带来的施工通风方案的重要性及复杂性问题；斜井坡度大，重载车辆的废气排放增加，洞内环境质量差的问题.
因此，秦岭隧洞的施工通风是隧洞的主要难题施工组织安排乃至实施成败都意义重大. 之一，解决好施工通风，对隧洞的工程规模及布局、
Fig.1 The overall layout of construction scheme 图1施工方案总体布置
2基础研究
对于钻爆法施工，最长独头施工长度<7km，对于岭脊TBM施工段，结合地形及施工组织，考虑了3大类输助坑道方案：①方案1设4号井和5号井；②方案2取消4号井，保留5号井：③方案34号和5号井均取消. 2.1施工通风控制标准 结合TBM施工通风要求，确定引汉济渭工程秦岭特长隧洞施工通风控制标准如下. 1)有害气体最高允许浓度值①一氧化碳≤30mg/m.当施工人员进人开挖面检查时，浓度可为100mg/m²，但必须在30min内降至30mg/m².②二氧化碳按体积≤0.5%.③氮氧化物（换算成NO)20km.
二氧化硅的粉尘为2mg/m². 2）粉尘容许浓度空气中含有10%以上游离
3）温度洞内不宜超过28℃.
4）氧气含量按体积计不得低于20%.
从上述方案来看，引汉济渭工程秦岭隧洞施工通风的显著特点为：通风距离长；无平行的旁洞利用；斜井长且坡度大；埋深大、地温高，需专门研究降温.秦岭隧洞施工通风的主要问题是：长距离独 头通风情况下，现有洞内环境控制标准的适用性
5）隧道施工时，供给每人的鲜空气量不应低于3m²/min，采用内燃机械作业时，1kW的供风量宜≥ 3m²/min.
6）隧道开挖时工作面风速应≥0.15m/s，TBM
段应≥0.50m/s
算，确定最终的理论掌子面需风量，TBM有轨运输120mm.采用此方案，需设钢龙骨及拉杆，内填石膏为46m/s，钻爆段无轨运输50m/s
2.2隔板风道式通风方案研究
由于该项目规划的施工通风距离长，一味地加大风管直径，会影响隧润及辅助坑道的土建断面，加大土建投资.若采用小直径风管，将增加风管风速，风机功率增加，施工期电费较高.因此，有必要 对近年兴起的隔板风道式通风进行系统研究.隔板风道式通风的主要优点是可利用现有土建断面，采用建筑材料进行分隔，分隔出较大断面的风道以控制风速，若其他指标参数良好，则不失为一个较好的解决思路.
由于隔板风道式通风是一种新型通风解决方案，尚缺乏基本的通风计算参数，因此有必要对其板风道式通风方案.通风参数进行实测.测试对象的基本情况：采用5mx1.2mx0.3mm（长×宽x厚）的薄铁皮进行通道分隔.两侧边墙处薄铁皮弯折10cm，弯折处发展，有必要对不同材料的性能进行测试，以确定 与找平层密贴，先用横梁固定，横梁之间的薄铁皮用射钉固定在边墙.薄铁皮的长度方向与隧道的纵向一致，以保证纵向搭接处的薄铁皮均用横梁固定牢固，中间的薄铁皮用铆钉固定在横梁上.
如下：①风道平均百米漏风率最小为0.43%，次小合平均百米漏风率为1.03%.值为0.96%，综合平均百米漏风率为1.67%.②所合平均摩阻系数为0.02225.
合式材料（如：酚醛复合风道、聚氨酯复合风道、玻 针对本工程的具体特点，通风隔板若选用复璃纤维复合风道等），则由于材料强度、价格、安装行，经慎重研究论证，对国外风管漏风率采用0.5%.运输等方面存在问题，故不宜采用.非金属材料中强度满足要求的可选材料为：玻璃钢风道，但由在金属材料中，因施工通风为临时工程，对防腐、青函隧洞计算式及秦岭公式等.取掌子面的风量 于暂无应用实例，经多方调研分析，不建议使用.风率计算、日本高木英夫公式、沃洛宁公式、日本耐久性方面要求不高，因此选择普通钢板风道.为50m/s、风管的百米漏风率为0.5%、独头长度若采用竖向分隔则可采用土建风道，对土建风道最长为26km的情况下，用上述公式计算得到的风经综合分析比较，本项目可行的风道材料可定为普通砖砌体、石膏板隔墙、现浇混凝土隔墙等结构.
1）采用普通砖砌体建筑风道（竖向分隔），经初步估算分析，若采用120mm墙，则风道内需较均匀的日本高木英夫公式和沃洛宁计算公式与其他公地布置约60台射流风机，且隔墙需设混凝土立柱、式的差别相对较大.横梁及拉杆.若采用240mm墙，则风道内需较均匀梁及拉杆.
2）采用石膏板隔墙（竖向分隔），石膏板规格为综合对各规范的不同控制工况需风量分析计宽×高=600mm×3000mm，厚度分90mm或板，完成后需批腻子防止漏风.另外，该方案需较 均匀布置约70台射流风机.
3）采用现浇钢筋混凝土隔墙（竖向分隔），墙厚120mm，内配构造筋并设拉杆.
经综合分析比较，竖向建筑风道均存在施工工布设射流风机等缺点.对于钢板风道，虽技术成 序较多、空间尺寸不足、连接处不宜封堵、风道内需熟，但与隧道施工存在干扰，且自重大，容易出现局部变形断裂，同时拆卸任务重，施工工艺及配套机械复杂.对于横向分隔建筑风道，就目前测试数据用详细测算.因存在上述诸多问题，不建议采用隔 而言，建议进一步研究完善材料及工艺，并进行费
2.3漏风率计算
漏风率是施工通风成败的关键，而随着材料的其具体性能参数.另外，有必要对漏风率的计算进行系统分析总结，以确定合适的计算方法.
2.3.1漏风率确定
1）国内风管钻爆段经现场试验测试，风管平经不同工况的现场实测，归纳分析后主要结论均百米漏风率最小为0.01%，次小值为0.57%，综
2）国外风管TBM段辽宁大伙房单口掘进测风道的摩阻系数最大为0.0265，最小为0.02，综9777m，实施后漏风率为0.2%.CMC公司提供风管漏风率为0.56%，中天山实测风管漏风率平均为平均百米漏风率均<0.5%.为确保通风方案的可 1.0%，国外TBM厂商和著名通风设备厂推荐的软管 2.3.2漏风量计算公式的确定 目前计算风管漏风量的公式主要有：百米漏机供风量与风管长度的关系曲线如图2所示. 从图2可以看出： 算公式所得结果较为接近.但对长风管来讲，现行 1）对短风管而言（如L<1000m），现行各家计 2）百米漏风率公式适用的风管长度较短，因为长，到一定的距离后便为负数了，显然与实际不符. 有辅助坑道方案中，两竖井方案仅改善了施工通风条件，降低了施工通风风险，由于输助施工正洞的能力很低，TBM施工风险、工期等风险并未明显改善；2座有轨斜井方案因其具有一定的辅助施TBM施工风险、工期风险有显著降低；2座无轨斜井 工正洞的能力，因此，不但改善了施工通风条件，且方案因其辅助施工正洞的能力最高，因此，TBM施工风险、工期风险较低，且方便后期的维修养护，但工程投资过高. 注：MI为百米漏风率计算公式：M2为高木英夫计算公式；M3为沃洛宁计算公式；M4为日本清函隧道公式；M5为秦岭隧道公式 图2不同漏风率计算公式下的风机需风量Fig.2Air quantity needed for fan by differentcalculation formula of air leakage rate 程投资、工期风险、辅助施工正洞的能力等因素，经 综合考虑TBM的施工风险、施工通风风险、工慎重考虑，TBM岭脊段推荐采用有轨斜井无轨斜井的实施方案，但考虑现场工程进展等诸多因素，最终按2座无轨斜井组织实施.该方案对应的岭脊段施工通风采用直径2.2m的进口软质风管独头通 风，不考虑纵向接力，目前通风长度已达10.49km，通风效果良好. 3）日本高木英夫计算公式与其他计算公式相较大，故对L 1000m），其风量徒然增加与实际不符.
4结语
1)通风工程的经验及以往实测数据往往认为，隔板风道式通风改善了通风断面，专门施作的风道 应该具有较好的通风参数及良好的效果，但由于该模式需专门研究施作工艺，对隧道施工存在干扰、在隧道工程的特殊施工环境下需有一定的维护模式、且长距离维护困难，建议慎重使用.
5）秦岭隧道公式在公式结构形式上虽与高木英夫公式相似，均以指数函数形式表达.但秦岭隧道公式依据工程实践情况进行模拟试验与分析试验，考虑了相关影响因素，如风流运动要素、风管几 何参数、风管安装状态等因素，故其计算对于特长隧道具有一定的工程实际意义.
施工的风管应具有相同的技术参数，但由于钻爆段 2）单从通风角度分析，钻爆段施工段与TBM段与TBM段的施工环境差异，易造成钻爆段风管破损严重，因此，实际设计中钻爆段漏风率取值应较TBM段要高.
6）日本青函隧道计算公式简单，使用较为方便.在风管的漏风率较小时，其与秦岭隧道公式的计算结果较为接近.
因此，对于长距离隧道施工通风，采用秦岭隧道公式或日本青函隧道计算公式.
公式的选择外，计算参数也应与公式对应起来重点 3）漏风率的计算是施工通风的关键，除对计算分析.
3施工通风方案
对于TBM施工段，针对有无竖井、斜井等共拟定了纵向接力（有风仓、无风仓、接力一次、接力两次）通风方案：钢风管柔性风管；玻璃钢风管柔 性风管；风道柔性风管；风道柔性风管接力；混合式通风；两竖井独头通风及两斜井独头通风等共计13种方案.
4）施工通风问题仅是隧道辅助坑道方案布置的控制因素之一，工程规模控制时，应同时考虑施工、投资、工期等风险源.
参考文献：
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经过土建、施工期电费、设备费、风管折旧等详施费用差别不大.与有辅助坑道方案相比，其工程 细的计算分析可以看出，不设辅助坑道各方案的实的实施费用总体较低.虽然理论上可解决施工通风难题，却带来了施工通风风险、TBM施工风险及工期等风险较大的问题.混合式通风方案虽具有风机功率最小、实施费用最低的优势，但该方案风 流组织复杂，受控因素多，通风效果保证率低.
