中国水利水电第五工程局有限公司、中电建成都建设投资有限公司
摘要：低瓦斯隧道盾构掘进施工中，保证隧道内足够的通风，及时将有瓦斯气体吹散，使盾构机内气体通畅，是保证盾构机正常掘进施工的第一保障，不断完善改进通风方式，达到隧道内气体流通百分百，无死角，保证安全。
关键字：通风、管理
1前言
随着城市化进程的加速，发展城市轨道交通已成为城市可持续发展的必然趋势。十三五规划纲要指出，要拓展基础设施建设空间，实施重大公共设施和基础设施工程。到2020年我国将有近50个城市发展轨道交通，超过7000公里，覆盖中国主要大城市。
对于城市地铁建设，在越来越多的地铁线路增长中，地铁隧道中穿越的地层、地质、埋深等，都在不断复杂化，盾构施工中低瓦斯隧道也在逐步增加，确保隧道内通风畅通，盾构机内瓦斯气体不集聚，避免瓦斯爆炸，发生安全事故，是地铁施工中的重中之重。
由我公司承建的盾构区间低瓦斯隧道，隧道长、断面大，施工过程中可能出现瓦斯溢出，施工风险高，施工通风难度大，总结低瓦斯隧道施工通风施工经验，隧道内采用“主通风+局部通风”的方式，确保盾构施工安全，隧道内、盾构机内各个地方通风畅通，气体无集聚，确保通风正常，保障盾构施工中快速、优质高效，施工环境良好，保证施工安全及进度要求。
2工程概况
成都轨道交通18号线工程土建4标【兴隆站～天府新站】盾构区间位于龙泉山脉以西，合江镇镇区东北面，太和路西侧，设置中间风井一座，兴隆站～中间风井盾构区间左线长2288.84m，右线长2209.76m；中间风井～天府新站盾构区间左线长2283.38m，右线长2222.27m，线路出兴隆站后，由西向偏东方向沿规划路敷设，沿线依次下穿红星路南延线、35KV兴平路高压铁塔基础、鹿溪河桥、威青线燃气管线、成自泸高速等建（构）筑物，区间两侧主要为现状农田、林地，山头较多，地形起伏大，最大高差40m。区间位于苏码头油气田与三大湾油气田交接部位，影响程度为天然气危害低区，为低瓦斯盾构隧道区间。
隧道距离长，有瓦斯溢出的风险，通风是保障盾构安全施工的关键。
土建4标位置图
3通风方案
3.1通风方式
隧道的通风方式采取主通风与局部通风相结合的方式，在隧道洞口采用轴流风机压入新鲜风，在盾构机台车上部安装防爆射流风机，增加局部风速，防止瓦斯积聚。
盾构采用一次通风，通风到螺机出土口，盾构设备结构占隧道有效截面的30%，为满足隧道内回流风速≮0.5m/s，增加局部风机，局部风机的通风量宜不超过隧道压入风量的0.3倍，有效输送距离宜完成盾构设备的通风接力即可。隧道送风风管采用拉链式聚乙烯通风管，风管直径φ1800mm，风管为抗静电、防阻燃风管。
设备区域为防止瓦斯气体在局部区域汇集，需在容易形成瓦斯汇集的区域增加防爆风机，增加局部风速，防止瓦斯积聚，局部通风设计如下：
盾体内，在上平台左右两侧各增加一台2.2kW的风机（4#、5#），风量3.2m³/s；对准盾体上部容易汇集瓦斯的区域吹风，加速盾体内空气对流。
在连接桥上部增加一台15kW的射流风机（1#），风机出口速度为39m/s，有效距离约为91.26m。风机向盾构拖车尾部方向吹风，防止瓦斯气体在隧道顶部形成瓦斯带。
在3#和5#拖车顶部各增加一台15kW的射流风机（2#、3#），风机出口速度为39m/s，有效距离约为91.26m。风机向盾构拖车尾部方向吹风，防止瓦斯气体在隧道顶部形成瓦斯带。
3.2通风风量、风阻计算
一、通风风量计算
风量和风阻计算需要一定的边界条件和相关参数，根据设计依据所提供的相关资料，对计算参数进行了整理，具体数据见表3-1。
表3-1施工通风计算参数表
对本项目计算参照国内《隧道施工技术规范》的有关规定及相关国内卫生标准进行，同时参考BritishStandard(BS)、瑞典通风标准SIA196标准执行。其中对隧道施工时对每人的新鲜空气供给标准4m³/min/人；对隧道内的电焊机所需的新鲜空气量为50m³/min；掌子面处降温排尘最低风速范围为0.3～1.0m/s；瓦斯绝对涌出量在隧道的浓度按空气含量0.5%计算。
隧道通风量，按照隧道内柴油机最大功率、同时工作的最多人数、隧道瓦斯绝对涌出量、允许最小风速等条件逐个进行检验，采用其中的最大值，该计算按照区间最长量2350m为例，进行计算。
（1）按隧道内允许最低回流风速计算风量
计算公式：Q1=VS
式中：V—取15m/min，即0.25m/s；
S—44.2m2，（管片拼装后直径为7.5m）；
Q1=663m3/min;
（2）按隧道内呼吸及电焊计算风量：
计算公式：Q2=(qN+qdNd)γ
式中：q--洞内每人所需的新鲜空气量，取4m³/min;
N--为隧道内同时工作的最多人数，取40人。
qd--洞内每台电焊机所需的新鲜空气量，取50m³/min;
Nd--需氧设备（隧道内同时施工的电焊机数，取2台；）
γ--安全系数,取1.2
Q2=（4×40+50×2）×1.2=312m3/min
（3）按消除顶层瓦斯积聚计算风量
计算公式：Q3=Vw×S
Vw一隧道内消除顶层瓦斯所需最小风速，根据《铁路瓦斯隧道技术规范》取60m/min（1m/s）;
S一隧道内截面面积,44.2㎡；
Q3=60×(3.14×7.5²/4)=2649.38(m³/min)
（4）按隧道瓦斯浓度不超计算风量
计算公式：Q4=Gw/C
Gw--隧道内低瓦斯最高涌出速度，取0.5m³/min;
C—稀释后瓦斯最高浓度取0.5%
Q4=0.5/0.005=100(m³/min)
综上所述，通风出口最小风量取上面的最大值，则一次通风的出口风量最低值为Q1=2649.38m3/min=44.12m³/s。
二、一次通风风量、风压计算
（1）一次通风风量计算
通风所需风量取上述计算风量的最大值，风机实际风量在通风所需风量的基础上还有考虑风管漏风。按照风管的平均漏风率取值0.5%，则一次风机处的风量：
Q1进=max（Q1，Q2，Q3，Q4，）/[（1-β）^(L/100)]γ
式中：Qmax设备处需要的最大风量2649.38m3/min
β—隧道风管百米漏风率,取0.5%（由风管质量决定）；
L—隧道长度，取2350m；
γ--安全系数1.1
Q1进=2649.38/【（1-0.005）^2350/100】×1.1=2709.62m3/min=45.16m³/s.
（2）风压计算：
①风管助力风压损失
计算公式：Pd=λ.L/d.ρ.Vp²/2
L--风管最大长度。根据工程概况取2350m;
d--风管直径，1.8m;
ρ--空气密度，取1.293kg/m³；
Vp--风管平均风速，m/s;
λ风管阻力摩擦系数。取0.0125
风管平均风速-计算公式：Vp=Q/(60*л.d²/4)=17.75m/s
Pd=0.0125*2350/1.8*1.293*17.752/2=3324.07Pa
②隧道阻力风压损失
计算公式PD=λ.L/d.ρ.V²t/2
L—风管最大长度。根据工程概况取2350m;
D—隧道内径，7.5m;
ρ—空气密度，取1.293kg/m³；
Vr—隧道平均风速，m/s;
λ—风管阻力摩擦系数。取0.0125
隧道平均风速-计算公式：Vr=Q/60*л.d²/4=1m/s
PD=0.0125*2350/7.5*1.293*12/2=2.53Pa
③风管局部阻力风压损失
计算公式：P局=Σζ*ρ*Vp2/2
d1--风机出口直径，取1.6m;
d--风管直径，1.8m;
D--隧道直径.7.5m
ζ1--风管变径阻力系数，出口变大（风机末端），取0.09
ζ2--风管变径阻力系数，90°标准弯头阻力系数，取0.75；
ζ3--风管变径阻力系数，出口变大（风带末端），取0.09
P局=（0.09+0.75+0.09）*1.293*17.752/2=189.43Pa
④风机所需风压
计算公式P=(Pd+PD+P局)γ
Pd--风管阻力风压损失
PD--隧道阻力风压损失
P局--风管局部阻力风压损失
γ--安全系数1.1
P=（3324.03+2.53+189.43）=3515.99Pa
（3）风机选择：
综上所述，当一次通风取软风管直径1.8m时，风量最大约为44.12m³/s，风压最大约为3515.99Pa。由表3-2轴流风机具体参数，在隧道最大长度2350m时，选择轴流风机SDF（B）-№13满足通风要求。
表3-2
4结论
通过对低瓦斯隧道内，盾构施工通风技术的总结研究，将隧道内的通风，盾构机内各关键部位的局部通风一系列归纳，为盾构安全施工提供了有力的保障，对低瓦斯隧道的施工具有很大的意义，同时有效的保证了工程施工安全，为后续类似工程积累了丰富的施工经验，总结归纳出一整套资料，为类似工程提供了借鉴依据。
作者简介：
杨锋：(1989.12.13)，男，四川西昌人，助理工程师，从事市政工程技术管理工作。