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   (1. 遼寧省水利水電工程局，遼寧 撫順 113213;   2. 遼河石油勘探局，遼寧 盤錦 124012)

    大伙房水庫輸水工程TBM3施工段是目前國內(nèi)最長、最大的TBM施工項(xiàng)目，單向掘進(jìn)長度9777m。這對施工通風(fēng)除塵及環(huán)境監(jiān)測提出了新的課題，通過精心設(shè)計(jì)、優(yōu)選設(shè)備及設(shè)施、優(yōu)化匹配、嚴(yán)格管理，保證了TBM及其他機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行，同時(shí)也為作業(yè)人員創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境。

   1  通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

   通風(fēng)系統(tǒng)是隧洞施工的生命線。通風(fēng)方案必須與隧洞施工組織相協(xié)調(diào)，并采取“合理布局，優(yōu)化匹配，防漏降阻，嚴(yán)格管理”的綜合管理措施，為隧洞內(nèi)施工工作人員創(chuàng)造一個(gè)適宜的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)也為維持TBM和其他機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行提供必要的條件。

   1.1 TBM3施工段最大通風(fēng)長度

   TBM3施工段長18594.16m，以16#支洞為界，分成TBM3-1和TBM3-2兩段施工。TBM在主洞出口完成組裝調(diào)試后，掘進(jìn)8913m到達(dá)16#支洞，完成TBM3-1段掘進(jìn)。經(jīng)過檢修并重新安裝連續(xù)皮帶輸送機(jī)、增設(shè)支洞固定皮帶輸送機(jī)后，再掘進(jìn)9777m，完成TBM3-2段掘進(jìn)后進(jìn)入15#支洞擴(kuò)大洞室。然后拆卸解體，從15#支洞運(yùn)出。

    16#支洞為TBM3施工段的中間輔助支洞，長642.4m，作為TBM3-2施工段出渣、通風(fēng)、材料運(yùn)輸?shù)耐ǖ篮途o急出口。斷面型式為圓拱直墻型，斷面尺寸為6.0m×6.6m(寬×高)，洞外用固定皮帶機(jī)轉(zhuǎn)渣，用無軌運(yùn)輸方式運(yùn)料到棄渣場。

    TBM3標(biāo)段主洞施工部分?jǐn)嗝婷娣e約50.24m2。TBM3-1段直接采用連續(xù)皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)出渣，TBM3-2段在主洞內(nèi)用連續(xù)皮帶機(jī)出渣，在16#支洞用固定皮帶機(jī)轉(zhuǎn)渣。在主洞內(nèi)另設(shè)有一套有軌運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)送物資和材料。

   1.2 TBM3施工段通風(fēng)方案設(shè)計(jì)長度

   TBM3施工段通風(fēng)長度為: 

   TBM3-1段施工段: 主洞8913m 

   TBM3-2段施工段: 主洞9777m +16#支洞643m=10420m

    由于TBM3施工段最長的主洞通風(fēng)長度為9777m，支洞通風(fēng)長度為643m，設(shè)計(jì)方案只要能滿足這2種通風(fēng)長度組合的要求，也就能滿足其他各施工階段的通風(fēng)要求。

   1.3 工作面風(fēng)量

   為確保工作面勞動環(huán)境衛(wèi)生指標(biāo)達(dá)到DL/5099-1999的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，美國Robbins公司提出TBM后部風(fēng)量要求為1200～1800m3/min。結(jié)合TBM施工地區(qū)的氣候條件，認(rèn)為TBM后部新鮮空氣供應(yīng)量取為1500m3/min(即25m3/s)、洞內(nèi)風(fēng)速0.5m/s是合適的，可以滿足TBM施工段的通風(fēng)和除塵要求。

   1.4 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

   TBM3-1段掘進(jìn)完成后，主要通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)軟管要拆卸后重新組裝，用于TBM3-2段施工。TBM3-2段掘進(jìn)時(shí)，要在16#支洞增設(shè)固定皮帶機(jī)轉(zhuǎn)渣系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，此時(shí)，TBM3-1段繼續(xù)完成模筑混凝土襯砌和運(yùn)料等工作，主洞內(nèi)通風(fēng)靠空氣對流并輔以適當(dāng)?shù)臋C(jī)械通風(fēng)。

   1.5 通風(fēng)、除塵系統(tǒng)及空氣質(zhì)量要求

   隧洞通風(fēng)除塵系統(tǒng)的任務(wù)是為隧洞內(nèi)人員工作地點(diǎn)供給足夠的新鮮空氣：淡化或排除各種有害氣體或巖塵，使其含量降低到DL/T5099-1999標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍以內(nèi)，創(chuàng)造良好的勞動氣候條件，保證TBM和其他機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行條件。

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    2  施工通風(fēng)方案及系統(tǒng)布置

    根據(jù)TBM3施工段的施工組織計(jì)劃和工期要求，由于其洞徑大、施工長度大，TBM3-1段采用壓入式通風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)安裝在洞外，距洞口30m(待TBM推進(jìn)到洞內(nèi)后再安裝風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒)送風(fēng)到TBM后配套系統(tǒng)，給工作面供風(fēng)，污風(fēng)從主洞斷面直接排出洞外。通風(fēng)系統(tǒng)布置示意圖如圖1所示。

    TBM3-2段掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)機(jī)布置在16#支洞口外部，距洞口20m左右，采用壓入式送風(fēng)方式。新鮮空氣從16#支洞斷面進(jìn)入，通過大直徑通風(fēng)軟管送到TBM后配套系統(tǒng)，再經(jīng)過TBM后配套系統(tǒng)上的輔助風(fēng)機(jī)送到施工作業(yè)面。施工面的污風(fēng)從主洞斷面流出，再經(jīng)過16#支洞排出洞外。通風(fēng)系統(tǒng)布置示意圖如圖2所示。

    TBM后配套系統(tǒng)的通風(fēng)與隧道通風(fēng)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，包括新風(fēng)供應(yīng)系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)。新鮮空氣從后配套系統(tǒng)尾部的軟風(fēng)管儲存箱進(jìn)入，由后配套系統(tǒng)的增壓風(fēng)機(jī)送到TBM前面。一部分空氣補(bǔ)充后配套系統(tǒng)前部集塵器所需的空氣，一部分從后配套系統(tǒng)尾部釋放，從隧洞內(nèi)返回。

    軟風(fēng)管儲存箱可儲存300m軟風(fēng)管。TBM每掘進(jìn)300m，就停機(jī)接長一次風(fēng)筒，風(fēng)筒接頭采用粘接。風(fēng)管儲存箱前面有硬風(fēng)管，硬風(fēng)管在各平臺車的連接處用柔性接頭連接。

    TBM后配套上裝設(shè)有吸塵器和濕式過濾器，用來吸收TBM滾刀破巖時(shí)產(chǎn)生的粉塵和噴射混凝土?xí)r產(chǎn)生的粉塵，吸塵器和過濾器應(yīng)定期清洗，或及時(shí)更換過濾器。另外，在TBM掘進(jìn)過程中，刀盤前部工作面采取噴水降塵的措施。

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    3  通風(fēng)設(shè)備

    為了滿足工期要求和掘進(jìn)速度，選用進(jìn)口大風(fēng)量優(yōu)質(zhì)高效的軸流式隧洞風(fēng)機(jī)，選用進(jìn)口大直徑(φ2.2m)的通風(fēng)軟管，節(jié)距300m，風(fēng)機(jī)功率為110kW。

    4  自然風(fēng)的利用、控制和TBM3已掘進(jìn)段的通風(fēng)

    當(dāng)TBM從主洞出口開始掘進(jìn)，到達(dá)16#支洞后，主洞與16#支洞形成了一個(gè)通道，會形成自然風(fēng)循環(huán)和對流，對TBM施工造成影響，需要采取措施。

    TBM3-1段掘進(jìn)結(jié)束后，仍需要進(jìn)行混凝土模筑襯砌等施工作業(yè)和材料運(yùn)輸，仍有機(jī)械和人員作業(yè)，通風(fēng)以保證洞內(nèi)環(huán)境質(zhì)量是必不可少的。

    由于16#支洞洞口與主洞存在高度差(約60m)，洞外溫度與主洞內(nèi)溫度有一定的溫差，洞內(nèi)洞外的空氣密度和氣壓不同，會產(chǎn)生空氣循環(huán)和對流，形成自然通風(fēng)。尤其冬季洞外環(huán)境溫度為-20℃(極端最低氣溫為-39℃)，洞內(nèi)外溫差大，對流風(fēng)量也大，會降低洞內(nèi)溫度，使混凝土襯砌工作無法進(jìn)行，甚至?xí)茐囊呀?jīng)襯砌好的混凝土，必須設(shè)風(fēng)門調(diào)節(jié)(采用掛棉布簾封堵)。夏季洞外氣溫較高、洞內(nèi)外溫差較小時(shí)，自然風(fēng)量不足，為滿足施工要求，用2臺SDS-630型射流風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)。

    5  洞內(nèi)環(huán)境監(jiān)測

    隧洞內(nèi)的空氣中除含有氮?dú)?、氧氣、二氧化碳等成分外，還包含許多對人體有害的成分，如一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫及粉塵、水蒸汽等，有些地區(qū)還有甲烷。為了保證隧洞內(nèi)施工人員的身體健康和機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，必須保證隧洞內(nèi)的空氣質(zhì)量，有毒、有害氣體濃度不超過標(biāo)書要求和DL/T5099-1999標(biāo)準(zhǔn)及國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)使隧洞內(nèi)的溫度、濕度保持在一個(gè)合理的水平。

    施工過程中，洞內(nèi)氧氣按體積計(jì)算不少于20%，洞內(nèi)平均溫度不超過28℃，洞內(nèi)有害氣體和粉塵含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，即一氧化碳≤30mg/m3，二氧化硫≤15mg/m3，氮氧化物≤5mg/m3，粉塵濃度≤2mg/m3。隧洞內(nèi)最低風(fēng)速不低于0.15m/s。

    要加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測，定期和不定期地監(jiān)測隧洞內(nèi)空氣的各種成分，發(fā)現(xiàn)有害氣體濃度超標(biāo)或通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，及時(shí)改進(jìn)。另外，TBM自身裝有甲烷監(jiān)測報(bào)警器，當(dāng)甲烷濃度超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號。遇到有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)、可能發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止施工，疏散人員，并報(bào)告工程師。用于隧洞內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的各種儀器儀表如表1所示。

6  施工通風(fēng)系統(tǒng)的安裝及運(yùn)行管理

    6.1  系統(tǒng)的安裝

    TBM3-1段掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)機(jī)安裝在主洞出口外部，距主洞洞口30m以上，以避免從洞內(nèi)排出的污風(fēng)循環(huán)進(jìn)入風(fēng)機(jī)。TBM3-2段掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)機(jī)安裝在16#支洞口外部，風(fēng)機(jī)支架應(yīng)穩(wěn)定結(jié)實(shí)，避免運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動搖晃。風(fēng)機(jī)出口設(shè)30～50m鋼風(fēng)管與PVC柔性風(fēng)管過渡，以避免風(fēng)機(jī)啟動時(shí)的沖擊損壞風(fēng)管。
    風(fēng)管的安裝質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的通風(fēng)效果。安裝時(shí)做到風(fēng)管平直順暢、接頭嚴(yán)密、吊掛穩(wěn)固。風(fēng)管安裝在隧洞頂部中央(或稍偏離中央)部位，先每隔5m打一錨桿孔，在安裝拱部錨桿時(shí)，同時(shí)安好風(fēng)管的承重索。安裝時(shí)注意保持錨桿的縱向一致和承重索的高度一致。風(fēng)管安裝時(shí)可利用TBM后配套的作業(yè)平臺車，風(fēng)機(jī)的風(fēng)管出風(fēng)口連接TBM后配套系統(tǒng)，每節(jié)風(fēng)管長300m，接縫應(yīng)牢固平順，接頭完好嚴(yán)密。風(fēng)管吊掛每100m撓度不大于150mm，軸向偏差每100m不大于300mm。

    6.2  通風(fēng)系統(tǒng)的使用維護(hù)

    成立專門的通風(fēng)作業(yè)班組，一方面負(fù)責(zé)不斷向前接長風(fēng)管，另一方面進(jìn)行系統(tǒng)檢查和維修，負(fù)責(zé)風(fēng)管的維修和更換。

    對于嚴(yán)重破損的風(fēng)管要立即更換，輕微破損的風(fēng)管節(jié)要及時(shí)修補(bǔ)，修補(bǔ)時(shí)可采用快干膠水粘接的方法。

    由于柔性風(fēng)管在停風(fēng)時(shí)會在自重作用下自然下垂，再次通風(fēng)時(shí)，當(dāng)管內(nèi)風(fēng)速大于10m/s時(shí)會對管路產(chǎn)生很大的瞬時(shí)張力，所以采用變頻電機(jī)調(diào)速。修補(bǔ)、接長風(fēng)管時(shí)，應(yīng)根據(jù)洞內(nèi)作業(yè)工班的時(shí)間安排，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

7  通風(fēng)除塵系統(tǒng)的綜合安全措施

    工程技術(shù)人員與施工人員共同努力，采取綜合治理措施，加強(qiáng)施工管理，減少風(fēng)管漏風(fēng)，降低風(fēng)管阻力，確保施工生產(chǎn)安全。

   (1) 防止風(fēng)筒破損，接頭泄漏造成漏風(fēng)。

   (2) 避免車輛、機(jī)械碰撞通風(fēng)設(shè)施，以防止漏風(fēng)。

   (3) 對施工所產(chǎn)生的粉塵應(yīng)進(jìn)行綜合治理，除采用常規(guī)的機(jī)械通風(fēng)、濕式除塵、噴水等措施外，還采取局部凈化的方法，用集塵器控制塵源所產(chǎn)生的粉塵擴(kuò)散。

   (4) 加強(qiáng)人體防護(hù)，進(jìn)洞作業(yè)人員必須佩帶防塵口罩等必需的個(gè)人防護(hù)用品。

   (5) 定期進(jìn)行洞內(nèi)環(huán)境和空氣質(zhì)量、有害氣體監(jiān)測，及時(shí)反饋測試結(jié)果，填寫報(bào)表，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)改進(jìn)。

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