城市地铁暗挖隧道通风降温工艺研究

城市地铁暗挖隧道通风降温工艺研究

石海良 李晓峰

南宁市轨道交通集团有限责任公司建设分公司 广西南宁市 530029

0. 引言

随着轨道交通规模日益壮大，各大城市地铁车站建设数量快速增长。地铁车站建设受周边复杂环境，很多车站无法采取便捷的明挖基坑法施工，不得不采用相对难度较大的洞桩法、暗挖法施工，进而需要在营造良好的施工环境上投入较大的时间和成本。南宁轨道交通3号线青秀山站作为南宁第一座明暗挖结合车站，在暗挖施工过程中，针对南方城市相对炎热、隧道通风降温困难等问题进行了一定研究，总结了一套行之有效的通风降温方法。

1. 工程简介

南宁轨道交通3号线青秀山站受南宁青秀山地势及下穿邕江水系影响，设计为地下四层明暗挖结合分离岛式站台车站，是目前国内采用明暗挖结合施工的车站中施工组织及技术难度最大的车站之一。车站总长184.7m，南侧地下四层站厅基坑采用明挖法，站台层采用暗挖法，车站北端设置60m深活塞风亭用于站台隧道暗挖作业施工和相邻站点四台盾构机到达后吊出的任务。

为满足青秀山站工程筹划，在南侧明挖站厅外东侧外挂一个竖井，单独提供一个暗挖工作井，待车站站台暗挖隧道施工完成后，对该竖井通道进行严格回填。在竖井内部设置横通道与正线隧道相接。车站北段设置一个风亭组竖井基坑，见底后作为站台层隧道北端左右线扩大端隧道的施工通道。

暗挖隧道施工范围为：连接新增竖井与正线隧道的横通道、站台层隧道、横通道、连接站厅基坑与站台层隧道的竖向通道及扶梯斜通道。

2. 工程难点

青秀山站暗挖部分由2纵2斜4竖5横共计13个隧道组成的立体交叉洞室群，交叉节点多，巷道复杂，形成一个超深隧道的封闭空间。

封闭空间内通风效果较差，热量容易积累，形成高温，高温造成大部分设备出现温度升高，在电气设备正常运行中，金属材料强度降低、绝缘材料软化，电子元件高温击穿等问题出现率提高，施工存在较大安全隐患，特别是电气设备在运行中如果温升或温度超过允许极限值时极易产生电气设备故障。

封闭室内降温重要的手段是通风，而传统的通风方式主要分为压入式通风降温法、压抽混合式降温法等，通过建设初期实践，传统通风降温方式受青秀山站结构复杂，巷道节点多影响，实际通风效果较差，不适合青秀山站的复杂作业环境。

为了提高作业工人、现场管理人员及机械设备的工作环境质量，从而使隧道人健康的工作，机械正常的运转，提高生产效率。有必要研究一套适合青秀山站暗挖隧道封闭空间高温环境的降温方法。

3. 工艺原理

通过采用“空调”、喷淋混合式降温法，以达到隧道内平均气温降低至适合人员和机械设备正常作业的温度，提高作业人员的安全系数及工作效率，降低机械设备的损坏率。

1. 实现方法

通过采用给密闭的隧道内注入流动的冷空气和利用喷淋系统蒸发吸热的原理使隧道降温。

2. 方案比选

针对暗挖隧道安全生产的迫切需求，加工一套混合式的隧道降温系统，根据系统的结构特点、组成部分、功能要素等，提出了双管冷气压抽式混合通风降温法、单管冷气压抽式混合通风降温法、双管交叉冷气压抽式混合通风降压法多种方案进行比选，通过对工时、效率进行分析比较，确定采用单管冷气压抽式混合通风降温法。进而确定下步需求。

3）设备需求

为达到隧道有效降温，隧道井口设置两组大的通风机和一套喷淋系统，隧道下面设置两组小抽风机，以及一台炮雾机，一台竖直移动可达8米的升降平台。

4.工艺要点

1. 风机选择

风量和阻力计算

1、计算参数的选择：

　　⑴、开挖断面：S=93m²⑵、一次开挖长度：L=0.5m ⑶、洞内作业人数94人(立拱、挂网、喷浆、等人员共84人,管理人员10人，) ⑷、内燃设备共900kw（6台挖掘机420kw，1台地托输送泵120kw，2台灌车160kw，2台装载机200kw）⑸、通风管直径：φ=1200mm ⑹、管道百米漏风率β=1% ⑺、风管摩阻系数λ＝0.02，α=φλ/8=1.2×0.02/8=0.003kg.s2/m³。

2、开挖面需风量

　风量计算按压入式通风考虑，确定工作面需风量，需计算出满足洞内最小风速所需空气量Q1，满足洞内工作人员呼吸所需空气量Q2，稀释内燃机械废气所需空气量Q3，取其最大者即为压入式通风系统出风口的所需风量Q需。

按洞内最小风速计算风量：最小风速按Vmin=0.25m/s计算。Q1＝V×min×S= 0.25×60×93=1395(m³/min)

按洞内最多工作人员计算风量：一般标准为每人每分钟3m³新鲜空气，洞内作业人员按8人计算，风量备用系数取1.2。Q2＝3×94×1.2＝338.4（m³/min)

按稀释内燃机废气计算风量：根据隧规规定，内燃机械作业时1kw供风量取3m3/min， 机械设备的平均利用率70％，内燃机总瓦数：900Kw。Q3＝3×900×0.7＝1890(m

³/min)

根据上列计算Q需取最大值1890m³/min，为隧道工作面所需新鲜风量。右线最大供风长度为290m，左线最大供风长度为262m，考虑风管漏风，则风机提供的风量应分别为：

右线掌子面：Q机=Q需/（1-β·L/100）=1890/（1-0.01·290/100）=1946m³/min

左线掌子面：Q机=Q需/（1-β·L/100）=1890/（1-0.01·262/100）=1941m³/min

根据以上计算结果，隧道选用SDZF4-I-NO.11.5。

2. 制冷箱板材及通风管选择

通过分析对比，选用了彩钢板作为制冷箱主材、涂胶布通风管作为主要通风管道。彩钢板优点是：重量轻，隔热保温，强度高，抗弯抗压，经济性好，可就地取材。缺点是：保温性能较弱。涂胶布通风管的优点是：操作方便，节省人工，工时，经济性也是最好的，材质可塑性很强，在弯曲的环境当中可以穿梭自如。缺点是：使用过程中易损坏，材质的耐腐蚀性、及钢性不好。

6.工艺实践

1）制冷系统平台

利用工字钢的稳定性来加工制冷系统大体的框架，在用4mmX4mmX0.4mm的方钢做为平台支撑架，架体完全能承受冰块的重量。

2）制冷系统的制冷箱

制冷箱内放置冰块，确保压入风为冷风，每2小时更换一次最佳。

3）竖井通风管的安装

利用镀锌板加工弯曲式风管，解决空间限制问题。在每一层腰梁的地方用16的工字钢和5mmX5mm的角钢对镀锌板风管进行加固、矫正，钻眼植筋在工字钢周围，在进行焊接加固，保证工字钢和通风管的稳定性。

4）隧道内采用常规涂胶布风管

隧道内采用常规涂胶布风管引入冷风，风口距离掌子面10米，确保掌子面空气凉爽，并形成一定回风。

5）抽风机的安装

充分利用废弃的降水井管来当做抽风机通往地面的管道，大大降低了成本，加快空气流动速度，充分起到了排高温污气的作用。同时抽风井井口加设地面洒水喷淋措施，对排出地面的空气有效起到了“净化”的作用。

6）竖井口喷淋降温降尘措施

暗挖主通道竖井口利用喷淋设施对井下环境降温降尘，全方位对竖井口进行喷淋。

7）大型“雾炮机”

根据雾炮机的原理，将喷淋系统和通风机结合在一起，在通风管开孔，然后把喷淋头放入通风管内，在管内造雾，形成一个超大型的“雾炮机”，利用压入的冷风，将水雾带入隧道，在隧道内形成冷湿气。从而产生降尘与降温作用。

7.取得效果

暗挖隧道未启动降温系统时，隧道里的温度高达36.7摄氏度。

启动了降温系统以后，隧道的温度情况明显改善，达到29.3摄氏度。

8.结论

经过实践证明，此次隧道降温系统对隧道内温度有一定的改善，隧道内温度明显下降了5至6摄氏度，并有效降低了隧道作业产生的粉尘污染，作业环境得到较好改算，提高了隧道里面工人作业的安全系数，有效降低机械设备的损坏率，为保证施工进度提供了有利的条件。

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