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摘要：城市快速发展的同时，交通工程规模逐渐扩大，对于大直径、长距离隧道施工实践，有效运用盾构法，并设计合理化通风方案，将有害气体及时排出，保证施工人员生命健康安全。本文在盾构隧道施工工艺介绍的基础上，重点探究大直径长距离的盾构隧道施工通风方案设计要点及安装要求，旨在为同行提供借鉴，取得良好的盾构隧道施工通风效果，顺利完成安全施工、高效施工任务。
关键词：大直径；长距离；盾构隧道施工；通风方案
引言
近年来，施工技术动态创新，并且机械设备相应升级改造，当最新技术、机械设备用于盾构隧道施工项目，能在保证施工质量的前提下，改善施工条件，避免因有害气体通排不畅而产生安全事故。尤其是大直径长距离的施工案例中，应深层次总结盾构隧道施工优点，为日后通风方案调整提供依据。可见，这一论题具有探究的必要性和重要性，希望研究结论能为盾构隧道施工通风人员给予理论指导。
1.盾构隧道施工概述
盾构掘进施工工艺在复杂环境中的实用性较强，并且盾构设备类型多样、功能丰富、散热效果良好，能够满足长距离隧道施工需求，既能保证施工人员所需要的风量，又要顺利排出毒害气体[1]。此项施工工艺的研究工作逐年开展，研究人员得出相应的研究结论，从而完善盾构隧道施工理论体系，为施工通风实践给予正确指导。在通风设备方面，压入式双风机双风筒的通风效率较高；软件分析及模型构建方面，FLUENT软件、SES软件分别为流体力学模型、全线数值计算模型构建提供支持，为通风方案设计提供依据，确保风筒适当安装。
以某盾构隧道工程为例，该工程临近桥梁，隧道项目具有综合性，总长度约4585m，盾构刀盘直径10.65m，隧道内直径8.5m[2]。研究可知，施工通风方式的选定，以城市轨道交通岩土工程勘察规范及相关要求为依据，并以通风基本理论为指导，推行机械压入式通风模式，将毒害气体量控制在允许的安全范围内，大大降低安全事故发生率，使盾构隧道施工通风状态达到最佳。其中，通风方案设计和通风系统安装的要点如下。
2.大直径长距离的盾构隧道施工通风方案设计
2.1遵循通风要求
为了确保施工人员在盾构隧道施工中吸入新鲜空气，务必在通风环节遵循标准化要求，真正创设良好的通风条件，保证隧道施工的安全性。通风方案实用性得到保证后，进而为盾构隧道施工段的施工活动顺利进行提供指导，真正提高整体工程的施工质量与作业效率。
2.2优选通风方式
大直径长距离的隧道施工工程较特殊，当盾构施工工艺确定后，务必选择适合的通风方式，将这一工艺的实践价值全面发挥。一般来说，常见抽出式、压入式、混合式三种通风类型，各类通风模式的运行表现各异。其中，抽出式通风设备位于盾构机背部地面，外部空气通过隧道灌入，有害气体从负压风筒排出。抽出式通风设备及配套装置位于隧道外场地，多数量、多级别通风机串联送风，使有害气体迅速排出。混合式通风模式在抽出式通风系统、送风系统联合之下运行，其中压力、轴距协调配合，为盾构隧道施工通风提供有力支持。结合本文案例工程，在盾构隧道施工段监测有害气体浓度，准备风机风筒设备，并实施压入式通风模式，取得安全通风、节能通风的最佳效果。
2.3做好风量、风压计算
2.3.1风量计算
需风量计算环节，根据x=qmk这一公式代入已知数据，其中，公式中字母q、m、k分别表示单人呼吸所需风量，q取值不小于3m3（min·人）、最大作业人数（该工程作业人数为20人）、风量备用系数（取值1.15）。其中，不同长度风筒风机的供风量如表1所示。
表 1 不同长度风筒风机的供风量
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有害气体需风量计算时，主要根据瓦斯泄露量进行计算，公式为x=
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，公式中qCH4表示瓦斯外泄量（取值为0.75%），单位是每分钟立方米；分母由左到右分别表示允许范围内瓦斯浓度和送风流中瓦斯浓度，取值分别是0.75%和0；最后K为非均衡系数，取值为1.5[3]。
漏风计算环节，所参照的公式为两个，即PL=1-（1-P100）L/100、tf=t/1-PL，公式中字母PL、P100、L、tf、t分别表示风管漏风系数、每一百米漏风率（取值为0.5%）、管路长度、供风量、末端风量（取值为870.87cm3/min）。
2.3.2风压计算
围绕摩擦力、局部阻力进行计算，根据计算结果选择适合的风机。摩擦力计算公式为hf=
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，公式中
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表示管路摩擦系数、d代表风管当量直径、
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为空气密度、tf表示供风量、Rf代表摩擦风阻。盾构施工阶段，风筒长度为500Li/m时，对应摩擦阻力为2655hf/Pa；风筒长度为1500Li/m时，对应摩擦阻力为3418hf/Pa；风筒长度为5500Li/m时，对应摩擦阻力为4415hf/Pa；风筒长度为3500Li/m时，对应摩擦阻力为5725hf/Pa。动态获知摩擦力变化情况，能够掌握风流与通风管周壁摩擦的耗能情况，同时，还能了解分子间的扰动及摩擦出现的耗能情况。
计算局部压力时，公式为hx=
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，字母含义分别为：hx为局部压力；
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为局部阻力系数；
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为空气密度；t代表流经管路处的风量；A代表管路断面面积。盾构隧道入口位置，管道直立并连接直角弯管、水平风管，风通过后会消耗一定能量。局部计算的过程中，
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往往取值为1.5。计算出总风阻值之后，如果风机实际风压超过总阻力，那么有害气体在隧道中的回风速度应大于规定值，特别管段回风速度应达到既定要求，以此达到除尘目的，并为施工人员提供所需要的风量。
3.大直径长距离的盾构隧道施工通风系统安装
盾构隧道施工的安全管理要求逐渐提高，当施工条件为大直径、长距离隧道时，更要妥善安装通风系统，即以设计完成的通风方案为指导，保证通风系统位置的合理性，通过发挥系统通风功能来排除有害气体，使风量、风压等参数达到标准值，最终盾构隧道施工目标能够顺利完成。
3.1优选通风管及风机设备
案例工程运用盾构隧道施工工艺时，配备适合的通风设备，以及优质管道，避免因气体性质特殊而腐蚀管道，导致安全事故产生。通风管选择时，首先考虑实用性，在保证质量的前提下控制成本，确保通风管在盾构隧道送风、排风中起到重要作用[4]。具体来说，结合工程实际，选择PVC拉链式风管，针对进场风管进行强度测试、阻燃性检验，待合格后方可进场，否则要及时与厂家联系退换货。一般来说，合格风管参数为φ150cm、每节100m、平均百米漏风率不超过0.5%。选购风机时，优先考虑品牌风机，如ECE轴流风机（原产地在法国）；细致核对风机参数，如型号（T2.140.4×75.4）、数量（两台）、规格、直径（1.4m）、风量（每秒28立方米）、功率（70KW）、风压（7673pa）等，是缩短风机与计算要求相一致。
3.2风机及风筒安装要点
风机安装：盾构隧道施工通风效果受风机安装质量影响较大，为了减少安装时间，保证风机稳固性及作业的常态性，参照安全规程进行标准化安装。具体来说，进风巷道是重要安装区，将压入式局部通风机、启动装置摆放在适当位置，其位置与掘进巷道回风口间距离最少为十米；地面通风机与工作井间距最少为二十米；地面通风机与泥浆池间距离同样不小于二十米。为确保所送风达到清洁度要求，务必做好风机进风口杂质清除工作，减少污染现象的发生。
风筒安装：考虑到案例工程盾构隧道施工环节送风距离较长，这无疑会增加风筒风压大，对此，要选择优质风筒，并合理化安装，避免出现风筒变形、破裂等现象，保证通风的顺畅性。对于安装人员来说，优先选用柔性风筒（刚性圈）、多功能风筒（一般具备防水、防静电等基本功能）。此外，耐风压超过10kPa。压入式风筒实际安装要点总结为：出口与盾构机风机吸入口间距2.6m，距离过大，极易出现有害气体在隧道内部泄露现象，距离过小，又会降低通风作业效率；使用拉链连接方式，准备密封垫；根据风筒数量确定吊装方式，以及吊钩数量，即风筒在隧道拱顶吊装，双风筒并排吊装在管片位置螺栓下，吊装挂钩间隔两米设一个；安装过程中，为带压移动安装，一百米柔性风筒先装在出风箱内，随盾构机前进装设风筒吊架；落实定期检修、更换、保养工作，大大提高风筒使用寿命，减少盾构隧道施工通风成本；出风口朝向盾构机自带风机吸入口，确保盾构机吸入新鲜风流；适当位置安装风压监测传感器、风速与温度传感器，确保有害气体稀释通风区回风平局速度大于规定数值（0.5m/s），温度小于28℃。
4.结论
综上所述，城市交通工程施工活动逐年增多，并且施工难度相应增大，在大直径长距离隧道施工中，为保证施工安全性，有效运用盾构施工工艺。盾构施工期间，科学设计通风方案，在遵循通风要求的前提下完善通风方案，针对通风方式、风量风压计算具体说明，同时，优选通风管及风机设备，并细化风机及风筒安装要点，直到隧道通风效果达到预期要求。
参考文献：
[1]谢智，刘露.大直径长距离盾构隧道施工通风方案探讨[J].四川建筑，2020，40（4）：275-276.
[2]张敏.小直径盾构施工通风及降温措施探究[J].工程建设与设计，2021（1）：133-134，173.
[3]王海滨.穿越含有害气体地层的大直径、长距离泥水盾构隧道通风技术浅析[J].科技与创新，2018（9）：22-24.
[4]张晓平，杨信美，钱玉华，等.苏通GIL综合管廊工程大直径、长距离盾构施工隧道通风方案研究[J].工程地质学报，2018，26：324-330.