李路恒，楊新安，*，王 浩，蔣 思

(1. 同濟大學(xué) 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804； 2. 同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，上海 201804； 3. 中鐵五局集團第四工程有限責(zé)任公司, 廣東 韶關(guān) 512031)

0 引言

京張高鐵是國家規(guī)劃實施的重點建設(shè)項目，也是2022年北京、張家口聯(lián)合舉辦冬奧會的配套工程。京張高鐵八達嶺長城站位于八達嶺長城景區(qū)之下、新八達嶺隧道中，車站主體為地下3層結(jié)構(gòu)，地下建筑面積約3.6 km2，車站洞室數(shù)量多、洞型復(fù)雜、交叉節(jié)點密集，是目前國內(nèi)最復(fù)雜的暗挖洞群車站工程[1-2]。車站采用礦山法施工，多洞室、多工作面同時施工導(dǎo)致其通風(fēng)、除塵、散煙成為施工過程中的關(guān)鍵問題和難題，因此，結(jié)合本工程特點開展復(fù)雜洞室群通風(fēng)研究具有重要的工程與理論意義。

近年來，對大型地下洞室群通風(fēng)的研究主要集中在水電工程和油氣儲備工程方面，且多采用數(shù)值模擬方法分析洞室風(fēng)流分布及主要污染物擴散規(guī)律，優(yōu)化通風(fēng)方案[3-5]。李艷玲等[6]對不同通風(fēng)方案下的地下主廠房施工通風(fēng)流場進行模擬分析，給出了最優(yōu)通風(fēng)方案； 南春子等[7]模擬分析了不同通風(fēng)方案下，地下洞室中有害氣體的擴散特征； 李秀春等[8]以地下儲氣庫群為背景，研究了風(fēng)倉尺寸和風(fēng)機布置方案對通風(fēng)效率的影響。在長大隧道施工領(lǐng)域，羅燕平等[9]針對特長螺旋隧道施工通風(fēng)難題，提出風(fēng)倉式通風(fēng)方案； 李自強等[10]以虹梯關(guān)特長隧道為依托，提出聯(lián)合式施工通風(fēng)方案，并基于數(shù)值模擬結(jié)果，調(diào)整風(fēng)機布置。上述研究主要針對隧洞群中單一掘進面施工期間的通風(fēng)方案可行性，且多是優(yōu)化已經(jīng)形成的巷道式通風(fēng)系統(tǒng)，并未進行不同施工階段、多工作面同時施工時，地下洞室群需風(fēng)量的動態(tài)性研究。

隨著地下洞室群規(guī)模的增大和系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，國內(nèi)外學(xué)者也對復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)展開了研究，但主要針對礦井通風(fēng)難題[11-13]。鐘德云等[14]基于回路風(fēng)量法解算原理，優(yōu)化Scott-Hinsley法，解算更加復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)； 周福寶等[15]基于通風(fēng)參數(shù)實時監(jiān)測和風(fēng)網(wǎng)調(diào)節(jié)優(yōu)化模型，建立了礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)是為采掘服務(wù)，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變化相比地下洞室群較緩慢，且隧洞布置分散，所以還需針對地下車站洞室群對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、風(fēng)網(wǎng)調(diào)節(jié)方法做適用性優(yōu)化。

本文針對地下復(fù)雜洞室群施工通風(fēng)的時變性和動態(tài)特性，結(jié)合八達嶺長城站施工安排，在完成不同階段的初步通風(fēng)設(shè)計后，首先，采用數(shù)值模擬方法分析通風(fēng)方案的合理性；然后，基于施工期間的實測數(shù)據(jù)，創(chuàng)新性地采用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算方法，明確風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化對各洞室通風(fēng)效果的影響，進行通風(fēng)系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)整。與已有研究相比，本文不再局限于研究地下洞室群某一施工節(jié)點的通風(fēng)需求，而是采用現(xiàn)場實測及風(fēng)網(wǎng)解算方法，動態(tài)優(yōu)化施工全過程的通風(fēng)系統(tǒng)，以確保洞室群通風(fēng)效果與施工安全，保證車站如期運營。

1 工程概況與施工方案

1.1 工程概況

八達嶺長城站埋深102 m，從上至下依次是出站層、進站層及站臺層，如圖1所示。站臺層洞室群包括車站左、中、右3座正線隧道、車站兩端三連拱段、大跨過渡段、各類消防救援通道、2座輔助正洞施工的斜井及若干個分通道，如圖2所示。部分洞室設(shè)計施工參數(shù)如表1所示。

圖1 八達嶺長城站結(jié)構(gòu)圖

圖2 車站站臺層結(jié)構(gòu)平面圖

八達嶺長城站規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，車站總長470 m，設(shè)置進出站通道、通風(fēng)井等各類洞室78個，斷面形式88種，車站及各類洞室累計長度4 754 m。八達嶺長城站作為冬奧會配套交通基礎(chǔ)設(shè)施重點控制性工程，2019年底必須開通，土建工期緊張。為盡快建成通車，該工程高峰期有13個工作面同時掘進作業(yè)，掘進工作面鉆孔、爆破、運渣作業(yè)頻繁，加之各類洞室分布密集、自然通風(fēng)道少，因此，施工期間通風(fēng)散煙壓力極大，必須開展通風(fēng)專項研究。

表1 洞室設(shè)計施工參數(shù)

1.2 施工方案

站臺層作為八達嶺長城站施工主體部分，洞室結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大，掘進工作面開挖作業(yè)時間集中，運輸車輛眾多，通風(fēng)組織難度高，故本文將重點討論站臺層施工期間的通風(fēng)難題。

為加快施工進度，隧道設(shè)置2座斜井及相應(yīng)8個輔助通道開挖正洞及車站站臺層，其中1#、8#分通道輔助車站兩端正洞施工，2#、3#、7#、8#分通道相向分部開挖大跨過渡段，4#、5#、6#分通道施工車站主體。根據(jù)輔助通道形成的先后順序，隧道正洞及站臺層施工遵循平行錯開、多工作面同時作業(yè)的原則。首先，施工2#左、右斜井和與其相連的1#、2#及8#分通道，用于開挖其余輔助通道及隧道正洞，并結(jié)合3#及7#分通道開挖車站兩端大跨過渡段； 其次，通過4#及6#分通道盡快貫通車站左洞，以形成巷道式通風(fēng)； 再結(jié)合其他分通道開挖車站中、右2洞和消防救援通道。與此同時，為進一步緩解站臺層施工期間通風(fēng)散煙壓力，計劃將服務(wù)于車站運營期的3#、4#通風(fēng)豎井提前修建，以盡快在施工期間形成混合式通風(fēng)。

2 施工期間的通風(fēng)規(guī)劃

由于施工期間的通風(fēng)設(shè)計和施工組織順序密不可分，根據(jù)施工階段的組織方案，結(jié)合本工程各地下洞室位置特點、施工工序及進度，為滿足各階段施工作業(yè)通風(fēng)需要和節(jié)能降耗目標(biāo)，將站臺層隧道施工通風(fēng)劃分為3個階段，具體通風(fēng)方案規(guī)劃如下。

2.1 第1階段通風(fēng)方案規(guī)劃

本階段在2#左斜井口設(shè)置2臺軸流風(fēng)機，初期供應(yīng)6#—8#分通道施工通風(fēng)，之后服務(wù)大跨段、救援通道、站臺層左線及右線隧道的開挖； 2#右斜井口同樣設(shè)置2臺軸流風(fēng)機，供應(yīng)1#—5#分通道及后續(xù)隧道正線、站臺層左線及右線隧道施工通風(fēng)。通風(fēng)方案規(guī)劃示意見圖3。本階段由于尚未形成通風(fēng)回路，故采用壓入式通風(fēng)方式，即通過2#斜井口的風(fēng)機將新鮮風(fēng)流通過風(fēng)筒送至各掘進工作面。由于各掘進工作面附近污濁空氣不能向外抽排，加之后期送風(fēng)線路長、洞室交叉點多、開挖工程量大，因此，各工作面的通風(fēng)壓力極大。

圖3 第1階段通風(fēng)方案規(guī)劃示意圖

2.2 第2階段通風(fēng)方案規(guī)劃

為盡快緩解復(fù)雜洞室施工通風(fēng)壓力，按照施工進度安排，將首先完成4#、6#分通道開挖，然后盡快貫通左線隧道，形成部分通風(fēng)回路，實現(xiàn)巷道式通風(fēng)，通風(fēng)方案規(guī)劃示意見圖4。4#、6#分通道及左線隧道貫通后，具備了形成巷道式通風(fēng)的基本條件，但實測結(jié)果表明，2#右斜井、4#分通道、左線隧道、6#分通道和2#左斜井回路形成的自然風(fēng)壓值很小，通風(fēng)量不能滿足通風(fēng)除塵需要。因此，需在左線隧道適當(dāng)位置安裝主通風(fēng)機(軸流式)作抽壓式通風(fēng)，形成由上述隧道構(gòu)成的巷道式全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。

圖4 第2階段通風(fēng)方案規(guī)劃示意圖

綜上所述，本階段通風(fēng)規(guī)劃是采用2#右斜井進風(fēng)、2#左斜井回風(fēng)的主貫穿風(fēng)流巷道式通風(fēng)，且左洞內(nèi)主通風(fēng)機作為抽壓式、已有風(fēng)機作為壓入式的通風(fēng)方式。本階段通風(fēng)系統(tǒng)中增加了抽出式風(fēng)機，形成了負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)，使得新鮮風(fēng)流和污風(fēng)基本得到分離，相較于第1階段，本階段各掘進工作面通風(fēng)除塵效果良好。

2.3 第3階段通風(fēng)規(guī)劃

隨著3#、4#豎井施工建成，將分別通過2～3個左、右聯(lián)絡(luò)坑道使正洞與左、右洞等區(qū)域連通。此時，設(shè)定3#、4#豎井上口(地面)分別安裝1臺同等能力的主通風(fēng)機作為抽出式通風(fēng)； 同時，將現(xiàn)有(局部)風(fēng)機移至2#左、右斜井井底隧道內(nèi)作為壓入式通風(fēng)，共同擔(dān)負(fù)著正洞(大、小里程4個)、5#分通道、救援通道等各掘進工作面的供風(fēng)任務(wù)，施工進度及通風(fēng)方案如圖5所示。本階段站臺層隧道施工混合式通風(fēng)系統(tǒng)基本形成，新鮮風(fēng)流由2#左、右斜井送入，污風(fēng)經(jīng)豎井排出，通風(fēng)除塵壓力將得到極大緩解，施工進度進一步加快。

圖5 第3階段通風(fēng)規(guī)劃示意圖

3 通風(fēng)方案計算分析

3.1 第1階段通風(fēng)計算分析

第1階段通風(fēng)期間，各洞室和豎井尚未貫通，各工作面爆破頻繁，污染物產(chǎn)量大，通風(fēng)散煙矛盾最為突出，是需重點研究的最不利工況。

本階段通風(fēng)具有線路長、洞室交叉點多、開挖工程量大、多掘進工作面同時施工的特點，是整個車站施工通風(fēng)最困難的時期，需進一步研究通風(fēng)方案的合理性。

3.1.1 通風(fēng)數(shù)值模擬

2#右斜井長距離掘進作為本階段第1個施工難點，單一掘進，隧道斷面尺寸見圖6。擬在2#右斜井口安設(shè)軸流風(fēng)機，接風(fēng)管至掌子面進行壓入式通風(fēng)，風(fēng)機選型如表2所示。為驗證通風(fēng)方案可靠性，在無相關(guān)實測通風(fēng)數(shù)據(jù)的情況下，選擇使用流體力學(xué)軟件Fluent建立三維數(shù)值模型，對隧道施工時長距離壓入式通風(fēng)風(fēng)速分布、有害氣體排出時間等指標(biāo)進行驗證。選擇2#右斜井為建模對象，模型含隧道、2條風(fēng)筒。風(fēng)筒出口距離掘進工作面40 m，風(fēng)筒直徑1.5 m，位于隧道拱頂中線兩側(cè)。模型網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)量約60萬個，計算模型網(wǎng)格劃分如圖7所示，模擬選用的數(shù)學(xué)模型及基本參數(shù)見表3和表4。

圖6 輔助坑道斷面尺寸(單位： cm)

表2 2#右斜井風(fēng)機選型

圖7 計算模型網(wǎng)格劃分

1)隧道內(nèi)風(fēng)速分布。如圖8(a)所示，在風(fēng)筒中線垂直斷面x=0.85 m上，風(fēng)筒出口至掘進工作面區(qū)間內(nèi)，風(fēng)流流動分為射流擴張、射流收縮、渦流及回流4個分區(qū)。在靠近射流擴張與回流區(qū)之間的垂向區(qū)域中存在明顯的渦流，渦流下方的回流風(fēng)速增加。掘進工作面區(qū)域最低風(fēng)速約0.2 m/s，回流核心區(qū)風(fēng)速約1.1 m/s，回風(fēng)流靠近壁面區(qū)域風(fēng)速約0.5 m/s。如圖8(b)所示，隨著接近隧道出口方向，風(fēng)流分布逐漸穩(wěn)定。當(dāng)距掘進工作面約100 m后，距隧道底板y=1 m、y=2 m、y=4 m, 監(jiān)測線上的風(fēng)速趨于相同，表明隧道斷面風(fēng)速分布基本穩(wěn)定。

表3 計算數(shù)學(xué)模型設(shè)定

表4 數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置

(a) 隧道掘進工作面附近風(fēng)流矢量圖(單位： m/s)

(b) 隧道軸向風(fēng)速變化曲線

2)通風(fēng)量滿足爆破排煙能力。炮煙中有害成分主要為有毒氣體，如CO、NO2等，因此將通過對爆破后不同時刻CO質(zhì)量濃度變化來分析炮煙運移規(guī)律。

炮煙拋擲長度[16]

l=15+G/5。

(1)

式中:l為炮煙拋擲長度，m；G為電雷管同時起爆的炸藥量，取645 kg。

CO初始質(zhì)量濃度為[16]

C=Gb/(lA)。

(2)

式中:b為1 kg乳化炸藥生成的CO氣體體積，取30 L/kg；A為隧道斷面面積，m2。

通過計算得到，2#右斜井CO初始質(zhì)量濃度為3 667.43 mg/m3，即初始摩爾分?jǐn)?shù)為2.934×10-3； 按規(guī)范，隧洞內(nèi)CO質(zhì)量濃度應(yīng)小于30 mg/m3，因此其符合規(guī)定的摩爾分?jǐn)?shù)應(yīng)為2.4×10-5。

圖9示出不同時刻的CO質(zhì)量濃度分布云圖。高濃度炮煙在爆源點生成后，由于掘進工作面的限制和風(fēng)筒通風(fēng)形成的渦流雙重影響，會迅速向隧道出口方向蔓延擴散，前鋒到達出口時間約為9 min，隨著新鮮風(fēng)的不斷涌入，煙氣逐漸離開隧道。排煙時間28 min后，隧道內(nèi)各點CO質(zhì)量濃度均低于30 mg/m3。

3)模擬結(jié)果分析與建議。對通風(fēng)量是否滿足柴油設(shè)備廢氣排出及粉塵稀釋能力，也進行了模擬驗證。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，將正常通風(fēng)、滿足爆破排煙需求、滿足柴油設(shè)備廢氣排出需求3種情況下的模擬結(jié)果及與Q/CR 9604—2015《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》要求進行對比，結(jié)果表明，2#右斜井施工時的通風(fēng)量能滿足需求，具體對比結(jié)果見表5。

基于上述對比結(jié)果，建議2#右斜井掘進面在實施爆破作業(yè)后，適當(dāng)提高風(fēng)速，以使掌子面附近空氣質(zhì)量盡快滿足規(guī)范要求。

3.1.2 多掘進工作面施工通風(fēng)計算

如圖3所示的第1階段通風(fēng)方案中，左、右斜井井口分別安設(shè)2臺不同型號的風(fēng)機，分別為SFD-III-No.13和2×ZVN1-14-132/4。為進一步明確本階段后期多掘進工作面同時施工時的通風(fēng)狀態(tài)，分別對3洞分離處左洞掘進工作面及4#分通道掘進工作面爆破后的風(fēng)速、風(fēng)量和粉塵質(zhì)量濃度進行實測，2地點風(fēng)速分別為0.21、0.13 m/s，風(fēng)量約為756、470 m3/min，粉塵質(zhì)量濃度為2.75、4.58 mg/m3。

根據(jù)上述實測數(shù)據(jù)，若將掘進工作面粉塵質(zhì)量濃度降至規(guī)定范圍，則左洞掘進工作面和4#分通道掘進工作面所需風(fēng)量分別約為1 040、1 076 m3/min； 若掘進工作面最優(yōu)排塵風(fēng)速按0.5 m/s考慮，如將掘進工作面爆破作業(yè)時最大粉塵質(zhì)量濃度降至符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則每個掘進工作面的通風(fēng)除塵需風(fēng)量應(yīng)大于1 700 m3/min。左斜井以6#分通道到右洞掘進工作面為例，風(fēng)機出口距掘進工作面約650 m，通過理論計算得到風(fēng)機出口風(fēng)量為2 153 m3/min，風(fēng)機工作風(fēng)壓約為8 951 Pa； 右斜井以3#分通道掘進工作面為例，風(fēng)機出口距掘進工作面約860 m，計算得到風(fēng)機出口風(fēng)量為2 324 m3/min，風(fēng)機工作風(fēng)壓約為12 783 Pa。分析上述計算結(jié)果，鑒于第1階段通風(fēng)后期2#左、右斜井送風(fēng)距離長、風(fēng)筒轉(zhuǎn)彎多、風(fēng)機風(fēng)壓增高，因此提出本階段后期通風(fēng)技術(shù)方案改進措施為： 1)更換大直徑風(fēng)筒，提高風(fēng)筒懸掛質(zhì)量以降低風(fēng)筒阻力； 2)在電動機功率允許范圍內(nèi)，適當(dāng)提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速。前述措施或是降低通風(fēng)阻力，或是改善通風(fēng)機性能，以提高隧道掘進期間通風(fēng)機供風(fēng)量。

(a) 爆破后1 min (b) 爆破后10 min

(c) 爆破后20 min (d) 爆破后28 min

表5 模擬結(jié)果與規(guī)范要求對比

3.2 第2階段通風(fēng)計算分析

考慮到2#斜井送風(fēng)距離不斷延長、風(fēng)筒阻力變大，為降低風(fēng)機功耗、提高通風(fēng)質(zhì)量，決定將2#右斜井口的風(fēng)機移至其斜井內(nèi)，安設(shè)于4#分通道與斜井交岔口處，2#左斜井口的原有風(fēng)機位置不變。上述風(fēng)機作為壓入式風(fēng)機，一起擔(dān)負(fù)復(fù)雜洞室群內(nèi)各掘進工作面供風(fēng)任務(wù)。

為進一步確定左洞位置處軸流式風(fēng)機規(guī)格，設(shè)定本階段2#右斜井井底隧道內(nèi)風(fēng)機至掘進工作面最遠(yuǎn)距離為400 m，現(xiàn)場實測得到風(fēng)管百米漏風(fēng)率為3.57%，掘進工作面需風(fēng)量為1 700 m3/min，共計4個掘進工作面。每臺局部風(fēng)機通風(fēng)量Qf可按日本青函隧道計算公式計算：

Qf=Qh/(1-η100)l′/100。

(3)

式中：Qf為通風(fēng)機風(fēng)量，m3/s；Qh為風(fēng)管末端風(fēng)量，m3/s；η100為風(fēng)筒百米漏風(fēng)率；l′為風(fēng)筒長度，m。

計算得到每臺通風(fēng)機風(fēng)量為1 966.1 m3/s，故可假定軸流式風(fēng)機通風(fēng)量為8 000 m3/min，通風(fēng)機風(fēng)壓為1 020.6 Pa。為達到地下洞室群通風(fēng)除塵的良好效果，通風(fēng)機所適配的電機功率按下式計算：

(4)

式中:Ne為電機功率，kW；Ns為風(fēng)機輸出功率，W；Hs為風(fēng)機風(fēng)壓，Pa；Qj為風(fēng)機風(fēng)量，m3/s；η為風(fēng)機運行效率，取0.6；K為電機容量備用系數(shù)，K=1.1～1.2，本次計算取1.15。

將相關(guān)參數(shù)帶入式(4)可計算得到通風(fēng)機電機功率為260.86 kW。根據(jù)Hs=1 020.6 Pa，Qj=133.3 m3/s，Ne=260.86 kW，即可確定適用于該通風(fēng)方案的主通風(fēng)機設(shè)備及配套的電機，推薦選用高效率、低噪聲、特性曲線無駝峰的K系列節(jié)能風(fēng)機。

3.3 第3階段通風(fēng)計算分析

為評價第3階段通風(fēng)規(guī)劃的可行性，基于實測通風(fēng)數(shù)據(jù)，利用通風(fēng)系統(tǒng)運行狀態(tài)預(yù)測模擬軟件模擬解網(wǎng)，按需分風(fēng)，得到各隧道通風(fēng)參數(shù)及豎井處主通風(fēng)機運行工況。通風(fēng)豎井建成后，通過中隔墻內(nèi)的聯(lián)絡(luò)通道連通正洞與左、右洞等區(qū)域，同時將局部風(fēng)機移至2#左、右斜井井底作壓入式通風(fēng)。

3.3.1 計算條件

設(shè)定2#左、右斜井井底隧道內(nèi)風(fēng)機至掘進工作面最遠(yuǎn)距離為300 m，風(fēng)管百米漏風(fēng)率為3.57%，掘進工作面需風(fēng)量為1 700 m3/min，共6個掘進工作面需要通風(fēng)，則2#左、右斜井總需進風(fēng)量(通風(fēng)機總風(fēng)量)至少為11 400 m3/min。部分隧道百米風(fēng)阻及摩擦阻力系數(shù)如表6所示，站臺層第3階段施工通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)見圖10。

表6 部分隧道模擬解網(wǎng)參數(shù)

3.3.2 模擬解網(wǎng)結(jié)果

運行通風(fēng)系統(tǒng)運行狀態(tài)預(yù)測模擬軟件，輸入所需基礎(chǔ)參數(shù)(見表7)，得到3#豎井主通風(fēng)機運行工況為風(fēng)量5 850 m3/min、風(fēng)壓1 352.9 Pa、自然風(fēng)壓-6.4 Pa、通風(fēng)功耗131.9 kW； 4#豎井主通風(fēng)機運行工況為風(fēng)量5 724 m3/min、風(fēng)壓1 352.9 Pa、自然風(fēng)壓-6.5 Pa、通風(fēng)功耗129.1 kW。

圖10 第3階段通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

從模擬解網(wǎng)結(jié)果可知，3#、4#豎井井筒下段斷面直徑1.4 m偏小，導(dǎo)致該段阻力和風(fēng)速過高，預(yù)測阻力1 168 Pa，當(dāng)過風(fēng)量大于5 800 m3/min時，井筒下段風(fēng)速將超過64 m/s,通風(fēng)功耗過大。而當(dāng)豎井井筒擴挖至直徑為2.3 m時，井筒內(nèi)風(fēng)速及風(fēng)阻迅速降低，部分主要隧道風(fēng)量分配、阻力大小情況如表8所示。

表7 豎井井筒解網(wǎng)風(fēng)機工況(φ2 300 mm)

表8 部分隧道風(fēng)量分配、阻力大小情況

綜合上述模擬解網(wǎng)結(jié)果，3#、4#豎井建成后通風(fēng)方案為： 采用2#左、右斜井進風(fēng)，3#、4#豎井回風(fēng)的主貫穿風(fēng)流隧道，且地面主通風(fēng)機作為抽出式，現(xiàn)有風(fēng)機作為壓入式的通風(fēng)方式和方法。建議施工單位進行通風(fēng)豎井下部擴挖工作，力爭形成合理的斜井進風(fēng)、豎井回風(fēng)的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。

4 通風(fēng)監(jiān)測與效果分析

4.1 第1階段通風(fēng)監(jiān)測結(jié)果與分析

在車站施工期間，為更準(zhǔn)確、直觀地評價通風(fēng)效果，在第1階段通風(fēng)期間對1#分通道掘進工作面通風(fēng)狀態(tài)進行測試，測試地點距掘進工作面20 m，通風(fēng)機處于正常工作狀態(tài)，對爆破前及爆破后15、30 min 3個時間節(jié)點時的空氣污染物(CO、NxOy、粉塵)質(zhì)量濃度及風(fēng)速開展監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果見表9。

表9 1#分通道空氣污染物測試結(jié)果

由上述測試結(jié)果可知，掘進工作面爆破后通風(fēng)30 min，空氣中主要污染物質(zhì)量濃度均符合規(guī)范要求，施工現(xiàn)場通風(fēng)效果良好，說明通風(fēng)方案合理。

隨著站臺層隧道施工不斷推進，同時施工的掘進工作面增加，難以準(zhǔn)確測試單一掘進工作面掘進時的通風(fēng)狀態(tài)。為確定通風(fēng)方案在多工作面開挖時的合理性，選取同時掘進工作面最多的第1階段施工后期(如圖3所示)，對各掘進工作面和隧道交叉點位置的風(fēng)速、粉塵及CO質(zhì)量濃度進行測試，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表10。其中，監(jiān)測時4#分通道剛結(jié)束爆破作業(yè)，因此監(jiān)測點13處粉塵及CO質(zhì)量濃度較大。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，各測點粉塵及CO質(zhì)量濃度基本達到規(guī)范要求。實測發(fā)現(xiàn)背向掘進的隧道，如左洞測點1、3和右洞測點2，粉塵質(zhì)量濃度偏高，因此，增設(shè)了除塵設(shè)備，空氣質(zhì)量得到明顯改善。另外，各測試點的風(fēng)速雖達到要求但整體偏低，這是因為隨著開挖隧道的增多，其需風(fēng)量不斷增加，因此，對于風(fēng)量不足的位置，建議在適當(dāng)位置安設(shè)輔助通風(fēng)設(shè)備，以緩解通風(fēng)壓力，改善作業(yè)環(huán)境。

表10 第1階段通風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.2 第2、3階段通風(fēng)監(jiān)測結(jié)果與分析

當(dāng)車站左洞貫通并形成巷道式通風(fēng)系統(tǒng)后，對車站各通道及作業(yè)面進行通風(fēng)監(jiān)測，此時施工進度如圖4所示。監(jiān)測時，右洞掘進面進行了爆破作業(yè)(已通風(fēng)20 min)，因此，右洞掘進工作面及2#左斜井粉塵質(zhì)量濃度較大。第3階段通風(fēng)監(jiān)測時車站施工進度如圖5所示。由表11中監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，相比于前2個施工階段，通風(fēng)豎井的貫通，混合式通風(fēng)系統(tǒng)的形成，降低了空氣中粉塵質(zhì)量濃度，有效改善了車站施工通風(fēng)質(zhì)量。

為進一步提高車站洞室群通風(fēng)換氣效率，在車站輔助通道直角轉(zhuǎn)彎處安設(shè)導(dǎo)流風(fēng)機，如6#分通道、1#救援通道兩端及其與2#、3#救援通道交叉位置。為改善車站施工期間左、右、正洞背向掘進時作業(yè)面多、作業(yè)空間較小導(dǎo)致的粉塵質(zhì)量濃度較高的問題，在洞內(nèi)使用除塵設(shè)備并在適當(dāng)位置安裝水幕墻，以左洞背向掘進面、左洞與4#分通道交叉處通風(fēng)質(zhì)量監(jiān)測為例，除塵技術(shù)使用前，粉塵質(zhì)量濃度依次為2.64、1.49 mg/m3，采取降塵措施后，粉塵質(zhì)量濃度降為1.68、0.97 mg/m3，空氣質(zhì)量得到明顯改善。

表11 第2、3階段通風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)

5 結(jié)論與討論

1)針對八達嶺長城站復(fù)雜洞室群通風(fēng)難題，依據(jù)車站施工進度，提出了3階段通風(fēng)設(shè)計，并采用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算和現(xiàn)場實測等方法，動態(tài)調(diào)整通風(fēng)措施，實現(xiàn)了車站洞室群施工期間空氣的高效置換。

2)數(shù)值模擬結(jié)果表明，2#右斜井掌子面爆破后通風(fēng)30 min，空氣質(zhì)量滿足規(guī)范要求； 針對多工作面同時作業(yè)時通風(fēng)散煙難題，可以從降低通風(fēng)阻力和改善風(fēng)機性能2方面出發(fā)，增加隧道進風(fēng)量，提高通風(fēng)質(zhì)量。

3)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)合通風(fēng)參數(shù)計算能有效分析復(fù)雜洞室群各施工階段通風(fēng)狀態(tài)，指導(dǎo)優(yōu)化通風(fēng)措施，如第2階段通風(fēng)時將右斜井井口風(fēng)機移至斜井內(nèi)； 擴挖通風(fēng)豎井井筒，以減小風(fēng)阻，降低通風(fēng)功耗。

4)復(fù)雜洞室群施工期間的通風(fēng)監(jiān)測顯示，通風(fēng)質(zhì)量符合規(guī)范要求，說明分階段通風(fēng)設(shè)計、動態(tài)調(diào)整通風(fēng)方案可以解決復(fù)雜洞室群施工期通風(fēng)難題，輔助通風(fēng)設(shè)備和除塵設(shè)備的使用，能進一步優(yōu)化通風(fēng)質(zhì)量。

本文主要通過人工進行風(fēng)網(wǎng)解算和通風(fēng)監(jiān)測，結(jié)果獲取相對滯后，難以及時指導(dǎo)通風(fēng)決策。針對地下空間建設(shè)信息化、智能化的發(fā)展趨勢，應(yīng)進一步開展通風(fēng)參數(shù)在線監(jiān)測和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實時解算系統(tǒng)研究，建立通風(fēng)診斷和智能化決策平臺，并通過通風(fēng)設(shè)施智能化調(diào)控，實現(xiàn)復(fù)雜洞室群的智能化通風(fēng)。