引水發(fā)電地下洞室群施工通風(fēng)探討

摘要：本文從地下洞室群施工通風(fēng)特點展開，列出了地下洞室群施工過程中各階段通風(fēng)特點，分析了各階段通風(fēng)布置要點，并提出了洞室群施工通風(fēng)的思路，可以作為有關(guān)工程的參考。

關(guān)鍵詞：地下廠房洞室群 通風(fēng) 分期 通風(fēng)豎井

1 概述

作為清潔環(huán)保能源，水電將是一個國家解決電力緊張問題的重要部分，水電站大多建在窮山惡水之間，許多電站引水發(fā)電系統(tǒng)為地下埋藏式。在地下洞室群施工中，需要及時進(jìn)行爆破通風(fēng)散煙，并為地下施工人員和設(shè)備提供足夠的新鮮空氣，因此如何做好地下洞室群通風(fēng)散煙工作，將是確保地下洞室群施工順利實施的關(guān)鍵。

2 地下廠房洞室群一般結(jié)構(gòu)特點

引水發(fā)電地下洞室群一般包括三大系統(tǒng)：引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)及尾水系統(tǒng)，三大系統(tǒng)相對獨立又相互聯(lián)系。其中，引水系統(tǒng)一般包括引水洞（也叫壓力管道）上、下平段及聯(lián)系上下平段的豎（斜）井、閘門豎井（或進(jìn)水塔）、調(diào)壓井（主要用于高水頭電站）等，廠房系統(tǒng)一般包括主、副廠房及安裝間、母線洞、主變洞、出線豎井（平洞）、通風(fēng)洞、進(jìn)廠交通洞、排水洞及灌漿平洞等，尾水系統(tǒng)一般包括尾水管（尾水支管）、尾水調(diào)壓室、尾水主洞以及尾閘室等。典型布置圖見圖1。

3 通風(fēng)方案研究

3.1 通風(fēng)量及風(fēng)壓確定

3.1.1 通風(fēng)量計算。①滿足最多施工人員所需風(fēng)量

式中：n1——挖、裝機(jī)械臺數(shù)，取2；q1——每臺挖、裝機(jī)械每馬力排出廢氣量，一般為2.16m3/minHP；n2——同時工作汽車臺數(shù)；q2——每臺汽車每馬力排出廢氣量，一般為0.84m3/minHP。

施工通風(fēng)必須滿足施工人員的正常呼吸需要，并能滿足沖淡、排除爆破及施工機(jī)械所產(chǎn)生的有害氣體和粉塵，按公式分別計算出各自需要的通風(fēng)量后，選用其中的最大值。

3.1.2 風(fēng)壓計算。為保證將洞內(nèi)污濁空氣及時排出洞外。并在其出口保持一定風(fēng)速和風(fēng)壓，通風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠的風(fēng)壓以克服管道系統(tǒng)阻力，即h機(jī)>h阻。

3.2 通風(fēng)布置

3.2.1 一般措施。根據(jù)不同施工時段的特點，引水發(fā)電廠房洞室群通風(fēng)一般分三期設(shè)置。①一期通風(fēng)。一期通風(fēng)時段通風(fēng)散煙條件最差，通風(fēng)最為困難，要根據(jù)洞室埋藏特性采取有力措施進(jìn)行通風(fēng)。各洞室均為獨頭掘進(jìn)，以強制壓入式通風(fēng)為主，在各洞口布置大功率軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)，新鮮空氣通過風(fēng)管送至工作面附近，一方面將炮煙進(jìn)行稀釋并排出洞外，另一方面在鉆孔、出渣等其他工序時將新鮮空氣提供給工作面工作人員和設(shè)備。對于洞身較長隧洞，必要時增設(shè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行接力，對于引水洞、尾水洞等平行布置的多條隧洞，其對外通道單一，依靠施工支洞貫穿各平行洞室，采用大直徑風(fēng)筒經(jīng)施工支洞將新鮮空氣引致岔洞口附近，再設(shè)置帶閥門的風(fēng)叉分流，將空氣送入各條岔洞內(nèi)。②二期通風(fēng)。二期通風(fēng)時段主要為三大洞室系統(tǒng)中下層開挖、尾水洞、尾水支洞、尾水管及連接段中下層開挖，壓力管道豎（斜）井開挖等。本時段各條與廠房、主變室和尾調(diào)室（或尾閘室）三大主洞連接的洞室已基本貫通，通風(fēng)條件有所改善，但洞室斷面大，岔道多，污濁空氣易在洞室中滯留并在洞室間相互竄通，三大洞室須在一期通風(fēng)基礎(chǔ)上，在中下部通道增設(shè)風(fēng)機(jī)，壓入新鮮空氣，并增加局部風(fēng)機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)，形成新鮮空氣由下游及洞室中下部進(jìn)入，污濁空氣由頂部及上游排出的良好通風(fēng)循環(huán)。引水系統(tǒng)豎（斜）井導(dǎo)井已貫通，以自然通風(fēng)為主，機(jī)械通風(fēng)輔助即可。通風(fēng)的難點在尾水洞、尾水支管及尾水連接洞、尾水管中下層開挖上，掘進(jìn)線路長，工作面多，出口少，又處于整個引水發(fā)電系統(tǒng)的最低部，通排風(fēng)難度大。為加強尾水系統(tǒng)的通風(fēng)，除分段設(shè)置風(fēng)機(jī)接力向相應(yīng)開挖掌子面正壓通風(fēng)外，設(shè)置必要的風(fēng)機(jī)在開挖掌子面附近負(fù)壓通風(fēng)，并及時打通通風(fēng)豎井，在通風(fēng)豎井部位設(shè)置風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)。③三期通風(fēng)。該時段開挖接近尾聲，引水、廠區(qū)和尾水貫通連成一片，所有斜、豎井將會排出廢煙，底部各主洞、施工支洞、交通洞進(jìn)新鮮空氣，大部分風(fēng)機(jī)拆除，以自然通風(fēng)為主，風(fēng)機(jī)輔助進(jìn)行正負(fù)壓混合通風(fēng)。

3.2.2 特殊措施。①增設(shè)通風(fēng)豎井。引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群埋深較大，對外通道少，特別是引水洞（壓力管道）下平段、地下廠房、尾水洞尤為突出，為改善通風(fēng)散煙條件，可在適當(dāng)位置增設(shè)通風(fēng)豎井與外部貫通，炮煙和廢氣通過豎井排出。廠房由于體型較大，工作面布置設(shè)備多，通風(fēng)散煙任務(wù)重，在條件許可的情況下，可在廠房頂拱適當(dāng)部位布置小斷面豎井用于改善通風(fēng)條件，完工前進(jìn)行封堵，這個措施在三峽右岸地下廠房開挖中得到運用，起到較好效果。尾水洞和尾水支洞等尾水系統(tǒng)下部平洞埋深最大，一般通風(fēng)線路也最長最復(fù)雜，通風(fēng)條件極端惡劣。因此，在一期通風(fēng)時段，要利用一切可利用的條件增設(shè)通風(fēng)豎井。a如果隧洞上方有平洞與之立體交叉，比如進(jìn)廠交通洞或其他施工支洞，可在上部洞內(nèi)開岔洞，利用岔洞施作通風(fēng)豎井至尾水洞頂部適當(dāng)位置；b盡早開挖尾閘井或尾水調(diào)壓井導(dǎo)井。為加強豎井排煙能力，可在井口增設(shè)射流風(fēng)機(jī)或軸流風(fēng)機(jī)輔助抽排。②射流風(fēng)機(jī)布置.在施工過程中，一方面由于地下洞室群岔洞多，容易造成風(fēng)流紊亂，炮煙和污濁空氣易在洞室中滯留并在洞室間相互竄通，另一方面，洞內(nèi)運輸車輛多，運輸車輛尾氣排放量大，運輸通道內(nèi)容易油煙積壓，不能及時排出，因此，必須采取輔助措施改善通風(fēng)條件。對于岔洞風(fēng)流紊亂問題，可以在岔洞口布置軸流風(fēng)機(jī)輔助抽排（混合式通風(fēng)）或布置射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)風(fēng)流流向；對于洞內(nèi)汽車尾氣問題，可采取在洞內(nèi)頂拱每間隔一段距離（具體間距根據(jù)風(fēng)機(jī)能力和隧洞斷面大小確定）布置射流風(fēng)機(jī)，利用射流加快廢氣排出速度，改善通道內(nèi)空氣環(huán)境。

3.2.3 其它治理措施。①爆破通風(fēng)散煙后，灑水將爆渣浸透。采用水封堵塞炮孔，減少爆破揚塵。②加強對進(jìn)洞機(jī)械的維修保養(yǎng)。建立專門的維修班，對洞內(nèi)施工機(jī)械定期保養(yǎng)、檢查，提高內(nèi)燃機(jī)柴油的燃燒率。③選用適用的柴油添加劑以降低一氧化碳的排放濃度，加強空氣監(jiān)測。④洞內(nèi)造孔設(shè)備采取濕式鑿巖，噴射混凝土采用濕噴法施工。⑤通風(fēng)管吊掛做到平、直、緊、穩(wěn)、順，增大每節(jié)風(fēng)管長度，減少風(fēng)管接頭，以減少風(fēng)量損失。⑥洞室施工進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口在空間上完全避開，以免壓風(fēng)過程中，排出的污濁空氣被重新壓入洞室。

4 結(jié)語

引水發(fā)電地下洞室群通風(fēng)必須充分考慮洞室群結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，系統(tǒng)地進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)各地下洞室群工程的不同特點靈活布置。將地下洞室群的各類豎、斜井盡早貫通用于通風(fēng)，并增設(shè)必要的豎井、斜井改善深埋洞室通風(fēng)條件；必要時在運輸通道內(nèi)布置射流風(fēng)機(jī)加快排煙速度；合理進(jìn)行通風(fēng)管道敷設(shè)，通風(fēng)管吊掛做到平、直、緊、穩(wěn)、順盡量減少風(fēng)損；采取有效措施減少廢氣排放量及揚塵；加強洞內(nèi)空氣質(zhì)量檢測。為施工人員和施工設(shè)備營造一個良好的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]向天兵.大型地下廠房洞室群施工期動態(tài)反饋優(yōu)化設(shè)計方法研究[D].中國科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所），2010.

[2]黃勇，吳國榮，吳秋芳，廖建強.惠州抽水蓄能電站地下廠房洞室群布置方案研究[J].水力發(fā)電，2010（09）.

[3]白萬偉，史殿華.地下廠房洞室群開挖安全控制探討[J].水力發(fā)電，2008（09）.

作者簡介：白萬偉（1970-），男，湖北宜都人，高級工程師，研究方向：水電工程施工。