水電站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計分析研究

蘇先鋒

摘 要：大型水電站施工通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的完善與否關(guān)系到隧道、地下施工等能否得順利進(jìn)行的重要因素，如何對大型水電站通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計顯得十分重要。卡魯瑪水電站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計之初調(diào)研了國內(nèi)成熟的水電站項目的通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，進(jìn)行分析后完成了對卡魯瑪水電站項目的通風(fēng)設(shè)計，經(jīng)論證，卡魯瑪水電站項目通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計合理，并已實現(xiàn)初步運(yùn)營，本文細(xì)致的分析了卡魯瑪水電站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，希望對解決大型水電站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計問題有所幫助。

關(guān)鍵詞：水電站；通風(fēng)系統(tǒng)；設(shè)計研究

水電站工程施工以地下工程為主，施工中施工器械和施工車輛排放出的尾氣、爆破施工中產(chǎn)生的氮氧化物、硫化物、粉塵等污染物都會對施工者傷害。因此，保證施工現(xiàn)場通風(fēng)環(huán)境尤其重要。由于水電站地下硐室，分布為上下分層、縱橫交錯，布置復(fù)雜，所以在水電站施工中應(yīng)相保證各個硐室相互協(xié)調(diào)，所以水電站工程中各個施工段的施工進(jìn)度彼此制約，進(jìn)而相比較其他施工項目，水電站施工增加了通風(fēng)的難度。所以，水電站施工必須落實對通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計、通風(fēng)系統(tǒng)的布局和運(yùn)行控制，以保證施工安全。本文主要以卡魯瑪水電站項目為例，對通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行相關(guān)研究。

1 卡魯瑪水電站項目介紹

卡魯瑪水電站項目位于烏干達(dá)西北部，是烏干達(dá)重要水利樞紐工程，總裝機(jī)容量600MW。卡魯瑪水電樞紐設(shè)計為攔河大壩，在河道中進(jìn)行攔河建壩，同時在河壩旁建立引水發(fā)電系統(tǒng)以及配套電力輸出工程，在實現(xiàn)截流控水解決當(dāng)?shù)赜盟{(diào)節(jié)氣候的同時實現(xiàn)水力資源的利用。其中引水發(fā)電系統(tǒng)工程包括大規(guī)模的地下廠房建設(shè)、尾調(diào)室、長尾水洞、主變洞等各大硐室的施工。整個工程需進(jìn)行開挖的石方量近500萬立方米，其中地下硐室的鑿?fù)谶_(dá)到了80%以上，因此鑿巖工作量超大。

2 卡魯瑪水電站通風(fēng)布置的設(shè)計分析

2.1 國內(nèi)水電站通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計布局調(diào)研

為完成卡魯瑪水電站通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計，對國內(nèi)成熟的水電站的各個施工階段的通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了調(diào)研。結(jié)果如下：猴子巖水電站在早期階段（主廠房與主變室爆破施工階段），主廠房選取抽出式通風(fēng)方式，主變室選取壓入式通風(fēng)方式，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計在洞口外，通過送風(fēng)管將洞外空氣送至主變室，實現(xiàn)了在主廠房中廢氣的排除的同時，也可避免主變室廢氣進(jìn)入主廠房；白鶴灘水電站在中期階段（導(dǎo)流洞開挖階段），選用混合式通風(fēng)方式，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計在交通洞中，工作斷面處的空氣由風(fēng)管送至；溪洛渡水電站的后期階段（引水洞及排風(fēng)豎井已挖通），廠房頂部每8米布置一排風(fēng)口，將廠房內(nèi)廢氣排出洞外，交通洞中排風(fēng)機(jī)設(shè)計了兩臺，兩臺排風(fēng)機(jī)將主廠房中廢氣排出洞外，因引水洞與外界連接，所以主廠房內(nèi)空氣壓力低，實現(xiàn)了引水洞的自然進(jìn)風(fēng)。通過以上調(diào)研，對卡魯瑪水電站通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。

2.2 卡魯瑪水電站通風(fēng)方式

卡魯瑪水電站項目的通風(fēng)方式為主風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，輔助風(fēng)機(jī)進(jìn)行局部調(diào)節(jié)，局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場控制。分別在MATAT、EVT洞口和新增4.5米直徑3#地面通風(fēng)豎井口設(shè)置主扇風(fēng)機(jī)，在地下各通風(fēng)節(jié)點部位布置風(fēng)機(jī)、風(fēng)門等通風(fēng)設(shè)備設(shè)施，通過運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)，為施工現(xiàn)場壓入新鮮風(fēng)流，同時為井下提供風(fēng)壓，促進(jìn)有毒有害氣體及粉塵的分散和排出。同時由于水電站地下分層較多，硐室布置復(fù)雜，從各風(fēng)扇壓入的風(fēng)流在自由流動的情況下，會造成部分硐室風(fēng)質(zhì)和風(fēng)速達(dá)不到要求，需要通過輔助風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)風(fēng)流的調(diào)節(jié)。

2.3 卡魯瑪水電站通風(fēng)的細(xì)節(jié)設(shè)計

硐室群風(fēng)流控制復(fù)雜，按照三期壓入、吸出兩種方式布置，根據(jù)工作面現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)整，保證風(fēng)流，實現(xiàn)個工作面工作的穩(wěn)步開展。由于通風(fēng)系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)采用壓入式，但局部采用抽出式，因此在風(fēng)筒選擇上，輔助風(fēng)機(jī)前應(yīng)選用硬質(zhì)風(fēng)筒，如壓入式通風(fēng)800～1000米處布置輔助風(fēng)機(jī)前應(yīng)使用硬質(zhì)風(fēng)筒。在項目電力系統(tǒng)形成后，應(yīng)首先在MAT、EVT、1#支洞、2#支洞、7#支洞、尾水洞隨工作面硐室定按工程進(jìn)度布置射流風(fēng)機(jī)，保障工作面有毒有害氣體和粉塵的排除。在進(jìn)行上下層硐室施工時，應(yīng)從主風(fēng)管介入，并用抽出式風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)流，引流至下層平臺。

根據(jù)各支洞硐室開挖進(jìn)展情況布置相應(yīng)的局部通風(fēng)機(jī)，通過在硐室內(nèi)布置風(fēng)機(jī)吸風(fēng)級，將內(nèi)部氣體通過吸風(fēng)風(fēng)機(jī)抽出至風(fēng)流下風(fēng)向，造成硐室內(nèi)部欠風(fēng)壓，實現(xiàn)上風(fēng)向新鮮空氣進(jìn)入的導(dǎo)流作用，以此來完成個工作面的供風(fēng)排風(fēng)任務(wù)。如1#支洞開挖到引水支洞、2#支洞開挖到尾水支洞或是7#支洞開挖到尾水洞時，必須根據(jù)實際情況，選擇合理位置對吸出風(fēng)機(jī)進(jìn)行布置，通過局部風(fēng)機(jī)將污濁氣體抽出，并排風(fēng)到通風(fēng)豎井底部，進(jìn)而排出地表，避免各支洞硐室間污風(fēng)串聯(lián)，造成設(shè)備和人員的隱患和事故。

各層間在進(jìn)行作業(yè)室，設(shè)計初應(yīng)考慮對風(fēng)門等通風(fēng)設(shè)施的設(shè)置，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門，實現(xiàn)部分支洞硐室的關(guān)閉，避免風(fēng)力浪費和部分支洞硐室供風(fēng)不足造成事故。當(dāng)廠房第二層開挖工程已結(jié)束時，地面豎井也得以貫通，自此地表與地下已經(jīng)實現(xiàn)基本貫通。此時，EVT出渣通道任務(wù)已結(jié)束應(yīng)進(jìn)行封閉或設(shè)立風(fēng)門，控制風(fēng)流的進(jìn)入。當(dāng)支洞硐室內(nèi)形成負(fù)壓時，調(diào)節(jié)風(fēng)門進(jìn)行部分排風(fēng)；當(dāng)出現(xiàn)正壓時，因自然風(fēng)從各地表入風(fēng)口壓入，將需排出的廢氣壓在洞室群內(nèi)，此時關(guān)閉EVT出渣通道上的風(fēng)門，啟用局部風(fēng)機(jī)抽出排風(fēng)。

3 基于三階段的卡魯瑪水電站通風(fēng)設(shè)計

每個水電站項目皆有不同，地理環(huán)境，氣候均有差異，本文題目已經(jīng)指出，以卡魯瑪為例，并非普適方法，卡魯瑪?shù)母艣r已在標(biāo)題1中介紹，這個需要作者自己去審度，如每個水電站設(shè)計均有普適性，那么是否一個方案可以設(shè)計多個水電站？][這部分的邏輯是，將設(shè)計分為三個階段，就如調(diào)研的三個階段，分為一、二、三共三個階段。]

3.1 第一期通風(fēng)設(shè)計

2015年4月30日系統(tǒng)供電形成前地下洞室群通風(fēng)布置。目前正使用的2*55KW通風(fēng)機(jī)供風(fēng)給EVT及其延伸段，在EVT0+800處布置1臺15KW接力風(fēng)機(jī)。風(fēng)筒布置在EVT邊墻左側(cè)。75KW通風(fēng)機(jī)2014年12月下旬安裝，提供尾調(diào)通風(fēng)洞通風(fēng)。風(fēng)筒布置在EVT邊墻右側(cè)。2015年上旬在EVT洞口布置1臺160KW通風(fēng)機(jī)，提供主變洞第一、二層通風(fēng)。風(fēng)筒在EVT0+628、EVT0+657兩排水廊道開口，2015年1月底，各安裝1臺15KW通風(fēng)機(jī)，提供排水廊道通風(fēng)。風(fēng)筒布置在EVT頂拱左側(cè)。2015年1月10日在EVT洞口布置200KW通風(fēng)機(jī)，提供主廠房第一、二層通風(fēng)。風(fēng)筒布置在EVT頂拱右側(cè)。MAT洞口使用目前已安裝的2*55通風(fēng)機(jī)，在MAT0+1000處右側(cè)安裝一臺15KW接力風(fēng)機(jī)。2015年2月底在1#、3#通風(fēng)豎井洞口各布置一臺75kw負(fù)壓風(fēng)機(jī)。

3.2 第二期通風(fēng)設(shè)計

2015年4月30日系統(tǒng)供電形成后地下洞室群通風(fēng)布置。此階段為主廠房第二層開挖結(jié)束前通風(fēng)，截止時間為2016年1月15日。[這部分恰恰是介紹最多了，分別羅列了3.2.1 3..2.2 兩個標(biāo)題]

3.2.1 EVT入口設(shè)計

2*55KW通風(fēng)機(jī)改成吸出風(fēng)機(jī)，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)移在EVT0+620處，該樁號往外風(fēng)筒不變，往里風(fēng)筒也不拆除，用以第三期排水廊道排水孔、帷幕灌漿施工供風(fēng)備用。2015年5月上旬布置7.5KW射流風(fēng)機(jī)，間距100米，其中在主廠房、主變洞與EVT接口處各安裝一臺。160KW、200KW通風(fēng)機(jī)布置不變。75KW風(fēng)機(jī)在進(jìn)入尾調(diào)室口子安裝1條“丁”字形風(fēng)筒，往尾調(diào)室左右半室第一、二層供風(fēng)。2015年7月底在EVT0+519處，聯(lián)通豎井頂部布置2臺75吸出風(fēng)機(jī)。風(fēng)筒布置在EVT頂拱。

3.2.2 MAT入口設(shè)計

2015年4月底在洞口安裝1臺200KW通風(fēng)機(jī)，提供7#支洞通風(fēng)，同時在MAT0+800米處右側(cè)安裝1臺75接力風(fēng)機(jī)（后轉(zhuǎn)尾水吸出）。隨工作面延伸間隔100米布置1臺7.5KW射流風(fēng)機(jī)。風(fēng)筒布置在MAT右邊墻下部。2015年5月上旬在洞口安裝1臺160KW通風(fēng)機(jī)往1#支洞供風(fēng)，在MAT0+850處右側(cè)安裝1臺75KW接力風(fēng)機(jī)。隨工作面延伸間隔100米布置1臺7.5KW射流風(fēng)機(jī)。160KW通風(fēng)機(jī)布置在MAT洞口鋼架頂部左側(cè)，風(fēng)筒布置在MAT0+800開始逐漸轉(zhuǎn)向左邊墻上部。1#支洞風(fēng)筒相應(yīng)布置在左邊墻。2015年5月底在洞口安裝1臺160KW通風(fēng)機(jī)往2#支洞供風(fēng)，在MAT0+950處左側(cè)安裝1臺75KW接力風(fēng)機(jī)。隨工作面延伸間隔100米布置1臺7.5KW射流風(fēng)機(jī)。160KW通風(fēng)機(jī)布置在MAT洞口鋼架頂部右側(cè)，風(fēng)筒布置在MAT0+900開始逐漸轉(zhuǎn)向左邊墻下部，1#支洞風(fēng)筒以部。2#支洞風(fēng)筒布置在左邊墻。2015年6月15日將MAT0+1000處的15KW接力風(fēng)機(jī)改成2*37KW接力風(fēng)機(jī)，往主變洞第三層開挖供風(fēng)。2015年5月中旬在MAT內(nèi)安裝7.5KW射流風(fēng)機(jī)，間距100米。

3.3 第三期通風(fēng)設(shè)計

2015年4月30日系統(tǒng)供電形成后地下洞室群通風(fēng)布置。2015年12月底廠房第二層開挖支護(hù)結(jié)束，第三、第四層供風(fēng)從EVT洞口200KW 通風(fēng)機(jī)接入，風(fēng)筒從EVT與MAT聯(lián)通豎井引入到安裝間。風(fēng)筒到MAT時布置在頂拱左側(cè)。2015年10月底完成主變洞第三層開挖后，第四層供風(fēng)從EVT洞口160KW風(fēng)機(jī)接入，風(fēng)筒從EVT與MAT聯(lián)通豎井引入。風(fēng)筒到MAT時布置在頂拱右側(cè)。2015年10月底將MAT洞口2*55KW風(fēng)機(jī)改成尾調(diào)室右半室開挖供風(fēng)。2015年8月底7#支洞開挖可到尾水洞口，2015年6月中旬新增的排風(fēng)豎井開挖已完成。2015年6月底安裝1臺200KW（新購）風(fēng)機(jī)在豎井地面往7#支洞供風(fēng)，MAT洞口200KW風(fēng)機(jī)和MAT0+800處75KW接力風(fēng)機(jī)可拆除。2015年7月中旬，拆除的200KW風(fēng)機(jī)從通風(fēng)豎井接入，供應(yīng)尾水隧洞通風(fēng)。2015年11月中旬在EVT0+100處安裝關(guān)啟大門，半扇固定（安裝1人行小門），另半扇可關(guān)啟。2015年7月底在聯(lián)通豎井與2#支洞間的聯(lián)通段洞口布置關(guān)啟大門。

3.4 卡魯瑪水電站尾水洞、引水下平洞、尾水下平洞的通風(fēng)設(shè)計的配置及要求

根據(jù)各支洞硐室需求，選型配對適應(yīng)的風(fēng)機(jī)。進(jìn)行壓入作業(yè)時，通為保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保持風(fēng)速均勻，在風(fēng)管選型時，根據(jù)風(fēng)機(jī)型號，場所風(fēng)壓要求進(jìn)行選型，必須是硬質(zhì)風(fēng)管。同時根據(jù)巷道、隧道情況進(jìn)行懸掛固定，保證風(fēng)量和風(fēng)速。進(jìn)行排除作業(yè)時，選用適當(dāng)?shù)奈L(fēng)機(jī)，如射流風(fēng)機(jī)，風(fēng)管可以使用軟質(zhì)的，注意保證風(fēng)管沒有死彎等，時根據(jù)現(xiàn)場利用效果對風(fēng)筒進(jìn)行連接、固定和懸掛。這部分內(nèi)容，描述的內(nèi)容為在三個階段中，分級的選型，風(fēng)管的要求，風(fēng)速的選擇。標(biāo)題，已經(jīng)改為：卡魯瑪水電站尾水洞、引水下平洞、尾水下平洞的通風(fēng)設(shè)計的配置及要求

4 卡魯瑪水電站地面豎井通風(fēng)設(shè)計

經(jīng)過合理設(shè)計，卡魯瑪水電站保證了地下供風(fēng)順暢，供氧重組，在豎井設(shè)置壓入式通風(fēng)機(jī)，通過新建通風(fēng)豎井，并布置1臺15KW通風(fēng)機(jī)；建立壓力豎井，并布置布置3臺15KW通風(fēng)機(jī)；在母線出線豎井布置1臺15KW通風(fēng)機(jī)等壓入新鮮空氣，實現(xiàn)井底足量供氧的目的。

5 結(jié)語

供風(fēng)是地下工程得以開展的重要因素，合理高效的供風(fēng)系統(tǒng)是水電站運(yùn)行的前提。卡魯瑪水電站項目通過對其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計，實現(xiàn)了水電站的各硐室順利供風(fēng)和充足的供氧，并實現(xiàn)初步運(yùn)營。這部分，是對整個文章的一個總結(jié)，結(jié)論已經(jīng)很明顯，既——卡魯瑪水電站項目通過對其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計，實現(xiàn)了水電站的各硐室順利供風(fēng)和充足的供氧，并實現(xiàn)初步運(yùn)營。證明卡魯瑪?shù)脑O(shè)計師合理的，是有借鑒價值的。不論結(jié)語還是結(jié)論，這部分都是為對讀者的一個結(jié)果，既——合理高效的供風(fēng)系統(tǒng)是水電站運(yùn)行的前提，卡魯瑪有借鑒價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高玄濤，王英學(xué)，張超，等.錦屏二級水電站特長隧洞群施工通風(fēng)方案選擇[J].鐵道建筑.2013（07）：49-51.

[2] 馬德萍，李艷玲，莫政宇，等.向家壩地下洞室群施工通風(fēng)效果三維數(shù)值模擬[J].人民長江.2011（01）：29-32.