卡魯瑪水電站尾水隧洞施工期的通風(fēng)設(shè)計及應(yīng)用

任 俊 友， 陳 麗 萍， 劉 志 輝， 吳 虹 私

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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卡魯瑪水電站尾水隧洞施工期的通風(fēng)設(shè)計及應(yīng)用

任 俊 友， 陳 麗 萍， 劉 志 輝， 吳 虹 私

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

長隧洞通風(fēng)散煙是隧洞工程施工的一個難題，通風(fēng)效果的好壞直接影響到長期從事地下工程施工人員的身心健康和隧洞施工進度。如果沒有良好的施工通風(fēng)設(shè)計方案，將嚴(yán)重影響企業(yè)形象，甚至因為通風(fēng)不達標(biāo)而停工。為解決卡魯瑪水電站尾水隧洞項目施工的通風(fēng)問題，經(jīng)過模型分析和嚴(yán)格的理論計算，設(shè)計了有效的通風(fēng)方案，經(jīng)過該項目的實踐驗證，通風(fēng)效果良好，可為類似工程提供參考。

卡魯瑪水電站；尾水隧洞；通風(fēng)；設(shè)計及應(yīng)用

1 工程概況

卡魯瑪水電站為烏干達境內(nèi)維多利亞尼羅河上規(guī)劃7個梯級電站中的第3級，位于卡魯瑪-古蘆高速公路附近，距離烏干達首都坎帕拉270 km，距離古蘆75 km。該電站任務(wù)以發(fā)電為主。安裝6臺、單機容量為100 MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量為600 MW。

卡魯瑪水電站尾水隧洞由兩條獨立且平行布置的大尺寸隧洞組成。兩條尾水隧洞分別為1#、2#尾水洞，主洞長均為7 143 m，采用平底馬蹄形斷面形式，開挖洞徑寬13.7～14.8 m，高13.45～14.8 m，混凝土襯砌后洞徑寬12.8 m，高12.8 m，底板寬度為10.5 m。

施工方案設(shè)置了三條施工支洞，分別為：8#施工支洞(L=1 068.3 m)、9#施工支洞(L=642.1 m)及10#支洞(L=365 m)，支洞V類圍巖洞段采用馬蹄形斷面，其余采用城門洞形斷面。

2 通風(fēng)方案的設(shè)計

2.1 通風(fēng)設(shè)計原則

根據(jù)該標(biāo)段工程特點，通風(fēng)設(shè)計遵循“縮短通風(fēng)流程，減小通風(fēng)阻力，增大通風(fēng)能力，提高抗災(zāi)能力”的基本原則，優(yōu)先選擇分區(qū)分期通風(fēng)方式，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，做到通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)簡單、風(fēng)流穩(wěn)定、系統(tǒng)可靠、風(fēng)量充足、風(fēng)速風(fēng)質(zhì)符合要求。

2.2 通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

洞室最低風(fēng)速不小于0.15 m/s，最大風(fēng)速不超過6 m/s；噪音最高不大于90 dB；有害氣體濃度CO2小于0.5%，CO不大于0.002 4%(或30 mg/m3)，NO2不大于0.000 25%(或5 mg/m3)，SO2不大于0.000 52%(或15 mg/m3)，H2S不大于0.000 66%(或10 mg/m3)。

2.3 設(shè)計模型

根據(jù)施工圖與現(xiàn)場條件，該施工方案主要考慮的是1#尾水洞、2#尾水洞上層開挖的施工通風(fēng)，其主洞的開挖剖面見圖1。

圖1 主洞開挖剖面圖(單位:cm)

通風(fēng)采用以下方案：

通風(fēng)線路1：采用壓入為主、吸出為輔的方式通風(fēng)。為了縮短通風(fēng)長度，在8#支洞與1#尾水洞、2#尾水洞相交的中間增設(shè)1個直徑為5 m(襯砌后的直徑)的豎井，同時作為壓入和吸出主洞及施工支洞內(nèi)污風(fēng)的通道。

通風(fēng)線路2：采用獨頭壓入式通風(fēng)，采用由9#支洞進口分別向1#尾水洞、2#尾水洞引2根通風(fēng)管供風(fēng)。

通風(fēng)線路3：采用獨頭壓入式通風(fēng)，采用由10#支洞進口分別向1#尾水洞、2#尾水洞引2根通風(fēng)管供風(fēng)。

通風(fēng)洞室的工程特性見表1。

2.4 通風(fēng)計算

表1 通風(fēng)洞室特性一覽表

(1)施工人員所需風(fēng)量Q1的計算公式：

Q1=m×q1×k

式中m為工作人數(shù)，按50人計算;q1為每個人需要的通風(fēng)量，按3 m3/min計；k為通風(fēng)備用系數(shù)，取1.25。

(2)壓入式通風(fēng)方式排除炮煙的風(fēng)量Q2的計算公式：

Q2=2.25/t×〔[G(AL0)2∮B/P2]〕^(1/3)

式中t為通風(fēng)時間，按40 min考慮；G為次爆破的炸藥量，kg；A為洞室斷面積，m2；L0為洞室通風(fēng)的臨界長度，m，L0=12.5×G×B×K/(A×P2)；K為紊流擴散系數(shù)，取0.5；∮為淋水系數(shù)，按沿干燥巖層掘進的隧洞為0.8；，潮濕的隧洞為0.6，巖層含水或使用水幕為0.3取值；B為炸藥爆炸時的有害氣體生成量，按煤層中爆破取100,巖石中爆破取40考慮；L為洞室通風(fēng)的長度；P為風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)，P=1/(1-L/100×P100)；P100為百米風(fēng)筒漏風(fēng)率，一般取2%。

(3)按通風(fēng)的最低風(fēng)速要求Q3的計算公式：

Q3=60×v×A

式中v為洞室中要求的最小風(fēng)速，取0.15 m/s。

(4)洞內(nèi)工作人數(shù)及柴油設(shè)備運行所需風(fēng)量Q4的計算公式:

Q4=Q1+W×q2

式中W為洞內(nèi)運行柴油機總功率，取600 kW；q2為內(nèi)然機每kW需要的通風(fēng)量，取3 m3/min。

(5)局部扇風(fēng)機風(fēng)量Q局的計算公式：

Q局=P×Q

式中Q為以各種條件計算的洞內(nèi)所需最大通風(fēng)量。

(6)通風(fēng)風(fēng)壓的計算公式：

①計算風(fēng)筒通風(fēng)阻力h1：

h1=(Rf+Rj)×Q局×Q

式中Rf=6.5×α×L/D5；Rj=ζ×1/D4；D為風(fēng)筒直徑；α為風(fēng)筒阻力系數(shù)，取0.003 04；ζ為風(fēng)筒出口局部阻力系數(shù)，風(fēng)筒在洞內(nèi)呈直筒，無分岔和拐彎，取1。

②通風(fēng)機工作的全風(fēng)壓h全：

h全=h1+h0

式中h0為風(fēng)筒出口風(fēng)阻，h0=ζ×Q2/D4。

3 通風(fēng)設(shè)備的選擇與布置

3.1 各洞室需風(fēng)量及風(fēng)壓計算成果

(1)各洞室需風(fēng)量計算成果見表2。

表2 各洞室需風(fēng)量計算成果一覽表

(2)各洞室通風(fēng)風(fēng)壓計算成果見表3。

表3 各洞室風(fēng)機工作風(fēng)壓計算成果一覽表

3.2 設(shè)備選型原則

按通風(fēng)量計算公式計算各自需要的通風(fēng)量后選用其中的最大值。依據(jù)以上原則選定的施工通風(fēng)量除滿足洞內(nèi)允許最小風(fēng)速外，還應(yīng)注意不得超過洞內(nèi)最大允許風(fēng)速。因此，依據(jù)“表2中Q局和表3中H全兩個參數(shù)選擇通風(fēng)機。

3.3 通風(fēng)設(shè)備的選擇

結(jié)合工程通風(fēng)特點及計算成果，初步擬定通風(fēng)設(shè)備的選型見表4。

3.4 通風(fēng)設(shè)備的布置

通風(fēng)線路1：在8#支洞與1#尾水洞、2#尾水洞相交的中間設(shè)置1個洞徑為5 m(襯砌后的直徑)的豎井，由豎井供風(fēng)，同時兼顧排除洞內(nèi)污風(fēng)的任務(wù) 。

表4 通風(fēng)設(shè)備選型一覽表

在距豎井口上風(fēng)處30～50 m范圍布置4臺2×110 kW的SDF(B)-№16變頻風(fēng)機，采取壓入式方式提供作業(yè)面新鮮風(fēng)；在豎井出口下風(fēng)方向布置4臺37 kW的DFZ-№24大流量低壓風(fēng)機，用于吸出洞內(nèi)工作面的污風(fēng)。每個風(fēng)機直徑1.8 m 的通風(fēng)軟管分別通向8#支洞與1#、2#尾水主洞的上下游工作面。通風(fēng)軟管90°轉(zhuǎn)彎處采用剛性彎頭。

通風(fēng)線路2：在9#支洞距進口30～50 m處布置2臺2×160 kW的SDF(B)-№17變頻風(fēng)機，分別通向與1#、2#尾水主洞的上游工作面；布置2臺2×200 kW的SDF(B)-№18變頻風(fēng)機分別通向與1#、2#尾水主洞的下游工作面。

通風(fēng)線路3：在10#支洞距進口30～50 m處布置2臺2×160 kW的SDF(B)-№17變頻風(fēng)機，分別通向與1#、2#尾水主洞的上游工作面；布置2臺2×75 kW的SDF(B)-№14變頻風(fēng)機分別通向與1#、2#尾水主洞的下游工作面。通風(fēng)系統(tǒng)布置情況見圖2。

4 實施效果

卡魯瑪水電站通風(fēng)方案在工程實施中效果較明顯，實施通風(fēng)方案后的通風(fēng)管布置情況見圖3。

目前，烏干達卡魯瑪水電站8#、9#、10#支洞以及1#尾水隧洞、2#尾水隧洞已完成全部開挖支護工作，累計完成土石方明挖35.28萬m3，累計完成石方洞挖244.5萬m3，累計完成噴混凝土4.07萬m3；累計完成錨桿制安4.42萬根，累計完成鋼結(jié)構(gòu)制安386.37 t。目前項目已全面轉(zhuǎn)入混凝土襯砌階段，已完成全部底板墊層澆筑及邊頂拱澆筑48倉，共計574.8 m，累計完成混凝土澆筑3.65萬m3。

經(jīng)過多次抽檢出風(fēng)口風(fēng)速和洞內(nèi)空氣質(zhì)量，其最小風(fēng)速、洞內(nèi)溫度、含氧量、有害氣體含量均在施工作業(yè)環(huán)境的允許范圍內(nèi)，洞內(nèi)通風(fēng)效果得到業(yè)主、監(jiān)理、現(xiàn)場施工作業(yè)人員的一致肯定，實施效果良好。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)布置示意圖

圖3 通風(fēng)管布置圖

[1] 水利電力部水利水電建設(shè)總局，編.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊——2施工技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2] 《水利水電工程施工手冊》編委會，編.水利水電工程施工手冊.第2卷，土石方工程[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3] 賴滌泉.隧道施工通風(fēng)與防塵[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

任俊友(1965-), 男，四川南充人，總經(jīng)理助理兼工程管理部主任，高級經(jīng)濟師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；

陳麗萍(1980-)，女，江西南豐人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

劉志輝(1987-)，男，吉林長春人，項目工程部副主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

吳虹私(1990-)，男，四川達洲人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

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1001-2184(2017)03-0079-05