五岳抽水蓄能電站地下洞室群通風系統技術

◎李闖 中國水利水電第十一工程局有限公司

1.引言

隨著國家的發展，我國抽水蓄能電站也如雨后春筍般生長。而抽水蓄能電站伴隨著大量的洞室群建設。因此，洞室群內的通風排氣問題也受到了越來越多的專家和學者的關注，通風體系已經發展得較為完整。洞室群內的通風主要是在施工期，施工期洞內的塵土和有害物很難排出，針對這一問題，有相關的專家和學者主要從幾個方向進行研究：①洞內洞室內風流流場規律；②洞室內污染物（CO、粉塵等）擴散規律；③洞室通風系統的風量計算；④通風布置等方面的研究。本文將以五岳抽水蓄能電站為工程依托，主要從以下幾個方面進行介紹：施工期間的通風系統布置原則和基本要求，通風量的計算，通風布置中遇到的難點及相應的解決措施。

2.工程概況

五岳抽水蓄能電站位于河南省光山縣殷棚鄉和羅山縣定遠鄉，上水庫位于牢山寨北坡近頂部山坳處的牢山林場，下水庫利用已建的五岳水庫。電站至光山縣城、信陽市公路里程分別為42km、74km，根據河南電網的需求特點和五岳抽水蓄能電站的功能特性，本工程的開發任務主要是承擔河南電網的調峰填谷、調頻調相、緊急事故備用等任務。五岳抽水蓄能電站裝機容量為1000MW，安裝4臺單機容量為250MW的水泵水輪發電電動機組。主要有上水庫、輸水發電系統和下水庫渠道組成。

3.施工通風系統布置原則和要求

施工通風系的布置要參照DL/T5099-2011《水工建筑物地下開挖工程施工技術規范》，規范中規定，為了保證洞內施工人員的健康，洞內空氣中氧氣的含量不能低于20%，洞內有害物質的含量應該滿足規范中的標準。

通風系統在進行布置時應滿足以下原則：

（1）滿足規范要求最小通風量和最小風速。首先要能保證洞內施工人員的正常呼吸，其次要保證能夠將洞內的廢氣和有害氣體沖淡，最后還要保證一定的降溫作用。

（2）當設計的洞室長度很大時，減少多個風力連接的通風布置，采用風壓較大且風流量較大的進口風機；為使洞內的排氣效率提高，可以采取“低進高出”的方式；

（3）利用進廠交通洞進風，通風兼安全洞出風，盡早形成良好的通風環境；

（4）通風時盡量避免進風口空氣污染，因此保證隧道口的空氣環境也是至關重要的；

（5）通風管吊掛做到平、直、緊、穩、順，以降低風量的損失。

4.施工期通排風量的計算

（1）主副廠房、主變洞第一施工階段，風機布置在通風兼安全洞口：

主副廠房第一層+主變洞第一層開挖容積=208×165+117×140=50700m3，主副廠房第二層開挖時，主變洞第一層已經開挖完成，進入主變洞第二層開挖，主變洞可形成過流通風，該處通風主要由進廠交通洞口布置的2×132k w風機供風。因此，取最大容積為主副廠房第一層+第二層開挖容積，約為(208+218)×165=70356m3，空氣35分鐘內置換一次，該效果滿足現場實際需求，根據計算得到通風系統的通風需求如表1所示。

考慮主副廠房施工期間風速分布的不均勻和風流紊亂擴散的作用，考慮一定的富余系數，選擇風機型號為：2#風機：2XAVH-R125.110.4.8（2＊110kw）。

在主副廠房頂層、第二層、主變洞第一層開挖完成后，2#風機移到進場交通洞負責尾水的開挖供風；在通風兼安全洞和主變排風洞口設置排風機3#風機（2×75kw），分別負責主廠房和主變洞的散煙，把通風兼安全洞作為散煙通道使用，這樣保證空氣單循環，避免空氣亂串，導致地下洞室群通風失效。

（2）頂層開挖完成后，在進廠交通洞口布置5#風機負責：主副廠房、主變洞、尾閘室三大洞室剩余開挖：設置三通分別向三大洞室供風。

三大洞室頂層開挖容積約為187，200m3，風帶末端風量設計為43m3/s,此風量可使頂層臺階內的空氣73分鐘內置換一次，該效果滿足現場實際需求,根據計算得到通風系統的通風需求如表2所示。

根據以上通風的數據選擇風機型號為5#風機：2XAVH-R140.132.4.8（2＊132kw）。

5.通風系統的難點及解決措施

（1）通風布置中遇到的難點。①由于本工程的施工面積較大，而且施工程序繁雜，通風系統不僅關系著施工人員的身體健康，同樣也影響著施工的進度和質量，若未能按照要求將洞內的有害氣體和塵土排出，還可能會導致工程事故，因此通風系統設計是至關重要的。②地下洞室群數量較多，在施工過程中不可避免的會出現相互影響，尤其是當洞內爆破施工時，灰塵和污染物導出流散，洞室越多，相互影響的程度就越大；③工程中主要進風的管道長達1200m，雖然一體的風管可以減少風量的損失，但同時風壓損耗較大，也會降低風壓。

（2）解決措施。為了解決以上這些問題，根據現場施工的實際情況，提出相應的解決措施。首先利用進廠交通洞和通風兼安全洞作為排風系統的主要送風通道，為了讓進風口的空氣能夠新鮮，采取“下進上出”的流通方式，進廠交通洞作為補風洞口，通風兼安全洞作為排風口，讓洞內的氣體流通形成循環流動。其次，為改善主副廠房、主變洞、尾閘室上層施工期間通風條件，可以在三大洞室層與層之間設置臨時聯通的通風豎井，合理、有效地組織通風風流，施工通風應根據各施工部位的通道及施工程序的不同，采取分部位進行規劃。

結合本工程實際，為保證通風效果，各工作面通風均采用一站式通風到底的方式，中途不采用接力通風。施工通風采用混合式通風方式，即壓入式通風為主，以吸出式通風為輔。采用無極調速變頻軸流風機，風機工作效率不低于85%，噪音≤85分貝，通過通風計算及設備調研，對主副廠房、主變洞、尾水閘門室以及其他洞室等重點部位供風的風機均采用瑞典進口SWEDFAN無極調速變頻風機，提高通風效果，改善洞內空氣質量。

6.施工通風優化建議

由于主副廠房和主變洞開挖支護施工期間，施工人員及各種大型設備設備較多，鉆孔、噴混凝土支護、出渣運輸等各種工序存在交叉作業現象，通風機幾乎為24小時滿負荷運轉，為保證主副廠房及主變洞通風順暢，根據現有地形和探洞線型，擬增設自然通風豎井結合機械通風，增強通風效果。

具體措施為：擬在勘探平洞末端，地下廠房頂部打設通風豎井至廠房和主變洞頂拱，通風豎井直徑1.4m，采用BMC200型反井鉆機先行鉆入直徑217mm導孔，之后在廠房中部拱頂安裝傘形擴挖鉆頭，由下而上擴挖至直徑1.4m圓形導井，主變洞頂拱亦采用此施工措施，在主變洞中部頂拱打設直徑1.4m通風豎井。