五岳抽水蓄能電站地下洞室群通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)

◎李闖 中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司

1.引言

隨著國(guó)家的發(fā)展，我國(guó)抽水蓄能電站也如雨后春筍般生長(zhǎng)。而抽水蓄能電站伴隨著大量的洞室群建設(shè)。因此，洞室群內(nèi)的通風(fēng)排氣問(wèn)題也受到了越來(lái)越多的專家和學(xué)者的關(guān)注，通風(fēng)體系已經(jīng)發(fā)展得較為完整。洞室群內(nèi)的通風(fēng)主要是在施工期，施工期洞內(nèi)的塵土和有害物很難排出，針對(duì)這一問(wèn)題，有相關(guān)的專家和學(xué)者主要從幾個(gè)方向進(jìn)行研究：①洞內(nèi)洞室內(nèi)風(fēng)流流場(chǎng)規(guī)律；②洞室內(nèi)污染物（CO、粉塵等）擴(kuò)散規(guī)律；③洞室通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量計(jì)算；④通風(fēng)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(gè)方面進(jìn)行介紹：施工期間的通風(fēng)系統(tǒng)布置原則和基本要求，通風(fēng)量的計(jì)算，通風(fēng)布置中遇到的難點(diǎn)及相應(yīng)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(xiāng)和羅山縣定遠(yuǎn)鄉(xiāng)，上水庫(kù)位于牢山寨北坡近頂部山坳處的牢山林場(chǎng)，下水庫(kù)利用已建的五岳水庫(kù)。電站至光山縣城、信陽(yáng)市公路里程分別為42km、74km，根據(jù)河南電網(wǎng)的需求特點(diǎn)和五岳抽水蓄能電站的功能特性，本工程的開(kāi)發(fā)任務(wù)主要是承擔(dān)河南電網(wǎng)的調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)。五岳抽水蓄能電站裝機(jī)容量為1000MW，安裝4臺(tái)單機(jī)容量為250MW的水泵水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。主要有上水庫(kù)、輸水發(fā)電系統(tǒng)和下水庫(kù)渠道組成。

3.施工通風(fēng)系統(tǒng)布置原則和要求

施工通風(fēng)系的布置要參照DL/T5099-2011《水工建筑物地下開(kāi)挖工程施工技術(shù)規(guī)范》，規(guī)范中規(guī)定，為了保證洞內(nèi)施工人員的健康，洞內(nèi)空氣中氧氣的含量不能低于20%，洞內(nèi)有害物質(zhì)的含量應(yīng)該滿足規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)。

通風(fēng)系統(tǒng)在進(jìn)行布置時(shí)應(yīng)滿足以下原則：

（1）滿足規(guī)范要求最小通風(fēng)量和最小風(fēng)速。首先要能保證洞內(nèi)施工人員的正常呼吸，其次要保證能夠?qū)⒍磧?nèi)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(dāng)設(shè)計(jì)的洞室長(zhǎng)度很大時(shí)，減少多個(gè)風(fēng)力連接的通風(fēng)布置，采用風(fēng)壓較大且風(fēng)流量較大的進(jìn)口風(fēng)機(jī)；為使洞內(nèi)的排氣效率提高，可以采取“低進(jìn)高出”的方式；

（3）利用進(jìn)廠交通洞進(jìn)風(fēng)，通風(fēng)兼安全洞出風(fēng)，盡早形成良好的通風(fēng)環(huán)境；

（4）通風(fēng)時(shí)盡量避免進(jìn)風(fēng)口空氣污染，因此保證隧道口的空氣環(huán)境也是至關(guān)重要的；

（5）通風(fēng)管吊掛做到平、直、緊、穩(wěn)、順，以降低風(fēng)量的損失。

4.施工期通排風(fēng)量的計(jì)算

（1）主副廠房、主變洞第一施工階段，風(fēng)機(jī)布置在通風(fēng)兼安全洞口：

主副廠房第一層+主變洞第一層開(kāi)挖容積=208×165+117×140=50700m3，主副廠房第二層開(kāi)挖時(shí)，主變洞第一層已經(jīng)開(kāi)挖完成，進(jìn)入主變洞第二層開(kāi)挖，主變洞可形成過(guò)流通風(fēng)，該處通風(fēng)主要由進(jìn)廠交通洞口布置的2×132k w風(fēng)機(jī)供風(fēng)。因此，取最大容積為主副廠房第一層+第二層開(kāi)挖容積，約為(208+218)×165=70356m3，空氣35分鐘內(nèi)置換一次，該效果滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，根據(jù)計(jì)算得到通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)需求如表1所示。

考慮主副廠房施工期間風(fēng)速分布的不均勻和風(fēng)流紊亂擴(kuò)散的作用，考慮一定的富余系數(shù)，選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)為：2#風(fēng)機(jī)：2XAVH-R125.110.4.8（2＊110kw）。

在主副廠房頂層、第二層、主變洞第一層開(kāi)挖完成后，2#風(fēng)機(jī)移到進(jìn)場(chǎng)交通洞負(fù)責(zé)尾水的開(kāi)挖供風(fēng)；在通風(fēng)兼安全洞和主變排風(fēng)洞口設(shè)置排風(fēng)機(jī)3#風(fēng)機(jī)（2×75kw），分別負(fù)責(zé)主廠房和主變洞的散煙，把通風(fēng)兼安全洞作為散煙通道使用，這樣保證空氣單循環(huán)，避免空氣亂串，導(dǎo)致地下洞室群通風(fēng)失效。

（2）頂層開(kāi)挖完成后，在進(jìn)廠交通洞口布置5#風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)：主副廠房、主變洞、尾閘室三大洞室剩余開(kāi)挖：設(shè)置三通分別向三大洞室供風(fēng)。

三大洞室頂層開(kāi)挖容積約為187，200m3，風(fēng)帶末端風(fēng)量設(shè)計(jì)為43m3/s,此風(fēng)量可使頂層臺(tái)階內(nèi)的空氣73分鐘內(nèi)置換一次，該效果滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求,根據(jù)計(jì)算得到通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)需求如表2所示。

根據(jù)以上通風(fēng)的數(shù)據(jù)選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)為5#風(fēng)機(jī)：2XAVH-R140.132.4.8（2＊132kw）。

5.通風(fēng)系統(tǒng)的難點(diǎn)及解決措施

（1）通風(fēng)布置中遇到的難點(diǎn)。①由于本工程的施工面積較大，而且施工程序繁雜，通風(fēng)系統(tǒng)不僅關(guān)系著施工人員的身體健康，同樣也影響著施工的進(jìn)度和質(zhì)量，若未能按照要求將洞內(nèi)的有害氣體和塵土排出，還可能會(huì)導(dǎo)致工程事故，因此通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。②地下洞室群數(shù)量較多，在施工過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)相互影響，尤其是當(dāng)洞內(nèi)爆破施工時(shí)，灰塵和污染物導(dǎo)出流散，洞室越多，相互影響的程度就越大；③工程中主要進(jìn)風(fēng)的管道長(zhǎng)達(dá)1200m，雖然一體的風(fēng)管可以減少風(fēng)量的損失，但同時(shí)風(fēng)壓損耗較大，也會(huì)降低風(fēng)壓。

（2）解決措施。為了解決以上這些問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，提出相應(yīng)的解決措施。首先利用進(jìn)廠交通洞和通風(fēng)兼安全洞作為排風(fēng)系統(tǒng)的主要送風(fēng)通道，為了讓進(jìn)風(fēng)口的空氣能夠新鮮，采取“下進(jìn)上出”的流通方式，進(jìn)廠交通洞作為補(bǔ)風(fēng)洞口，通風(fēng)兼安全洞作為排風(fēng)口，讓洞內(nèi)的氣體流通形成循環(huán)流動(dòng)。其次，為改善主副廠房、主變洞、尾閘室上層施工期間通風(fēng)條件，可以在三大洞室層與層之間設(shè)置臨時(shí)聯(lián)通的通風(fēng)豎井，合理、有效地組織通風(fēng)風(fēng)流，施工通風(fēng)應(yīng)根據(jù)各施工部位的通道及施工程序的不同，采取分部位進(jìn)行規(guī)劃。

結(jié)合本工程實(shí)際，為保證通風(fēng)效果，各工作面通風(fēng)均采用一站式通風(fēng)到底的方式，中途不采用接力通風(fēng)。施工通風(fēng)采用混合式通風(fēng)方式，即壓入式通風(fēng)為主，以吸出式通風(fēng)為輔。采用無(wú)極調(diào)速變頻軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)工作效率不低于85%，噪音≤85分貝，通過(guò)通風(fēng)計(jì)算及設(shè)備調(diào)研，對(duì)主副廠房、主變洞、尾水閘門(mén)室以及其他洞室等重點(diǎn)部位供風(fēng)的風(fēng)機(jī)均采用瑞典進(jìn)口SWEDFAN無(wú)極調(diào)速變頻風(fēng)機(jī)，提高通風(fēng)效果，改善洞內(nèi)空氣質(zhì)量。

6.施工通風(fēng)優(yōu)化建議

由于主副廠房和主變洞開(kāi)挖支護(hù)施工期間，施工人員及各種大型設(shè)備設(shè)備較多，鉆孔、噴混凝土支護(hù)、出渣運(yùn)輸?shù)雀鞣N工序存在交叉作業(yè)現(xiàn)象，通風(fēng)機(jī)幾乎為24小時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，為保證主副廠房及主變洞通風(fēng)順暢，根據(jù)現(xiàn)有地形和探洞線型，擬增設(shè)自然通風(fēng)豎井結(jié)合機(jī)械通風(fēng)，增強(qiáng)通風(fēng)效果。

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