水電站通風系統設計分析研究

蘇先鋒

摘 要：大型水電站施工通風系統設計的完善與否關系到隧道、地下施工等能否得順利進行的重要因素，如何對大型水電站通風系統進行設計顯得十分重要。卡魯瑪水電站通風系統設計之初調研了國內成熟的水電站項目的通風系統的設計，進行分析后完成了對卡魯瑪水電站項目的通風設計，經論證，卡魯瑪水電站項目通風系統設計合理，并已實現初步運營，本文細致的分析了卡魯瑪水電站通風系統設計，希望對解決大型水電站通風系統設計問題有所幫助。

關鍵詞：水電站；通風系統；設計研究

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，保證施工現場通風環境尤其重要。由于水電站地下硐室，分布為上下分層、縱橫交錯，布置復雜，所以在水電站施工中應相保證各個硐室相互協調，所以水電站工程中各個施工段的施工進度彼此制約，進而相比較其他施工項目，水電站施工增加了通風的難度。所以，水電站施工必須落實對通風系統的設計、通風系統的布局和運行控制，以保證施工安全。本文主要以卡魯瑪水電站項目為例，對通風系統設計進行相關研究。

1 卡魯瑪水電站項目介紹

卡魯瑪水電站項目位于烏干達西北部，是烏干達重要水利樞紐工程，總裝機容量600MW?？敩斔姌屑~設計為攔河大壩，在河道中進行攔河建壩，同時在河壩旁建立引水發電系統以及配套電力輸出工程，在實現截流控水解決當地用水，調節氣候的同時實現水力資源的利用。其中引水發電系統工程包括大規模的地下廠房建設、尾調室、長尾水洞、主變洞等各大硐室的施工。整個工程需進行開挖的石方量近500萬立方米，其中地下硐室的鑿挖達到了80%以上，因此鑿巖工作量超大。

2 卡魯瑪水電站通風布置的設計分析

2.1 國內水電站通風系統設計布局調研

為完成卡魯瑪水電站通風系統的合理設計，對國內成熟的水電站的各個施工階段的通風系統的設計進行了調研。結果如下：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方式，主變室選取壓入式通風方式，通風系統設計在洞口外，通過送風管將洞外空氣送至主變室，實現了在主廠房中廢氣的排除的同時，也可避免主變室廢氣進入主廠房；白鶴灘水電站在中期階段（導流洞開挖階段），選用混合式通風方式，通風系統設計在交通洞中，工作斷面處的空氣由風管送至；溪洛渡水電站的后期階段（引水洞及排風豎井已挖通），廠房頂部每8米布置一排風口，將廠房內廢氣排出洞外，交通洞中排風機設計了兩臺，兩臺排風機將主廠房中廢氣排出洞外，因引水洞與外界連接，所以主廠房內空氣壓力低，實現了引水洞的自然進風。通過以上調研，對卡魯瑪水電站通風系統的設計提供依據。

2.2 卡魯瑪水電站通風方式

卡魯瑪水電站項目的通風方式為主風機壓入式通風，輔助風機進行局部調節，局部通風機進行現場控制。分別在MATAT、EVT洞口和新增4.5米直徑3#地面通風豎井口設置主扇風機，在地下各通風節點部位布置風機、風門等通風設備設施，通過運轉風機，為施工現場壓入新鮮風流，同時為井下提供風壓，促進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，硐室布置復雜，從各風扇壓入的風流在自由流動的情況下，會造成部分硐室風質和風速達不到要求，需要通過輔助風機的運轉和調節，實現風流的調節。

2.3 卡魯瑪水電站通風的細節設計

硐室群風流控制復雜，按照三期壓入、吸出兩種方式布置，根據工作面現場的實際情況進行轉換和調整，保證風流，實現個工作面工作的穩步開展。由于通風系統主風機采用壓入式，但局部采用抽出式，因此在風筒選擇上，輔助風機前應選用硬質風筒，如壓入式通風800～1000米處布置輔助風機前應使用硬質風筒。在項目電力系統形成后，應首先在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度布置射流風機，保障工作面有毒有害氣體和粉塵的排除。在進行上下層硐室施工時，應從主風管介入，并用抽出式風機調節風流，引流至下層平臺。

根據各支洞硐室開挖進展情況布置相應的局部通風機，通過在硐室內布置風機吸風級，將內部氣體通過吸風風機抽出至風流下風向，造成硐室內部欠風壓，實現上風向新鮮空氣進入的導流作用，以此來完成個工作面的供風排風任務。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，必須根據實際情況，選擇合理位置對吸出風機進行布置，通過局部風機將污濁氣體抽出，并排風到通風豎井底部，進而排出地表，避免各支洞硐室間污風串聯，造成設備和人員的隱患和事故。

各層間在進行作業室，設計初應考慮對風門等通風設施的設置，通過調節風門，實現部分支洞硐室的關閉，避免風力浪費和部分支洞硐室供風不足造成事故。當廠房第二層開挖工程已結束時，地面豎井也得以貫通，自此地表與地下已經實現基本貫通。此時，EVT出渣通道任務已結束應進行封閉或設立風門，控制風流的進入。當支洞硐室內形成負壓時，調節風門進行部分排風；當出現正壓時，因自然風從各地表入風口壓入，將需排出的廢氣壓在洞室群內，此時關閉EVT出渣通道上的風門，啟用局部風機抽出排風。

3 基于三階段的卡魯瑪水電站通風設計

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

3.1 第一期通風設計

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

3.2 第二期通風設計

2015年4月30日系統供電形成后地下洞室群通風布置。此階段為主廠房第二層開挖結束前通風，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 兩個標題]

3.2.1 EVT入口設計

2*55KW通風機改成吸出風機，將風機轉移在EVT0+620處，該樁號往外風筒不變，往里風筒也不拆除，用以第三期排水廊道排水孔、帷幕灌漿施工供風備用。2015年5月上旬布置7.5KW射流風機，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通風機布置不變。75KW風機在進入尾調室口子安裝1條“丁”字形風筒，往尾調室左右半室第一、二層供風。2015年7月底在EVT0+519處，聯通豎井頂部布置2臺75吸出風機。風筒布置在EVT頂拱。

3.2.2 MAT入口設計

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

3.3 第三期通風設計

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

3.4 卡魯瑪水電站尾水洞、引水下平洞、尾水下平洞的通風設計的配置及要求

根據各支洞硐室需求，選型配對適應的風機。進行壓入作業時，通為保證風機正常運轉，保持風速均勻，在風管選型時，根據風機型號，場所風壓要求進行選型，必須是硬質風管。同時根據巷道、隧道情況進行懸掛固定，保證風量和風速。進行排除作業時，選用適當的吸風機，如射流風機，風管可以使用軟質的，注意保證風管沒有死彎等，時根據現場利用效果對風筒進行連接、固定和懸掛。這部分內容，描述的內容為在三個階段中，分級的選型，風管的要求，風速的選擇。標題，已經改為：卡魯瑪水電站尾水洞、引水下平洞、尾水下平洞的通風設計的配置及要求

4 卡魯瑪水電站地面豎井通風設計

經過合理設計，卡魯瑪水電站保證了地下供風順暢，供氧重組，在豎井設置壓入式通風機，通過新建通風豎井，并布置1臺15KW通風機；建立壓力豎井，并布置布置3臺15KW通風機；在母線出線豎井布置1臺15KW通風機等壓入新鮮空氣，實現井底足量供氧的目的。

5 結語

供風是地下工程得以開展的重要因素，合理高效的供風系統是水電站運行的前提?？敩斔娬卷椖客ㄟ^對其通風系統進行合理的設計，實現了水電站的各硐室順利供風和充足的供氧，并實現初步運營。這部分，是對整個文章的一個總結，結論已經很明顯，既——卡魯瑪水電站項目通過對其通風系統進行合理的設計，實現了水電站的各硐室順利供風和充足的供氧，并實現初步運營。證明卡魯瑪的設計師合理的，是有借鑒價值的。不論結語還是結論，這部分都是為對讀者的一個結果，既——合理高效的供風系統是水電站運行的前提，卡魯瑪有借鑒價值。

參考文獻：

[1] 高玄濤，王英學，張超，等.錦屏二級水電站特長隧洞群施工通風方案選擇[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效果三維數值模擬[J].人民長江.2011（01）：29-32.