地下水封石油洞庫施工期通風(fēng)方案初探

劉更宏　趙曉

【摘 要】結(jié)合工程案例，探討地下水封石油洞庫施工通風(fēng)方案的確立，并給出了地下洞庫各巷道和洞室的通風(fēng)量計(jì)算方法，給出了通風(fēng)管道的材料選用方法。

【關(guān)鍵詞】地下水封石油洞庫；施工期；施工巷道；水幕巷道；主洞室

0 引言

近年來，為了消除國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，減小國家能源戰(zhàn)略的風(fēng)險(xiǎn)，我國加大了能源儲(chǔ)備領(lǐng)域的投資建設(shè)，興建了一批國家原油儲(chǔ)備庫。我國的國家原油儲(chǔ)備庫主要分兩類：地上原油儲(chǔ)備庫（由大型原油儲(chǔ)罐群構(gòu)成，油庫容量不小于120萬m3）；地下水封石油洞庫（由地下石制洞窟群構(gòu)成，油庫容量不小于100萬m3）。

在我國地上原油儲(chǔ)備庫已建了許多，設(shè)計(jì)、施工等各方面技術(shù)措施已較為成熟，不再贅述。地下水封石油洞庫在我國剛剛起步建設(shè)，包括設(shè)計(jì)在內(nèi)的各方面技術(shù)措施，仍處于探索階段，存在許多技術(shù)盲點(diǎn)。本文就以筆者參與設(shè)計(jì)的黃島國家地下水封石油洞庫的經(jīng)驗(yàn)，淺談一下地下水封石油洞庫在施工期間的通風(fēng)問題。

1 問題提出

地下水封石油洞庫常建在地質(zhì)為一類或二類品質(zhì)巖石為基準(zhǔn)的石體山脈下，建設(shè)過程中，需要開挖地下施工巷道、地下水幕巷道、地下主洞室。有時(shí)，為了減少工程費(fèi)用、降低施工難度、加快施工進(jìn)度，需要設(shè)置工藝操作巷道、通風(fēng)巷道等。在開外這些巷道過程中，由于火藥爆炸而產(chǎn)生大量的粉塵氣體及炮煙；在爆破后約40～60分鐘，開始進(jìn)運(yùn)渣車輛和裝載機(jī)，這些車輛在運(yùn)行時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量汽車尾氣。要消除地下洞室的煙氣和汽車尾氣，就得制訂合理的通風(fēng)方案和確定通風(fēng)量。下面結(jié)合筆者參與設(shè)計(jì)的黃島國家地下水封石油洞庫的案例，進(jìn)行探討。

1.1 地下施工巷道通風(fēng)

施工巷道為地下水封洞庫的最主要的運(yùn)輸通道，也是最先要開挖的通道。由于剛開始施

工巷道與其它巷道沒有貫通，施工巷道的通風(fēng)只能采用壓入式通風(fēng)方式，即采用高壓送風(fēng)機(jī)，將庫外的新鮮空氣送至地下施工巷道內(nèi)的工作區(qū)域。一般要求送風(fēng)管的出風(fēng)口布置在距掌子面約50～70米處，送風(fēng)口的出風(fēng)速約10～15米/秒。送風(fēng)管道宜布置在施工巷道的上方或側(cè)壁上方。

根據(jù)國內(nèi)外的施工經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)文獻(xiàn)，送風(fēng)管的出風(fēng)口距掌子面的距離也可按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

L/（2×20.5R0）=3.17/n+1/a[0.13/（n） 0.5-0.133]（1）

或者 L=6.67De （2）

上式中，L為射流的射程，即本文中出風(fēng)口距距掌子面的距離；R0為送風(fēng)管口的半徑；n為送風(fēng)管口與開挖巷道的斷面積比；a為送風(fēng)管口的紊流系數(shù)，取a=0.08；De 為開挖巷道的當(dāng)量直徑 。

從國內(nèi)外類似工程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，上述2個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果大致相近。在實(shí)際布置送風(fēng)管道時(shí)，要考慮運(yùn)輸車輛的方便行駛、管道拆卸檢修的便利、不能被爆炸產(chǎn)生的碎石毀壞等因素，在條件許可下，應(yīng)盡量使送風(fēng)管道的管口貼近開挖巷道壁面，以增加送風(fēng)射流的射程。

1.2 地下主洞室

地下水封洞庫的主洞室的數(shù)量，應(yīng)根據(jù)洞庫所在地的地勢(shì)、地下巖石的性質(zhì)和構(gòu)造帶等因素確定。一般設(shè)置5～10個(gè)主洞室，其斷面尺寸約為：20m（W）x30m（H），上部為拱形。當(dāng)施工巷道開挖到主洞室附近，此時(shí)先橫向開挖1個(gè)連接巷道，在從連接巷道開挖進(jìn)入主洞室。在主洞室開挖時(shí)，由于開挖工作量大，土石方的爆破量很大，粉塵氣體、炸藥煙氣、運(yùn)輸車輛的尾氣等有害氣體量很大，為改善工人的工作環(huán)境，一般要加大通風(fēng)量；同時(shí)需在主洞室的頂部側(cè)上方，開挖通風(fēng)豎井，其數(shù)量宜按每2～3個(gè)主洞室設(shè)1個(gè)通風(fēng)豎井考慮。通風(fēng)豎井的直徑宜為5～6米。有時(shí)，根據(jù)洞庫地勢(shì)的特點(diǎn)，為了減小通風(fēng)豎井的開挖難度和節(jié)省工程費(fèi)，可以將幾個(gè)通風(fēng)豎井用水平的通風(fēng)巷道連接起來，送風(fēng)管道布置在通風(fēng)巷道的側(cè)壁上。一般主洞室第一層開挖時(shí)，應(yīng)力爭(zhēng)使通風(fēng)豎井與施工巷道的氣流組織貫通起來，利用豎井的煙囪效應(yīng)，大量排出施工產(chǎn)生的有害氣體。

主洞室的通風(fēng)，一般采用壓入式通風(fēng)方式；有時(shí)，根據(jù)主洞室的構(gòu)造特點(diǎn)以及與施工巷道、通風(fēng)巷道的布置情況，少數(shù)主洞室的通風(fēng)，可能采用抽出式通風(fēng)方式。主洞室送風(fēng)管道布置，同施工巷道相似，其出風(fēng)口距掌子面的位置確定，仍可按公式（1）、（2）確定。

主洞室的通風(fēng)量計(jì)算，仍可按公式（3）確定。只是，一般主洞室的開挖是分三層進(jìn)行的，每層高度約10米左右。則公式（3）中的斷面風(fēng)速υ按下述方法確定：

第一層開挖時(shí)，υ1=0.22～0.25米/秒；

第二層開挖時(shí)，υ2=0.18～0.22米/秒；

第三層開挖時(shí)，υ3=0.15～0.18米/秒。

根據(jù)國外類似工程的經(jīng)驗(yàn)，主洞室的通風(fēng)量計(jì)算，還可以按下式計(jì)算：

Q=Vixni（5）

Vi =AixL（6）

上式中，Q為主洞室的通風(fēng)量，單位：米3/時(shí)；Vi為主洞室當(dāng)前開挖容積，單位：米3；ni為主洞室當(dāng)前開挖容積對(duì)應(yīng)的換氣次數(shù)，單位：次/時(shí)。Ai為主洞室當(dāng)前開挖斷面積，單位：米2；L為主洞室的開挖長(zhǎng)度，單位：米。ni的取值方法是：

第一層開挖時(shí)，n1=1.5次/時(shí)；第二層開挖時(shí)，n2=1.2次/時(shí)；第三層開挖時(shí)，n3=1次/時(shí)。

根據(jù)上述分析，對(duì)于主洞室壓入式通風(fēng)方案，隨著主洞室的開挖進(jìn)度，其送風(fēng)量是變化的，其送風(fēng)機(jī)選型，應(yīng)選用變頻調(diào)速型風(fēng)機(jī)。

2 實(shí)際通風(fēng)效果分析

由于黃島地下石油洞庫是國內(nèi)第1個(gè)大型地下水封洞庫，因而沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，筆者查閱了國內(nèi)外類似工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)的文獻(xiàn)資料。

黃島地下水封石油洞庫施工過程中，安能公司針對(duì)施工巷道、主洞室、水幕巷道等在放炮爆破、出渣過程、排煙過程等環(huán)節(jié)，每天都定時(shí)進(jìn)行有害氣體濃度檢測(cè)，從大量檢測(cè)數(shù)據(jù)中，統(tǒng)計(jì)、分析后，得出有害氣體濃度監(jiān)測(cè)表1。

從上述的國內(nèi)外有關(guān)洞庫、隧道的施工過程中有害氣體的衛(wèi)生許可標(biāo)準(zhǔn)可以看出，黃島地下水封石油洞庫施工過程中，通風(fēng)方案基本合理；從通風(fēng)一段時(shí)間后對(duì)有害氣體濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果看，黃島地下水封石油洞庫施工通風(fēng)的效果良好，并得到洞庫施工人員稱贊。由于這套通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效果良好，改善了地下施工環(huán)境，有力地促進(jìn)了工程施工進(jìn)度。也節(jié)約了大量工程費(fèi)用。

3 結(jié)束語

通過黃島地下水封石油洞庫施工通風(fēng)方案的設(shè)計(jì)，我們有以下幾條經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：

1）由于大型地下水封石油洞庫，一般建在巖石質(zhì)地良好的山體中，因山體地勢(shì)的不同，經(jīng)常會(huì)遇到通風(fēng)豎井設(shè)計(jì)的位置，處于山崖之上，幾乎無法施工。此時(shí)就必須設(shè)置水平的通風(fēng)巷道，將幾個(gè)通風(fēng)豎井用通風(fēng)巷道聯(lián)通，統(tǒng)一考慮送排風(fēng)方案。設(shè)置通風(fēng)巷道的優(yōu)點(diǎn)是：施工難度小，在山體上修建道路少，工程總投資相對(duì)豎井開挖要小一些；同時(shí)便于出渣車運(yùn)輸，此外對(duì)山體的綠化植被破壞較少，保護(hù)了環(huán)境。

2）水幕巷道的斷面較小，送風(fēng)管道采用直徑1.2m，稍偏大，影響出渣車運(yùn)行。今后類似設(shè)計(jì)，可將送風(fēng)管道直徑定為0.9～1.0m為好，適當(dāng)?shù)丶哟笏惋L(fēng)機(jī)的風(fēng)壓。

3）由于地下洞庫的各種巷道的走向不定，曲率半徑不定，同時(shí)，施工時(shí)還要不定期的拆卸風(fēng)管，故不宜采用金屬材料的風(fēng)管，而應(yīng)采用柔性材料風(fēng)管，黃島地下水封洞庫采用了柔性的復(fù)合PVC纖維布風(fēng)管降低了風(fēng)管的安裝工作量，節(jié)約了資金。

4）大量工程實(shí)踐表明，送風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)量增加1%，送風(fēng)系統(tǒng)能耗增加約5%，因此對(duì)通風(fēng)工程來講，減少漏風(fēng)量是十分重要的。

當(dāng)然，柔性的復(fù)合PVC纖維布風(fēng)管，可能會(huì)有少量的管節(jié)被尖銳器具劃破而漏風(fēng)，需要在施工運(yùn)輸時(shí)，加強(qiáng)管理，減少對(duì)PVC纖維布風(fēng)管的毀壞。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]