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

任 俊 友， 陳 麗 萍， 劉 志 輝， 吳 虹 私

(中國(guó)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(jì)及應(yīng)用

任 俊 友， 陳 麗 萍， 劉 志 輝， 吳 虹 私

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

長(zhǎng)隧洞通風(fēng)散煙是隧洞工程施工的一個(gè)難題，通風(fēng)效果的好壞直接影響到長(zhǎng)期從事地下工程施工人員的身心健康和隧洞施工進(jìn)度。如果沒(méi)有良好的施工通風(fēng)設(shè)計(jì)方案，將嚴(yán)重影響企業(yè)形象，甚至因?yàn)橥L(fēng)不達(dá)標(biāo)而停工。為解決卡魯瑪水電站尾水隧洞項(xiàng)目施工的通風(fēng)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)模型分析和嚴(yán)格的理論計(jì)算，設(shè)計(jì)了有效的通風(fēng)方案，經(jīng)過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)踐驗(yàn)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(jì)及應(yīng)用

1 工程概況

卡魯瑪水電站為烏干達(dá)境內(nèi)維多利亞尼羅河上規(guī)劃7個(gè)梯級(jí)電站中的第3級(jí)，位于卡魯瑪-古蘆高速公路附近，距離烏干達(dá)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(tái)、單機(jī)容量為100 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為600 MW。

卡魯瑪水電站尾水隧洞由兩條獨(dú)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(zhǎng)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(jì)

2.1 通風(fēng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)該標(biāo)段工程特點(diǎn)，通風(fēng)設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(guò)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(jì)模型

根據(jù)施工圖與現(xiàn)場(chǎng)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(jiàn)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(zhǎng)度，在8#支洞與1#尾水洞、2#尾水洞相交的中間增設(shè)1個(gè)直徑為5 m(襯砌后的直徑)的豎井，同時(shí)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(dú)頭壓入式通風(fēng)，采用由9#支洞進(jìn)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(dú)頭壓入式通風(fēng)，采用由10#支洞進(jìn)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(jiàn)表1。

2.4 通風(fēng)計(jì)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(jì)算公式：

Q1=m×q1×k

式中m為工作人數(shù)，按50人計(jì)算;q1為每個(gè)人需要的通風(fēng)量，按3 m3/min計(jì)；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(jì)算公式：

Q2=2.25/t×〔[G(AL0)2∮B/P2]〕^(1/3)

式中t為通風(fēng)時(shí)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(zhǎng)度，m，L0=12.5×G×B×K/(A×P2)；K為紊流擴(kuò)散系數(shù)，取0.5；∮為淋水系數(shù)，按沿干燥巖層掘進(jìn)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(shí)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(zhǎng)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(jì)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(yùn)行所需風(fēng)量Q4的計(jì)算公式:

Q4=Q1+W×q2

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

(5)局部扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q局的計(jì)算公式：

Q局=P×Q

式中Q為以各種條件計(jì)算的洞內(nèi)所需最大通風(fēng)量。

(6)通風(fēng)風(fēng)壓的計(jì)算公式：

①計(jì)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(wú)分岔和拐彎，取1。

②通風(fēng)機(jī)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(jì)算成果

(1)各洞室需風(fēng)量計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 各洞室需風(fēng)量計(jì)算成果一覽表

(2)各洞室通風(fēng)風(fēng)壓計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 各洞室風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓計(jì)算成果一覽表

3.2 設(shè)備選型原則

按通風(fēng)量計(jì)算公式計(jì)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(guò)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(gè)參數(shù)選擇通風(fēng)機(jī)。

3.3 通風(fēng)設(shè)備的選擇

結(jié)合工程通風(fēng)特點(diǎn)及計(jì)算成果，初步擬定通風(fēng)設(shè)備的選型見(jiàn)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(gè)洞徑為5 m(襯砌后的直徑)的豎井，由豎井供風(fēng)，同時(shí)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(tái)2×110 kW的SDF(B)-№16變頻風(fēng)機(jī)，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(tái)37 kW的DFZ-№24大流量低壓風(fēng)機(jī)，用于吸出洞內(nèi)工作面的污風(fēng)。每個(gè)風(fēng)機(jī)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(jìn)口30～50 m處布置2臺(tái)2×160 kW的SDF(B)-№17變頻風(fēng)機(jī)，分別通向與1#、2#尾水主洞的上游工作面；布置2臺(tái)2×200 kW的SDF(B)-№18變頻風(fēng)機(jī)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(jìn)口30～50 m處布置2臺(tái)2×160 kW的SDF(B)-№17變頻風(fēng)機(jī)，分別通向與1#、2#尾水主洞的上游工作面；布置2臺(tái)2×75 kW的SDF(B)-№14變頻風(fēng)機(jī)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(jiàn)圖2。

4 實(shí)施效果

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

目前，烏干達(dá)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(hù)工作，累計(jì)完成土石方明挖35.28萬(wàn)m3，累計(jì)完成石方洞挖244.5萬(wàn)m3，累計(jì)完成噴混凝土4.07萬(wàn)m3；累計(jì)完成錨桿制安4.42萬(wàn)根，累計(jì)完成鋼結(jié)構(gòu)制安386.37 t。目前項(xiàng)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(cāng)，共計(jì)574.8 m，累計(jì)完成混凝土澆筑3.65萬(wàn)m3。

經(jīng)過(guò)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(chǎng)施工作業(yè)人員的一致肯定，實(shí)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(jì)手冊(cè)——2施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[2] 《水利水電工程施工手冊(cè)》編委會(huì)，編.水利水電工程施工手冊(cè).第2卷，土石方工程[M].北京：中國(guó)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(guó)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(jí)經(jīng)濟(jì)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(jí)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(zhǎng)春人，項(xiàng)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(dá)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