国际某大型水电工程地下洞室群通风布置

　　摘要：为了解决国际大型水电工程地下洞室群通风难度大的难题，依托安哥拉凯古路凯巴萨水电站，运用空气流量计算公式和静压计算公式，结合地下洞室群的施工过程和已有风机型号，提出一种“四阶段法”的动态通风方案，满足欧盟通风标准。实施效果表明，该方案能够有效保障施工人员的健康和安全，提高了地下工程的施工效率。

　　关键词：水电工程;地下洞室群;通风方案;欧盟标准;四阶段法

　　0　引言

　　施工通风是保证地下隧道施工环境的重要手段，是地下工程建设中必须解决的关键问题之一[1]。大型水电工程在钻孔、爆破、出渣施工过程中会产生大量污染物，严重影响作业人员人身安全和生命健康，是影响洞室施工安全、制约开挖进度、影响机械设备效率的重要因素之一[2-4]。

　　国外工程相对于国内工程而言，往往设计和施工标准更高，在噪音、粉尘、有毒气体等方面的要求更高。技术合理、安全可靠、经济效益良好的通风方案对于改善施工期地下洞室群的通风条件、保证施工人员的生命安全和提高施工效率具有重要作用[5]。本文依托安哥拉凯古路凯巴萨水电站项目(以下简称“该项目”)，重点分析了该项目地下洞室群通风设计的难点，运用作业面空气流量计算公式和静压计算公式计算，结合已有风机的型号，提出了“四阶段法”的动态通风方案。

　　工程论文投稿刊物：工程力学是中国科协主管、中国力学学会主办，清华大学土木工程系承办的以工程应用为特点的全国综合性学术刊物。

　　1　依托项目难点分析

　　该项目位于安哥拉北宽扎省，距安哥拉首都罗安达市约270km。该项目总装机容量为2172MW，安装4台530MW主机组和1台52MW生态发电机组，属于大型水利水电工程。

　　该项目的地下洞室群存在通风难度大和通风要求高这两大难点，分述如下：1)通风难度大。该项目地下厂房洞室群地下建筑物布置密集，施工通道布置复杂，地下洞室群埋深大、通透性差，且只有一条进厂交通洞与外界连通。进厂交通洞施工完成后，会形成多工作面、多工序持续平行交叉作业，施工通风难度大。2)通风要求高。根据欧盟标准《ImplementingDirective2009/125/ECoftheEuropeanParliamentandoftheCouncilwithregardtoecodesignrequirementsforventilationunits》((EU)No.1253/2014)[6]及《安哥拉凯古路凯巴萨水电站招标文件技术条款》(40185—PC—0300—CTCC)的相关规定，隧洞开挖中的回风速度需达到0.5～1.5m/s的高标准，而我国规范要求达到0.3m/s。因此，整个地下洞室群开挖通风布置的难度高于国内类似工程。

　　2　通风设计要点

　　根据通风规范要求，结合该项目特点，得出通风设计要点包括：1)通风必须采用独立的抽风和送风系统，系统由一个或多个通风管道组成，把不同污染物的浓度限制到欧盟标准允许的水平;2)抽风管道主要是用于抽排灰尘和气体。挖掘现场和抽风管道的距离为5lgS，其中S为开挖断面面积，开挖断面单位平方米的抽风流量不低于300L/s。

　　3)送风管道把新鲜空气压入工作现场，以有效、快速地换新空气。送风流量不低于50L/CV(有效马力)+[25～90m3/(h·人)];4)隧道的回风速度在0.5～1.5m/s之间;5)所有风机配备变频器，以更好地调节流通风量，并在非高峰时间减少电力消耗。并保证产生的噪声低于85dB(距离风机10m，与空气流动方向呈45°角测量);6)永久设备安装期间，应保证送风流量在厂房较低楼层至少达到10m3/s，引水隧道内靠近厂房达到10m3/s。此时，厂房约1/2的送风应输送到低处，以更好地换新工程整个高度上的空气。

　　3　通风布置方案

　　根据计算结果，结合风机型号和现场施工进展情况，分为四个阶段布置通风机，并进行动态调整。

　　3.1第一阶段第一阶段为地下厂房施工支洞开挖阶段，主要为进厂交通洞及相关施工支洞开挖支护。该阶段在进厂交通洞洞口布设两台通风机：1#通风机和2#通风机。

　　3.2第二阶段第二阶段为地下厂房前期开挖阶段，包括主厂房顶层揭顶开挖、尾调室顶层揭顶开挖、引水下平洞上层开挖、母线洞开挖、尾水管上层开挖及尾水洞上游段上层开挖支护。该阶段布设12台风机，其中6台通风机、6台排风机。由于尾水洞开挖断面大，长度长，通风难度大，为保证作业面的回风速度，当回风速度不满足0.5m/s时，在距离开挖作业面150m左右，增设射流风机进行辅助抽排风，射流风机设置为可移动式，随开挖作业面的推进而跟进。

　　3.3第三阶段

　　第三阶段为地下厂房中期开挖阶段，包括主厂房中部开挖、尾调室中部开挖、引水下平洞下层和尾水洞中层开挖支护。该阶段同样布设12台风机，包括6台通风机和6台排风机， 为改善尾水洞上游侧施工作业环境，形成循环的通排风系统，在尾调室揭顶完成后进行尾调室中下部Φ380cm溜渣井的开挖，利用溜渣井抽排尾水洞上游侧的污浊空气至尾调室上层，再经2#排风机抽排出洞外。

　　采用风量测量仪器，对风机出口流量、风管末端流量进行测量，结果显示回风速度达到0.5～1.5m/s，满足该项目招标文件要求;采用氮氧化物测量仪，可对作业面现场的空气质量进行测量，结果满足欧盟相关规范要求;采用噪声测试仪对作业现场噪声进行检测，结果显示噪声低于85dB(在距离风机10m、与空气流动方向呈45°角测量得到)，满足欧盟标准相关要求。通风效果获得现场欧洲监理工程师一致认可。

　　4　结语

　　安哥拉凯古路凯巴萨水电站地下洞室群布置复杂，洞内施工支洞纵横交错、技术难度大，且采用单通道进洞方式，自然通风通道少、空气置换难度大，施工期通风矛盾突出。本文提出的通风方案紧密结合洞室群布置结构，以引水洞下平段、主厂房、尾调室、尾水管及尾水洞上游段等通风难度最大的施工部位为通风的重点，运用空气流量计算公式和静压计算公式，结合地下洞室群的施工过程和已有风机型号，提出了一种“四阶段法”的动态通风方案，满足欧盟通风标准。实施效果表明，该方案能够有效保障施工人员的健康和安全，提高地下工程的施工效率。

　　参考文献

　　[1]曾惜.大型水电站地下洞室群施工期通风研究[D].成都：西南交通大学，2014.

　　[2]李艳玲，尹强，莫政宇，等.基于动态仿真和数值模拟的向家坝地下洞室群施工通风方案优化[J].四川大学学报(工程科学版)，2020，42(4)：1-6.

　　[3]申明亮，赵彦贤，宋媛媛，等.溪洛渡地下洞室群施工通风方案仿真与优化[J].长江科学院院报，2008，25(4)：36-39.

　　[4]王晓玲，刘雪朋，张自强，等.水电站地下主厂房施工通风动态数值模拟[J].工程力学，2009，26(12)：175-188.

　　[5]高灵敏.大型水电站地下洞室群施工期通风探析[J].建筑工程技术与设计，2015(7)：1261.

　　[6]TheEuropeanUnion.ImplementingDirective2009/125/ECoftheEuropeanParliamentandoftheCouncilwithregardtoecodesignrequirementsforventilationunits:commissionregulation(EU)No.1253/2014[S/OL].[2014-07-07].https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32014R1253.

　　作者：蔡久顺