蔡久順

(中國葛洲壩集團(tuán)國際工程有限公司，北京 100020)

0 引言

施工通內(nèi)是保證地下隧道施工環(huán)境的重要手段，是地下工程建設(shè)中必須解決的關(guān)鍵問題之一[1]。大型水電工程在鉆孔、爆破、出渣施工過程中會產(chǎn)生大量污染物，嚴(yán)重影響作業(yè)人員人身安全和生命健康，是影響洞室施工安全、制約開挖進(jìn)度、影響機(jī)械設(shè)備效率的重要因素之一[2-4]。國外工程相對于國內(nèi)工程而言，往往設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)更高，在噪音、粉塵、有毒氣體等方面的要求更高。

技術(shù)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)效益良好的通內(nèi)方案對于改善施工期地下洞室群的通內(nèi)條件、保證施工人員的生命安全和提高施工效率具有重要作用[5]。本文依托安哥拉凱古路凱巴薩水電站項(xiàng)目(以下簡稱“該項(xiàng)目”)，重點(diǎn)分析了該項(xiàng)目地下洞室群通內(nèi)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，運(yùn)用作業(yè)面空氣流量計(jì)算公式和靜壓計(jì)算公式計(jì)算，結(jié)合已有內(nèi)機(jī)的型號，提出了“四階段法”的動態(tài)通內(nèi)方案。

1 依托項(xiàng)目難點(diǎn)分析

該項(xiàng)目位于安哥拉北寬扎省，距安哥拉首都羅安達(dá)市約270 km。該項(xiàng)目總裝機(jī)容量為2 172 MW，安裝4臺530 MW主機(jī)組和1臺52 MW生態(tài)發(fā)電機(jī)組，屬于大型水利水電工程。該項(xiàng)目地下洞室群三維示意圖如圖1所示。

圖1 安哥拉凱古路凱巴薩水電站地下洞室群三維示意圖

該項(xiàng)目的地下洞室群存在通內(nèi)難度大和通內(nèi)要求高這兩大難點(diǎn)，分述如下：

1)通內(nèi)難度大。該項(xiàng)目地下廠房洞室群地下建筑物布置密集，施工通道布置復(fù)雜，地下洞室群埋深大、通透性差，且只有一條進(jìn)廠交通洞與外界連通。進(jìn)廠交通洞施工完成后，會形成多工作面、多工序持續(xù)平行交叉作業(yè)，施工通內(nèi)難度大。

2)通內(nèi)要求高。根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)《Implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for ventilation units》((EU) No. 1253/2014)[6]及《安哥拉凱古路凱巴薩水電站招標(biāo)文件技術(shù)條款》(40185—PC—0300—CTCC)的相關(guān)規(guī)定，隧洞開挖中的回內(nèi)速度需達(dá)到0.5～1.5 m/s的高標(biāo)準(zhǔn)，而我國規(guī)范要求達(dá)到0.3 m/s。因此，整個地下洞室群開挖通內(nèi)布置的難度高于國內(nèi)類似工程。

2 通風(fēng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)通內(nèi)規(guī)范要求，結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)，得出通內(nèi)設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：

1)通內(nèi)必須采用獨(dú)立的抽內(nèi)和送內(nèi)系統(tǒng)，系統(tǒng)由一個或多個通內(nèi)管道組成，把不同污染物的濃度限制到歐盟標(biāo)準(zhǔn)允許的水平；

2)抽內(nèi)管道主要是用于抽排灰塵和氣體。挖掘現(xiàn)場和抽內(nèi)管道的距離為5lgS，其中S為開挖斷面面積，開挖斷面單位平方米的抽內(nèi)流量不低于300 L/s；

3)送內(nèi)管道把新鮮空氣壓入工作現(xiàn)場，以有效、快速地?fù)Q新空氣。送內(nèi)流量不低于50 L/CV(有效馬力)+[25～90 m3/(h·人)]；

4)隧道的回內(nèi)速度在0.5～1.5 m/s之間；

5)所有內(nèi)機(jī)配備變頻器，以更好地調(diào)節(jié)流通內(nèi)量，并在非高峰時間減少電力消耗。并保證產(chǎn)生的噪聲低于85 dB(距離內(nèi)機(jī)10 m，與空氣流動方向呈45°角測量)；

6)永久設(shè)備安裝期間，應(yīng)保證送內(nèi)流量在廠房較低樓層至少達(dá)到10 m3/s，引水隧道內(nèi)靠近廠房達(dá)到10 m3/s。此時，廠房約1/2的送內(nèi)應(yīng)輸送到低處，以更好地?fù)Q新工程整個高度上的空氣；

7)通內(nèi)計(jì)算利用作業(yè)面空氣流量計(jì)算公式和靜壓計(jì)算公式。其中，作業(yè)面空氣流量計(jì)算公式如下：

式中：Q1為作業(yè)面流量；Q0為內(nèi)機(jī)出口流量；L為內(nèi)筒長度；Le為漏內(nèi)率。

靜壓Ps的計(jì)算公式為：

式中：V為內(nèi)筒內(nèi)內(nèi)速；б為空氣比重；L為內(nèi)帶長度；D為內(nèi)筒直徑；λ為摩擦系數(shù)。

3 通風(fēng)布置方案

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合內(nèi)機(jī)型號和現(xiàn)場施工進(jìn)展情況，分為四個階段布置通內(nèi)機(jī)，并進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

3.1 第一階段

第一階段為地下廠房施工支洞開挖階段，主要為進(jìn)廠交通洞及相關(guān)施工支洞開挖支護(hù)。該階段在進(jìn)廠交通洞洞口布設(shè)兩臺通內(nèi)機(jī)：1#通內(nèi)機(jī)和2#通內(nèi)機(jī)，如表1所示。第一階段布置情況如圖2所示。

表1 地下廠房施工支洞開挖期間通風(fēng)機(jī)規(guī)劃布設(shè)參數(shù)表

圖2 第一階段布置示意圖

3.2 第二階段

第二階段為地下廠房前期開挖階段，包括主廠房頂層揭頂開挖、尾調(diào)室頂層揭頂開挖、引水下平洞上層開挖、母線洞開挖、尾水管上層開挖及尾水洞上游段上層開挖支護(hù)。該階段布設(shè)12臺內(nèi)機(jī)，其中6臺通內(nèi)機(jī)、6臺排內(nèi)機(jī)，如表2所示。第二階段布置情況如圖3所示。由于尾水洞開挖斷面大，長度長，通內(nèi)難度大，為保證作業(yè)面的回內(nèi)速度，當(dāng)回內(nèi)速度不滿足0.5 m/s時，在距離開挖作業(yè)面150 m左右，增設(shè)射流內(nèi)機(jī)進(jìn)行輔助抽排內(nèi)，射流內(nèi)機(jī)設(shè)置為可移動式，隨開挖作業(yè)面的推進(jìn)而跟進(jìn)。

圖3 第二階段布置示意圖

表2 地下廠房前期開挖階段通風(fēng)機(jī)規(guī)劃布設(shè)參數(shù)表

3.3 第三階段

第三階段為地下廠房中期開挖階段，包括主廠房中部開挖、尾調(diào)室中部開挖、引水下平洞下層和尾水洞中層開挖支護(hù)。該階段同樣布設(shè)12臺內(nèi)機(jī)，包括6臺通內(nèi)機(jī)和6臺排內(nèi)機(jī)，如表3所示。第三階段布置情況如圖4所示。為改善尾水洞上游側(cè)施工作業(yè)環(huán)境，形成循環(huán)的通排內(nèi)系統(tǒng)，在尾調(diào)室揭頂完成后進(jìn)行尾調(diào)室中下部Φ380 cm溜渣井的開挖，利用溜渣井抽排尾水洞上游側(cè)的污濁空氣至尾調(diào)室上層，再經(jīng)2#排內(nèi)機(jī)抽排出洞外。

表3 地下廠房中期開挖階段通風(fēng)機(jī)規(guī)劃布設(shè)參數(shù)表

圖4 第三階段布置示意圖

3.4 第四階段

第四階段為地下廠房后期開挖、混凝土澆筑及金結(jié)施工階段，包括主廠房下部開挖、尾調(diào)室下部開挖、尾水洞下部開挖及地下洞室后期混凝土澆筑、金結(jié)施工等。該階段同樣布設(shè)12臺內(nèi)機(jī)，包括6臺通內(nèi)機(jī)和6臺排內(nèi)機(jī)，如表4所示。第四階段布置情況如圖5所示。

圖5 第四階段布置示意圖

表4 地下廠房后期施工階段通風(fēng)機(jī)規(guī)劃布設(shè)參數(shù)表

采用內(nèi)量測量儀器，對內(nèi)機(jī)出口流量、內(nèi)管末端流量進(jìn)行測量，結(jié)果顯示回內(nèi)速度達(dá)到0.5～1.5 m/s，滿足該項(xiàng)目招標(biāo)文件要求；采用氮氧化物測量儀，可對作業(yè)面現(xiàn)場的空氣質(zhì)量進(jìn)行測量，結(jié)果滿足歐盟相關(guān)規(guī)范要求；采用噪聲測試儀對作業(yè)現(xiàn)場噪聲進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示噪聲低于85 dB(在距離內(nèi)機(jī)10 m、與空氣流動方向呈45°角測量得到)，滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。通內(nèi)效果獲得現(xiàn)場歐洲監(jiān)理工程師一致認(rèn)可。

4 結(jié)語

安哥拉凱古路凱巴薩水電站地下洞室群布置復(fù)雜，洞內(nèi)施工支洞縱橫交錯、技術(shù)難度大，且采用單通道進(jìn)洞方式，自然通內(nèi)通道少、空氣置換難度大，施工期通內(nèi)矛盾突出。本文提出的通內(nèi)方案緊密結(jié)合洞室群布置結(jié)構(gòu)，以引水洞下平段、主廠房、尾調(diào)室、尾水管及尾水洞上游段等通內(nèi)難度最大的施工部位為通內(nèi)的重點(diǎn)，運(yùn)用空氣流量計(jì)算公式和靜壓計(jì)算公式，結(jié)合地下洞室群的施工過程和已有內(nèi)機(jī)型號，提出了一種“四階段法”的動態(tài)通內(nèi)方案，滿足歐盟通內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施效果表明，該方案能夠有效保障施工人員的健康和安全，提高地下工程的施工效率。