黃 瑩

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 通風(fēng)總體規(guī)劃

五岳抽水蓄能電站位于河南省光山縣殷棚鄉(xiāng)和羅山縣定遠(yuǎn)鄉(xiāng)。電站開發(fā)任務(wù)主要是承擔(dān)河南電網(wǎng)的調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)，電站裝機(jī)容量為1000MW，安裝4臺(tái)單機(jī)容量為250MW的水泵水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。根據(jù)該工程施工總進(jìn)度計(jì)劃，該工程地下洞室群通風(fēng)按照三期進(jìn)行規(guī)劃。一期通風(fēng)主要是在主體工程獨(dú)頭洞室掘進(jìn)階段。根據(jù)該工程施工總進(jìn)度計(jì)劃，該工程主體施工前期，地下廠房系統(tǒng)、洞室，均為獨(dú)頭掘進(jìn)作業(yè)，施工期應(yīng)用壓入式通風(fēng)方式，并且沿著洞壁排風(fēng)。 二期通風(fēng)，涉及多個(gè)通風(fēng)通道，包括施工支洞、尾水洞調(diào)壓井導(dǎo)井、高壓電纜豎井、引水洞豎井導(dǎo)井。施工通風(fēng)已具備整體聯(lián)動(dòng)通風(fēng)條件。各洞室的平面布置、高程差特點(diǎn)明顯，因此能夠關(guān)聯(lián)各主體洞室排風(fēng)排煙平洞、豎井、高壓電纜平洞，實(shí)現(xiàn)三位一體貫通。結(jié)合自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)方式，可以提供優(yōu)質(zhì)的施工環(huán)境。三期通風(fēng)，需要完成開挖作業(yè)。在混凝土襯砌、灌漿，金屬設(shè)備安裝操作期間，同時(shí)做好三期通風(fēng)處理。地下廠房系統(tǒng)、引水系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)，形成一體化裝置，連接地面豎井，可以起到煙囪效應(yīng)，通過洞口排出廢氣。

2 通風(fēng)量估算

2.1 三大洞室群通風(fēng)量計(jì)算

主副廠房洞現(xiàn)以第Ⅱ?qū)又胁坷坶_挖為例，進(jìn)行地下廠房系統(tǒng)洞室群的通風(fēng)需求量進(jìn)行計(jì)算說明。第Ⅱ?qū)又胁坷坶_挖，使用液壓鉆機(jī)鉆孔，開挖方式為梯段爆破法，聯(lián)合合式通風(fēng)。開挖斷面為矩形，尺寸為18.5m×8.3m；斷面積154m2，循環(huán)進(jìn)尺4.0m，通風(fēng)距離 1236m，通風(fēng)時(shí)間0.5min，炸藥單耗0.46kg/m3。排渣時(shí)，應(yīng)用反鏟、裝載機(jī)裝車，使用t自卸汽車運(yùn)輸。反鏟額定功率125kW，裝載機(jī)162kW，自卸汽車191kW，懸臂式掘進(jìn)機(jī)額定功率320kW。

排除炮煙計(jì)算風(fēng)量，按下列公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q1表示排除炮煙所需風(fēng)量；t表示通風(fēng)時(shí)間；G表示爆破炸藥量（1次量）；A表示隧洞開挖斷面；L（L1）表示隧洞全長(zhǎng)；?表示淋水系數(shù)；b表示炸藥爆炸時(shí)，有毒氣體生成量；P為風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)；其中：風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)P按公式P=1/（（1-β）L/100）進(jìn)行計(jì)算。

式中：P-風(fēng)筒漏風(fēng)系數(shù)；β-平均漏風(fēng)率，取β=0.01；L-單獨(dú)掘進(jìn)（通風(fēng)）長(zhǎng)度，該工程L=1236m。

經(jīng)計(jì)算：

隧洞臨界長(zhǎng)度按公式L1=12.5×（GbK/AP2）進(jìn)行計(jì)算。式中：L1為隧洞臨界長(zhǎng)度；K表示紊流擴(kuò)散系數(shù)，關(guān)聯(lián)指標(biāo)包括風(fēng)洞口與工作面距離，風(fēng)洞直徑。在該工程中，K值為0.67。

經(jīng)計(jì)算：L1=12.5×（GbK/AP2）=12.5×（282×40×0.67/（154×1.14））=480m。

工作面所需風(fēng)量：

Q1=2526m3/min=42.1m3/s

稀釋和排除內(nèi)燃機(jī)廢氣計(jì)算風(fēng)量，按下列公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q2表示稀釋、排除內(nèi)燃機(jī)廢氣所需風(fēng)量；K表示功率通風(fēng)計(jì)算系數(shù)；N表示柴油設(shè)備總數(shù)；Ni表示柴油機(jī)額定功率；Ti表示柴油機(jī)利用率系數(shù)，柴油機(jī)負(fù)荷率為 0.7。

經(jīng)計(jì)算：

爆破后稀釋有害氣，到允許最高濃度作為計(jì)算范圍：應(yīng)用壓入式通風(fēng)，工作面風(fēng)量

式中：t表示通風(fēng)時(shí)間，數(shù)值為0.5h；G表示爆破炸藥用量。L為掌子面滿足下一循環(huán)施工的長(zhǎng)度，取80m。

則洞室施工時(shí)工作面需要風(fēng)量：

洞內(nèi)工作人員所需新鮮空氣量，應(yīng)用以下公式計(jì)算。

式中：Q4表示施工所需風(fēng)量；m表示工作最多人數(shù)；k表示風(fēng)量備用系數(shù)；q表示每人供給空氣量。通過計(jì)算可知，Q4=3×60×1.15=207m3/min

式中：Q5表示最小風(fēng)速所需風(fēng)量；Vmin表示最小風(fēng)速；S表示最大斷面面積。

計(jì)算風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算如下。工作面風(fēng)量：風(fēng)機(jī)風(fēng)量，應(yīng)用以下公式計(jì)算。

式中：Q機(jī)表示風(fēng)機(jī)額定供風(fēng)量；Kr表示風(fēng)機(jī)效率。

經(jīng)計(jì)算：Q機(jī)=QP/Kr=3178m3/min=53.0m3/s

2.2 三大洞室群縱向通風(fēng)壓力計(jì)算

通風(fēng)阻力，涉及摩擦阻力、局部阻力[1]。其中，摩擦阻力，存在于風(fēng)速全部流程內(nèi)；局部阻力，出現(xiàn)在流道斷面變化情況，例如拐彎、分支、風(fēng)流。風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓如下。

式中：h機(jī)表示風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓；h阻表示通風(fēng)阻力；h沿表示沿程壓力損失；h局表示局部壓力損失。

以中部拉槽開挖為例，進(jìn)計(jì)算洞室群縱向通風(fēng)壓力。沿程壓力損失，應(yīng)用以下公式計(jì)算：

式中：a表示風(fēng)筒摩擦系數(shù)；l表示風(fēng)筒長(zhǎng)度；Q表示工作面風(fēng)量；Q機(jī)表示風(fēng)機(jī)額定供風(fēng)量。Q機(jī)=3178m3/min=53.0m3/s；D表示風(fēng)筒直徑，m，D=1.8m。

經(jīng)計(jì)算：h沿=RfQ2=（6.5alQQ機(jī)）/D5=2010Pa。

局部壓力損失，應(yīng)用以下公式計(jì)算：

式中：ζ表示局部阻力系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算：h局=RxQ2=（Q2+ζQ機(jī)

2）/D4=209Pa

綜上所述：縱向通風(fēng)壓h機(jī)=h沿+h局=2010+209=2229Pa。

3 通風(fēng)設(shè)備配置

3.1 通風(fēng)設(shè)備選型

根據(jù)經(jīng)過對(duì)本地下工程施工通風(fēng)方案的規(guī)劃與布置，結(jié)合通風(fēng)設(shè)備技術(shù)特征，該工程所用通風(fēng)設(shè)備，產(chǎn)品參數(shù)如表2所示。根據(jù)施工期開挖工作面通風(fēng)量計(jì)算結(jié)果，選用通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備見下表3。

表2 擬選用通風(fēng)設(shè)備特性表

表3 地下廠房系統(tǒng)施工通風(fēng)規(guī)劃布置表

3.2 通風(fēng)設(shè)備配置

根據(jù)本地下工程的結(jié)構(gòu)特性與通風(fēng)施工方案規(guī)劃，通風(fēng)設(shè)備配置計(jì)劃見表4。

表4 地下工程通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備配置表

4 通風(fēng)系統(tǒng)布置

4.1 地下廠房系統(tǒng)施工通風(fēng)

4.1.1 一期通風(fēng)

地下廠房系統(tǒng)一期通風(fēng)，即在主副廠房洞和主變洞上部開挖階段各施工作業(yè)面的通風(fēng)。根據(jù)工作面施工用風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果，同時(shí)結(jié)合通風(fēng)設(shè)備的性能與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬在通風(fēng)兼安全洞洞口1臺(tái)隧洞專用軸流式通風(fēng)機(jī)即2#風(fēng)機(jī)，擬在進(jìn)廠交通洞洞口布置1臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)，即3#風(fēng)機(jī)，分別向主副廠房洞及主變洞上部工作面壓入式供風(fēng)。風(fēng)管選用D=1.8m高強(qiáng)度聚酯合成材料，在與各隧洞交叉處設(shè)置三通岔管，通風(fēng)岔管管徑比主管小一個(gè)型號(hào)[2]。風(fēng)管懸掛于隧洞拱頂處，每20m～30m一節(jié)，節(jié)間采用拉鏈?zhǔn)竭B接，隨著開挖進(jìn)尺，逐漸延伸至掌子面。與掌子面距離30m～50m，為爆破安全距離。

4.1.2 二期通風(fēng)

地下廠房系統(tǒng)二期通風(fēng)，即在主副廠房洞、主變洞中下層及尾閘室開挖階段，各施工作業(yè)面的通風(fēng)。根據(jù)工作面施工用風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果，同時(shí)結(jié)合通風(fēng)設(shè)備的性能與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬使用進(jìn)廠交通洞洞口風(fēng)機(jī)，即3#風(fēng)機(jī)，向主副廠房洞、主變洞中下層、尾閘室上層工作面，采用壓入式供風(fēng)；一期設(shè)置在通風(fēng)、安全洞洞口，2#風(fēng)機(jī)，移動(dòng)到通風(fēng)兼安全洞和主變排風(fēng)洞交叉口，調(diào)整為吸出式排風(fēng)，輔助排出主副廠房洞中下層、主變洞中下層、尾閘室上部等工作面的污濁空氣。待廠房第4層開挖完成后，撤掉3#風(fēng)機(jī)，使用在進(jìn)廠交通洞洞口布置的4#風(fēng)機(jī)經(jīng)②、③、④施工支洞對(duì)廠房V～VII層進(jìn)行供風(fēng)，2#風(fēng)機(jī)在通風(fēng)兼安全洞和主變排風(fēng)洞交叉口向外排風(fēng)。風(fēng)管選用D=1.8m高強(qiáng)度聚酯合成材料，在各隧洞交叉處設(shè)置三通岔管，通風(fēng)岔管管徑比主管小一個(gè)型號(hào)。風(fēng)管懸掛于隧洞拱頂處，每20m～30m一節(jié)，節(jié)間采用拉鏈?zhǔn)竭B接，隨著開挖進(jìn)尺，逐漸延伸至掌子面。與掌子面距離30m～50m，為爆破安全距離。

表1 三大洞室群施工期開挖工作面通風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

4.1.3 三期通風(fēng)

地下廠房系統(tǒng)三期通風(fēng)，即在主副廠房洞下層開挖以及后期土建混凝土澆筑與機(jī)電設(shè)備安裝施工階段，各施工作業(yè)面的通風(fēng)。該階段地下洞室群開挖結(jié)束，各洞室貫通。地下洞室群，基本形成循環(huán)通風(fēng)，具備良好的通風(fēng)條件。但由于洞內(nèi)仍然在施工，并且有氡氣的釋放，所以依然要使用二期通風(fēng)4#風(fēng)機(jī)壓入式供風(fēng)，自然通風(fēng)輔助。

4.1.4 射流風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)

由于地下廠房系統(tǒng)通風(fēng)復(fù)雜且⑤施工支洞距離較大，排風(fēng)困難，所以擬在二期通風(fēng)期間，在②施工支洞與③施工支洞交岔處、③施工支洞與⑤施工支洞交岔處、通風(fēng)兼安全洞與主變排風(fēng)洞交叉處分別布置一臺(tái)SDS-7.1-2P-6-33°的射流風(fēng)機(jī)輔助排風(fēng)，即9#風(fēng)機(jī)、10#風(fēng)機(jī)、11#風(fēng)機(jī)。

4.2 尾調(diào)室施工通風(fēng)

4.2.1 一期通風(fēng)

尾調(diào)室一期通風(fēng)，將軸流式通風(fēng)機(jī)設(shè)置在尾調(diào)交通洞洞口，即8#風(fēng)機(jī)，采用壓入式供風(fēng)。由進(jìn)廠交通洞洞口4#風(fēng)機(jī)經(jīng)②施工支洞、③施工支洞、尾水洞至尾調(diào)室下方壓入式供風(fēng)，風(fēng)筒選用D=1.6m高強(qiáng)度聚酯合成材料，懸掛于隧洞拱頂處，每20m～30m一節(jié)，節(jié)間采用拉鏈?zhǔn)竭B接，隨著開挖進(jìn)尺，逐漸延伸至掌子面。與掌子面距離30m～50m，為爆破安全距離。風(fēng)筒在①、②尾調(diào)室交通洞分岔處分岔至工作面供風(fēng)。

4.2.2 二期通風(fēng)

尾調(diào)室二期通風(fēng)，尾調(diào)室導(dǎo)井與尾水洞貫通后，雖然此時(shí)導(dǎo)井已貫通，通風(fēng)條件回明顯改善，但豎井?dāng)U挖、混凝土澆筑仍然需要施工供風(fēng)[3]。依然使用8#風(fēng)機(jī)和4#風(fēng)機(jī)壓入式供風(fēng)，每天供風(fēng)時(shí)間相應(yīng)減少。

4.3 通風(fēng)管布置

通風(fēng)管布置在在洞頂下方，于洞頂布置錨桿（1.5m），固定鋼絞線，作為通風(fēng)筒懸吊線。應(yīng)用高強(qiáng)度聚酯合成材料，在通風(fēng)管路轉(zhuǎn)彎部位，使用高強(qiáng)、抗拉、低漏風(fēng)率鋼骨架風(fēng)管，風(fēng)管采用拉鏈?zhǔn)竭B接法，節(jié)長(zhǎng)20m～30m。風(fēng)管具備阻燃、抗靜電、防霉變功能。

5 結(jié)語

鑒于大型地下廠房通風(fēng)排煙工程是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)的工程，其對(duì)工程的施工成本、施工進(jìn)度、施工環(huán)境以及職工健康等方面的影響。該文筆者結(jié)合工程實(shí)際情況，為了確保通風(fēng)效果，工作面通風(fēng)采用一站式通風(fēng)法，嚴(yán)禁接力通風(fēng)。施工通風(fēng)，以混合式通風(fēng)方式為主。通過通風(fēng)計(jì)算及設(shè)備調(diào)研，該工程采用了法國ECE無極調(diào)速變頻進(jìn)口風(fēng)機(jī)、風(fēng)帶、管道閥門及其附屬設(shè)施，科學(xué)合理地布置了通風(fēng)排煙系統(tǒng)。滿足了該工程通風(fēng)要求，有效地改善地下洞室的施工環(huán)境，加快了施工進(jìn)度，保證了洞內(nèi)作業(yè)人員的健康。