高原地區(qū)水電站引水隧洞施工通風(fēng)設(shè)計(jì)

高原地區(qū)水電站引水隧洞施工通風(fēng)設(shè)計(jì)摘要:對西藏**電站引水隧洞施工通風(fēng)量進(jìn)行了計(jì)算、分析和布置，得出了高原地區(qū)水電站引水隧洞施工通風(fēng)的一些共性特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:高原地區(qū)；引水隧洞；施工通風(fēng)量計(jì)算；施工通風(fēng)布置1、前言隨著水電建設(shè)高峰來臨，各地出現(xiàn)了一大批引水式電站，引水式電站施工有許多共同點(diǎn)，引水式電站引水隧洞大多很長，從5km～15km，其施工總工期往往由引水隧洞控制，大量工程實(shí)踐說明，長引水隧洞獨(dú)頭掘進(jìn)長度基本在1km～1.5km之間，施工通風(fēng)一般采用風(fēng)管式通風(fēng)（無平行坑道作通風(fēng)通道），風(fēng)管式通風(fēng)分為壓入式、抽出式和混合式，由于引水隧洞往往具有縱坡小，斷面不大等特點(diǎn)，而且高原地區(qū)洞內(nèi)空氣稀薄，應(yīng)盡量避免柴油機(jī)械進(jìn)洞，上述因素決定了高原地區(qū)引水隧洞施工采用有軌運(yùn)輸是快速施工的有效和合理的方案，而混合式通風(fēng)的特點(diǎn)決定了其適合于有軌運(yùn)輸。**電站廠位于西藏自治區(qū)藏中地區(qū)，其引水隧洞全長5345.95m，為圓形斷面，內(nèi)徑5.2m，進(jìn)水口底板高程4425m，隧洞末端底板高程4340.00m，隧洞縱坡為1.59446%。根據(jù)地形地質(zhì)條件，引水隧洞施工布置了3條施工支洞，其中1＃、2＃支洞間主洞長度為2169.90m，為引水隧洞施工的控制段，獨(dú)頭掘進(jìn)最大長度1177m。設(shè)計(jì)采用風(fēng)鉆鉆孔全斷面開挖，有軌運(yùn)輸出渣，通風(fēng)方案采用混合式通風(fēng)。本工程地處海拔4300m以上，其需風(fēng)量計(jì)算須做較大修正，而從出渣方式、掘進(jìn)長度及通風(fēng)方式等方面綜合考慮，其施工通風(fēng)設(shè)計(jì)具有一定的典型性，故本文以期通過本工程引水隧洞施工通風(fēng)設(shè)計(jì)，得出一些高原水電站引水隧洞施工通風(fēng)的共同結(jié)論。2、通風(fēng)量計(jì)算2.1基本數(shù)據(jù)全斷面鉆孔爆破，設(shè)計(jì)最大開挖斷面S＝32.17m2，循環(huán)進(jìn)尺△L＝2.5m，炸藥單耗量查定額得1.45kg/m3。一次爆破炸藥總用量Q＝1.45×△L×S＝116.62kg。爆破炸藥折合成CO體積B，一般采用40L/kg。2.2計(jì)算過程根據(jù)《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范），地下建筑物開挖時(shí)需風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)多方面要求分別計(jì)算并取最大值，即：Qr=max(Qr1,Qr2,Qr3,Qr4)式中：Qr1—滿足供給洞內(nèi)同時(shí)工作最大人數(shù)新鮮空氣所需風(fēng)量；Qr2—滿足供洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量（即排塵風(fēng)量）；Qr3—一次爆破后20min內(nèi)將工作面有害氣體排出或沖淡至容許濃度所需風(fēng)量；Qr4—排除洞內(nèi)柴油機(jī)械有害氣體排出所需風(fēng)量；由于本工程采用有軌運(yùn)輸，進(jìn)洞柴油機(jī)械較少，故計(jì)算時(shí)可忽略Qr4，僅比較Qr1～Qr3。（1）按同時(shí)工作最大人數(shù)計(jì)算Qr1=Qpmk式中Qp為洞內(nèi)單人所需新鮮空氣，取3m3/min，m為同時(shí)工作最大人數(shù)，取80人，k為風(fēng)量備用系數(shù)，取1.15，經(jīng)計(jì)算，Qr1=276m3/min，規(guī)范同時(shí)規(guī)定，當(dāng)洞井海拔高程在1000m以上時(shí)，施工人員需風(fēng)量應(yīng)乘以高程修正系數(shù)1.3～1.5，考慮到本工程高海拔的特點(diǎn)，高程修正系數(shù)取1.5，故，Qr1=414m3/min。（2）按最小風(fēng)速計(jì)算Qr2=60vminS式中vmin為洞內(nèi)允許最小風(fēng)速，為0.15m/s，經(jīng)計(jì)算，Qr2=290m3/min，因排塵所需風(fēng)速不隨高程改變，故規(guī)范規(guī)定最小風(fēng)速需風(fēng)量不作高程修正。（3）按爆破散煙計(jì)算本工程通風(fēng)措施采用混合式，混合式通風(fēng)的計(jì)算方法為先確定混合壓入式的風(fēng)量Qr3壓，在此基礎(chǔ)上乘一個(gè)1.2～1.25的系數(shù)作為混合吸出式的風(fēng)量Qr3吸，故爆破散煙風(fēng)量計(jì)算以壓入式通風(fēng)計(jì)算為基礎(chǔ)。①壓入式通風(fēng)計(jì)算壓入式爆破散煙需風(fēng)量的理論及計(jì)算公式繁多，以前采用靜態(tài)稀釋理論進(jìn)行估算，即Qr3=5QB/t此計(jì)算式僅考慮爆破藥量及通風(fēng)時(shí)間，而由于煙塵的排出過程不是單純的稀釋過程，爆破后稀釋的同時(shí)有大量高濃度煙塵被風(fēng)流卷走，導(dǎo)致此公式計(jì)算值往往偏大，其計(jì)算理論基本已淘汰。目前主流理論是煙塵的排出既有主風(fēng)流的運(yùn)移作用，又有風(fēng)流紊流的擴(kuò)散作用，散煙是兩者的綜合過程，根據(jù)以上原理，國內(nèi)外眾多科學(xué)家通過大量理論研究及實(shí)踐證實(shí)推導(dǎo)出大量公式，其中最具代表性同時(shí)在我國交通、水電、采礦等部門應(yīng)用也最多的是沃諾寧公式、穆斯鐵立公式及礦井通風(fēng)公式。(a)B.H.沃諾寧利用流體動(dòng)力學(xué)理論解決通風(fēng)過程的計(jì)算問題，使局部通風(fēng)排出炮煙的過程得到了理論上的解釋及論證，其公式如下（2-1）式中L1為炮煙拋出帶長度，即壓風(fēng)管口風(fēng)流能直接作用到炮煙上的最大距離，L1＝15＋Q/5＝38.3m，(b)礦井通風(fēng)手冊計(jì)算公式（俄文版）：（2-2）式中為淋水系數(shù)，取0.6。L2為臨界長度，即從開挖面到稀釋炮煙到安全濃度的距離，當(dāng)開挖長度L≤L2時(shí)，采用L，反之則采用L2。臨界長度，式中K為紊流擴(kuò)散系數(shù)，與風(fēng)洞口距工作面長度及風(fēng)洞直徑有關(guān)，取0.67，故＝。p為風(fēng)管漏風(fēng)系數(shù)，，為風(fēng)管平均漏風(fēng)率，取0.013。(c)П.и.穆斯鐵立在染色體水力模型試驗(yàn)中算出了壓入式通風(fēng)計(jì)算公式：（2-3）（2-3）式中各參數(shù)含義與式（2-2）相同。通過分析以上三式可知，（2-1）式通風(fēng)量為常數(shù)，（2-2）式及（2-3）式在其他條件一定的情況下，將通風(fēng)量表達(dá)為漏風(fēng)系數(shù)p的函數(shù)，而p又是開挖深度L的函數(shù)，故隨著開挖深度增加，漏風(fēng)率是變化的，因此需風(fēng)量也是變化的，據(jù)以上三式計(jì)算需風(fēng)量見表1及圖1：不同公式需風(fēng)量計(jì)算表1通風(fēng)長度L（mm）漏風(fēng)系數(shù)p需風(fēng)量（m3//min）穆斯鐵立沃諾寧通風(fēng)手冊2001.0279272195074001.05413112197916001.082160521910198001.1101854219121310001.1402072219138312001.1702270219153514001.2012452219167116001.2332621219179518001.2662781219190920001.29928012191894不同公式計(jì)算需風(fēng)量比較圖1據(jù)上圖分析可知，沃諾寧公式計(jì)算需風(fēng)量為常數(shù)219m3/min，通過與以往同類型工程需風(fēng)量進(jìn)行類比發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果比較合理，其余兩個(gè)公式雖然需風(fēng)量隨開挖深度增加而增大，但結(jié)果遠(yuǎn)大于沃諾寧公式計(jì)算值，需風(fēng)量偏大，究其原因是漏風(fēng)系數(shù)p所決定，p將漏風(fēng)系數(shù)表達(dá)為開挖長度（相應(yīng)即風(fēng)管長度）的函數(shù)，風(fēng)管越長，漏風(fēng)量越大，需風(fēng)量也就越大，但對于混合式通風(fēng)來說，由于沒有柴油機(jī)械沿程排放，故乏氣不會(huì)污染工作面以外洞身，排風(fēng)散煙主要針對工作面炮煙，需風(fēng)量受風(fēng)管長度的影響不大，這與沃諾寧公式的計(jì)算原理是一致的，《施工組織設(shè)計(jì)手冊》對混合式通風(fēng)也推薦采用沃諾寧公式，根據(jù)以上考慮，本工程爆破散煙需風(fēng)量采用沃諾寧公式。即Qr3壓=219m3/min。②吸出式通風(fēng)計(jì)算Qr3吸=1.25×Qr3壓=1.25×219＝274m3/min。③散煙總通風(fēng)計(jì)算Qr3=Qr3壓＋Qr3吸=493m3/min。按規(guī)范規(guī)定，當(dāng)洞井海拔高程在1000m以上時(shí)，爆破散煙需風(fēng)量應(yīng)除以高程修正系數(shù)，查高程修正系數(shù)表可知高程修正系數(shù)為0.62，故，Qr3=795m3/min。經(jīng)比較，Qr3大于Qr1及Qr2，故本工程需風(fēng)量Qr=Qr3=795m3/min。3、通風(fēng)布置通風(fēng)設(shè)備布置采用長壓短抽—前壓后抽方式，壓風(fēng)管口距離工作面10m，抽風(fēng)管口距離工作面30m，風(fēng)機(jī)均采用MFA90P2-SC44雙級對旋式軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量可分兩級提供，最大風(fēng)量1000m3/min，功率37×2kw，由于抽風(fēng)機(jī)布置在洞內(nèi)，風(fēng)管均可采用600mm柔性風(fēng)管，由于炮煙的熱效應(yīng)作用，壓風(fēng)管布置在下方，抽風(fēng)管布置在頂拱，布置見圖2所示。4、結(jié)語（1）混合式通風(fēng)是中小斷面長獨(dú)頭隧洞有軌運(yùn)輸通風(fēng)的有效手段。對于有軌運(yùn)輸來說，由于進(jìn)洞柴油機(jī)械少，故隧洞沿程空氣污染不大，乏氣不會(huì)污染工作面以外洞身，施工通風(fēng)重點(diǎn)是爆破散煙，而混合式通風(fēng)原理就是主要針對工作面炮煙有害氣體，故有軌運(yùn)輸采用混合式通風(fēng)更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。隧洞通風(fēng)布置示意圖圖2（2）對高海拔地區(qū)，人員需風(fēng)量及散煙需風(fēng)量須作較大修正，