地下小断面环形隧洞施工的通风排烟及除尘
2011-12-31张宗刚
张宗刚
摘要:本文针对锦屏一级水电站地下厂房周围上、中、下三层排水廊道工程开挖施工中通风排烟的做法作一扼要总结。
关键词:小断面;环形隧洞; 通风排烟除尘
1.概述
锦屏一级水电站电站总装机容量3600MW,装机6台,单机容量600MW。电站地下厂房系统共设有上、中、下三层排水廊道,三层廊道紧紧环绕在主副厂房、主变及开关室的周围,上、下层廊道之间通过排水孔及落水井相连,以引排主副厂房、主变及开关室运行期的地下渗水。
上层排水廊道总长1363.21m,最大坡比为12.724%;中层排水廊道总长975.51m,最大坡比为5.43%;下层排水廊道总长749.66m,最大坡比为4.39%。三层排水廊道设计总长为3088.38m,开挖断面均为城门洞型,尺寸为2.5m×3.15m,开挖完成后喷厚10cm的C20聚炳烯纤维混凝土。
根据排水廊道的施工特性,排水廊道施工采取多工作面掘进,分别根据相关洞室的开挖进展情况自通风下平洞、主变排风到尾调连接洞及2#施工支洞进入工作面。由于洞子断面小,开挖时采取中部直型掏槽,周边光爆的开挖方式,人工装渣、农用三轮车运至主副厂房及主变排风洞内,再由10t载重汽车运出洞外的施工方案。在各部位开口处,根据现场地质情况,在洞口做好锁口锚杆支护外,待洞挖进行5m左右,再进行扩挖的开挖方式。
由于排水廊道布置为环形结构,所以洞内通风排烟除尘问题将成为能否安全、快速开挖施工的关键因素之一。
2.隧洞施工的污染源
洞越长,解决通风排烟除尘的难度越大。洞内有害气体主要来源于开挖工作面的钻孔、炸药爆破、出碴、喷射混凝土产生的烟雾和粉尘。这些粉尘不但使能见度降低、制约施工进度,而巳影响作业安全,危害施工作业人员的身体健康。
3.隧洞内环境条件的标准
3.1洞内温度与风速。按照我国《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》DL/T5099—1999的规定,洞内平均温度不应超过28℃,应根据不同温度,按表1调节洞内风速以提高散热效果,但工作面附近的最小风速不得低于0.15m/s,最大风速也不应大于4.0m/s。
表1温度与风速关系
温度℃ <15 15~20 20一X 22~24 24~28
风速m/s <0.5 <1.0 >1.0 >1.5 >2.0
3.2洞内空气标准。上述规范规定洞内每个作业人员应供新鲜空气3m3/min。洞内空气中含量为10%以上游离SiO的粉尘最高浓度为2mg/m3。
4.控制污染的措施
为减少洞内因排烟除尘所占用的时间,确保施工环境符合规范要求。施工时除采用湿式钻孔、爆破控制装药量,喷混凝土采用湿喷工艺外,主要在出碴设备上做文章,洞内全部采用人工装渣、农用三轮车运至主副厂房、主变及开关室内,再由10t载重汽车运出洞外的施工方案。为了解决排烟和施工人员呼吸新鲜空气,对洞内采取有效的通风是非常必要的。
5.通风风量分析
通过对隧洞的布置方案、施工程序、施工方法、开挖断面、隧洞的长度以及国家有关通风、防尘卫生标准的分析,计算风机的工作风量及工作压力。放炮后的瞬间,炮烟扩散距离由装药量、钻孔深度、岩石性质、隧洞断面等多种因素决定的。
由于风机布置在洞内向外排烟,为安全施工,风机不宜距离工作面太近,以防飞石炸坏;但也不宜距离工作面太远,以减少排烟时间,一般将风机布置距工作面25~80m,根据施工具体情况每进尺80m风机向前移动一次;因此,实际施工中炮烟的扩散距离50~120m。按120m计,每次爆破后计划排烟时间为20 min,则最大需风量为:
Q===70m3/min
6.通风方案的确定
隧洞掘进通风的基本方法可分为压入式、抽出式、全抽全压式和混合式等。
6.1压入式通风。压入式通风是通过风管把新鲜空气送到工作面,将炮烟稀释并排出。从以上计算分析表明.压入式通风在相同风量情况下所需时间最长,若单独采用压入式通风,污浊空气将扩散全洞内,风管不能深入到工作面,且由于该洞形为环形并成反坡,空气难以流动,工作面附近形成死区,洞内的污浊空气将长时间不能排除。
6.2抽出式通风。抽出式通风与压入式相反,污浊空气通过延伸至工作面附近的吸气门吸入风管被排出,这种方法的优点是:由于吸气口的作用可在作业面造成较低的气压,炮烟就地排出,避免扩散。但由于吸气口的控制范围较小,为要取得较好的排烟效果,需将风管布置到距工作面很近的地方,可是从安全上考虑目前尚无成熟的技术,因而:厂作面附近同样形成死区,也不能很快将污浊空气排出,这种方法也不理想。
6.3全抽全压式通风。全抽全压式通风是一种以抽出式为主、压入式为辅的联合通风方法。这种:方法能使压入的新鲜空气扫过工作面,迫使污浊空气向外扩散,在作业面很快形成清洁区,污浊空气扩散到吸气口附近时被吸入风管排出。这种方法所产生的效果较好,但要安装两条通风管,设备投入和运行费用也要大得多。
6.4混合式通风。混合式通风也是一种以抽出式为主、压入式为辅的联合通风方法。为了解决洞内断面小、布置困难问题,仅设置一条通风管,在主变及主厂房廊道进口处lOm的地方设一台通风机向洞内压风,在工作面附近设置一台局部通风机和一条长10~20m移动式风管。这种方法能使压入的空气扫过工作面,迫使污浊空气向外扩散,污浊空气扩散到抽气口附近时被吸入风管内排出。该方式能在爆破后20~30min内即可将烟尘排出洞外,很快在作业面形成清洁区间:然后再持续向洞内压入新鲜空气,与前三种通风方法相比,该方法所产生的效果好,费用低。
7.通风设备选择
7.1一般原则。①满足洞内通风排烟和工作面有效供给新鲜空气;②通风机和风管的尺寸要满足整个洞内布置;③风管沿途损失和漏风要小;④减少噪音污染环境;⑤造价少,运行费用低。
7.2风管选择。风管内风速决定风管直径,当风量一定时,风管中的风速越大,风管的截面积就越小;反之,则越大。风管内的风压损失与风速成正比,风速越大风压损失就会越大,这就需要增加通风机的容量。当供风量和风管内的风速—定时,风管的直径越大,风管内风压的沿途损失越小;但风管的直径受隧洞开挖断面的限制。经过综合比较和计算分析,结合本工程的特点和风机性能,选用直径600mm的涂塑帆布风筒,每条10m长,接头采用拉链式连接,拆装比较方便。为有效利用洞内空间,并将风筒吊挂在洞顶壁。
7.2.1风管的漏风量计算。风管的漏风量用漏风率来计算,用每100m的漏风率β计算风管的漏风率,计算公式如下:m=βL /100
式中:m——漏风率:%;L——风管全长,m:β——每100m的漏风率,取β=5%。
7.2.2风管中风压损失的计算。风管中的总压力损失为:△P=△P1+△P2。式中: △P——风管中的总风压损失,Pa;△P1——风管中的风压沿途损失,Pa;△P1=μL;其中μ一损失系数,可查表而得,本工程在风管直径600mm,最大长度645m,通风量70m3/min时,μ为0.13Pa/m;L一风管长度m;△P2—风管中的风压局部损失,Pa。可按沿途损失的20—3()%计,计算可得 △P=1.3μL=1.3×0.13×645=109Pa
7.3通风机选择
7.3.1通风机工作风量。QM=(1+βL/100)Q式中: QM——风机工作风量,m3/min;β——每lOOm的漏风率,取β=5%;L——风管全长(m),L=645m:Q——洞内施工需要的有效风量,q=70m3/min。则:QM=92.5m3/min。