地下水封石油洞库施工期通风方案初探

刘更宏　赵晓

【摘 要】结合工程案例，探讨地下水封石油洞库施工通风方案的确立，并给出了地下洞库各巷道和洞室的通风量计算方法，给出了通风管道的材料选用方法。

【关键词】地下水封石油洞库；施工期；施工巷道；水幕巷道；主洞室

0 引言

近年来，为了消除国民经济发展的瓶颈，减小国家能源战略的风险，我国加大了能源储备领域的投资建设，兴建了一批国家原油储备库。我国的国家原油储备库主要分两类：地上原油储备库（由大型原油储罐群构成，油库容量不小于120万m3）；地下水封石油洞库（由地下石制洞窟群构成，油库容量不小于100万m3）。

在我国地上原油储备库已建了许多，设计、施工等各方面技术措施已较为成熟，不再赘述。地下水封石油洞库在我国刚刚起步建设，包括设计在内的各方面技术措施，仍处于探索阶段，存在许多技术盲点。本文就以笔者参与设计的黄岛国家地下水封石油洞库的经验，浅谈一下地下水封石油洞库在施工期间的通风问题。

1 问题提出

地下水封石油洞库常建在地质为一类或二类品质岩石为基准的石体山脉下，建设过程中，需要开挖地下施工巷道、地下水幕巷道、地下主洞室。有时，为了减少工程费用、降低施工难度、加快施工进度，需要设置工艺操作巷道、通风巷道等。在开外这些巷道过程中，由于火药爆炸而产生大量的粉尘气体及炮烟；在爆破后约40～60分钟，开始进运渣车辆和装载机，这些车辆在运行时也会产生大量汽车尾气。要消除地下洞室的烟气和汽车尾气，就得制订合理的通风方案和确定通风量。下面结合笔者参与设计的黄岛国家地下水封石油洞库的案例，进行探讨。

1.1 地下施工巷道通风

施工巷道为地下水封洞库的最主要的运输通道，也是最先要开挖的通道。由于刚开始施

工巷道与其它巷道没有贯通，施工巷道的通风只能采用压入式通风方式，即采用高压送风机，将库外的新鲜空气送至地下施工巷道内的工作区域。一般要求送风管的出风口布置在距掌子面约50～70米处，送风口的出风速约10～15米/秒。送风管道宜布置在施工巷道的上方或侧壁上方。

根据国内外的施工经验和有关文献，送风管的出风口距掌子面的距离也可按下列经验公式进行计算：

L/（2×20.5R0）=3.17/n+1/a[0.13/（n） 0.5-0.133]（1）

或者 L=6.67De （2）

上式中，L为射流的射程，即本文中出风口距距掌子面的距离；R0为送风管口的半径；n为送风管口与开挖巷道的断面积比；a为送风管口的紊流系数，取a=0.08；De 为开挖巷道的当量直径 。

从国内外类似工程的经验总结，上述2个公式的计算结果大致相近。在实际布置送风管道时，要考虑运输车辆的方便行驶、管道拆卸检修的便利、不能被爆炸产生的碎石毁坏等因素，在条件许可下，应尽量使送风管道的管口贴近开挖巷道壁面，以增加送风射流的射程。

1.2 地下主洞室

地下水封洞库的主洞室的数量，应根据洞库所在地的地势、地下岩石的性质和构造带等因素确定。一般设置5～10个主洞室，其断面尺寸约为：20m（W）x30m（H），上部为拱形。当施工巷道开挖到主洞室附近，此时先横向开挖1个连接巷道，在从连接巷道开挖进入主洞室。在主洞室开挖时，由于开挖工作量大，土石方的爆破量很大，粉尘气体、炸药烟气、运输车辆的尾气等有害气体量很大，为改善工人的工作环境，一般要加大通风量；同时需在主洞室的顶部侧上方，开挖通风竖井，其数量宜按每2～3个主洞室设1个通风竖井考虑。通风竖井的直径宜为5～6米。有时，根据洞库地势的特点，为了减小通风竖井的开挖难度和节省工程费，可以将几个通风竖井用水平的通风巷道连接起来，送风管道布置在通风巷道的侧壁上。一般主洞室第一层开挖时，应力争使通风竖井与施工巷道的气流组织贯通起来，利用竖井的烟囱效应，大量排出施工产生的有害气体。

主洞室的通风，一般采用压入式通风方式；有时，根据主洞室的构造特点以及与施工巷道、通风巷道的布置情况，少数主洞室的通风，可能采用抽出式通风方式。主洞室送风管道布置，同施工巷道相似，其出风口距掌子面的位置确定，仍可按公式（1）、（2）确定。

主洞室的通风量计算，仍可按公式（3）确定。只是，一般主洞室的开挖是分三层进行的，每层高度约10米左右。则公式（3）中的断面风速υ按下述方法确定：

第一层开挖时，υ1=0.22～0.25米/秒；

第二层开挖时，υ2=0.18～0.22米/秒；

第三层开挖时，υ3=0.15～0.18米/秒。

根据国外类似工程的经验，主洞室的通风量计算，还可以按下式计算：

Q=Vixni（5）

Vi =AixL（6）

上式中，Q为主洞室的通风量，单位：米3/时；Vi为主洞室当前开挖容积，单位：米3；ni为主洞室当前开挖容积对应的换气次数，单位：次/时。Ai为主洞室当前开挖断面积，单位：米2；L为主洞室的开挖长度，单位：米。ni的取值方法是：

第一层开挖时，n1=1.5次/时；第二层开挖时，n2=1.2次/时；第三层开挖时，n3=1次/时。

根据上述分析，对于主洞室压入式通风方案，随着主洞室的开挖进度，其送风量是变化的，其送风机选型，应选用变频调速型风机。

2 实际通风效果分析

由于黄岛地下石油洞库是国内第1个大型地下水封洞库，因而没有成熟的经验可借鉴，笔者查阅了国内外类似工程的经验数据和相关的文献资料。

黄岛地下水封石油洞库施工过程中，安能公司针对施工巷道、主洞室、水幕巷道等在放炮爆破、出渣过程、排烟过程等环节，每天都定时进行有害气体浓度检测，从大量检测数据中，统计、分析后，得出有害气体浓度监测表1。

从上述的国内外有关洞库、隧道的施工过程中有害气体的卫生许可标准可以看出，黄岛地下水封石油洞库施工过程中，通风方案基本合理；从通风一段时间后对有害气体浓度监测结果看，黄岛地下水封石油洞库施工通风的效果良好，并得到洞库施工人员称赞。由于这套通风系统的通风效果良好，改善了地下施工环境，有力地促进了工程施工进度。也节约了大量工程费用。

3 结束语

通过黄岛地下水封石油洞库施工通风方案的设计，我们有以下几条经验教训：

1）由于大型地下水封石油洞库，一般建在岩石质地良好的山体中，因山体地势的不同，经常会遇到通风竖井设计的位置，处于山崖之上，几乎无法施工。此时就必须设置水平的通风巷道，将几个通风竖井用通风巷道联通，统一考虑送排风方案。设置通风巷道的优点是：施工难度小，在山体上修建道路少，工程总投资相对竖井开挖要小一些；同时便于出渣车运输，此外对山体的绿化植被破坏较少，保护了环境。

2）水幕巷道的断面较小，送风管道采用直径1.2m，稍偏大，影响出渣车运行。今后类似设计，可将送风管道直径定为0.9～1.0m为好，适当地加大送风机的风压。

3）由于地下洞库的各种巷道的走向不定，曲率半径不定，同时，施工时还要不定期的拆卸风管，故不宜采用金属材料的风管，而应采用柔性材料风管，黄岛地下水封洞库采用了柔性的复合PVC纤维布风管降低了风管的安装工作量，节约了资金。

4）大量工程实践表明，送风系统的漏风量增加1%，送风系统能耗增加约5%，因此对通风工程来讲，减少漏风量是十分重要的。

当然，柔性的复合PVC纤维布风管，可能会有少量的管节被尖锐器具划破而漏风，需要在施工运输时，加强管理，减少对PVC纤维布风管的毁坏。

【参考文献】

[1]洪开荣，等.大型地下水封洞库修建技术[M].北京：中国铁道出版社，2013.

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[3]董含饴，等.大瑶山隧道施工通风[Z].铁道部隧道工程局科研所，1987.

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