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地下洞室群通风散烟控制技术

2018-03-06孙凤利

东北水利水电 2018年2期
关键词:中导洞支洞洞室

孙凤利

(辽宁省水利厅,辽宁 沈阳 110003)

1 工程概述

某电站位于辽宁境内,是输水工程建设的一部分,施工重点部位为取水首部工程。取水首部工程包括取水口建筑物、地下洞室群、升压站、机电设备和金属结构安装等工程。取水首部地下洞室群包括压力引水洞工程、地下厂房工程、有压尾水洞工程、尾闸室工程、无压尾水洞工程、排水廊道工程、通风竖井以及电梯井等工程。

压力引水洞工程包括两条压力引水洞、两条引水支洞及两条发电支洞,其中进口部位钢衬段长27.0 m,开挖断面为11.44 m×6.65 m的城门洞形;压力引水洞、引水支洞及发电支洞开挖断面均为圆形,隧洞开挖直径为5.74 m。有压尾水洞尾水压力隧洞,布置在主厂房和尾水洞之间,4条尾水压力洞在厂房机组段和锥形阀段,为两种不同的开挖结构形式,圆形洞段开挖直径为7.2 m。尾水洞室位于厂房下游,与厂房净距20.0 m。无压尾水洞共4条,开挖断面为城门洞形,断面尺寸6.7 m×6.45 m(宽×高)。地下厂房开挖断面尺寸为95 m×20 m×35.04 m(长×宽×高),分层分区进行开挖。通风、电缆廊道是连接主厂房和中控室电梯、电缆井以及通风竖井的通道,布置在地下厂房上游边墙靠副厂房一侧,长99.3 m,开挖断面为6.0 m×6.5 m(宽×高)的城门洞形。通风竖井高度为37.09 m,开挖断面尺寸为11.8 m×4 m,电梯井、电缆井开挖断面尺寸8.45 m×8.88 m,高度为37.09 m。

2 通风散烟设计

根据施工的工序安排及施工现场的实际情况,率先修建0号交通洞,为其他部位的修建提供必要的支持。鉴于取水头部洞室较多达26条、总长度达4.3 km、且分布不均匀,考虑到施工期排烟问题,在副厂房上游侧靠近顶拱层268.70 m高程布置了安全通道(电缆和通风廊道)以及通风竖井,这将有利于主副厂房和尾水室地下洞室群系统的通风排烟布置。

通风布置的原则为:紧密结合洞室群布置结构及开挖方案,以通风难度最大的施工部位为通风散烟的重点,合理分期规划布置通风散烟系统,适当设置排风竖井辅助通风,使洞室群内污浊空气按预定的通道排除洞外,新鲜空气不断补充进入,消除污浊空气在洞室群内滞留和相互窜通现象,确保地下洞室群良好的施工环境。

根据施工洞室的布置情况,针对开挖工程量大、工序复杂、工期紧、施工强度高,必须组织“平面多工序,立体多层次”的施工特点,经过分析,根据不同时期的特点适时采用中导洞通风、电缆井通风、施工支洞通风、机械通风进行通风,保证施工环境。

3 通风散烟技术

该工程在施工的不同阶段,根据施工内容及施工部位,合理采用中导洞通风、电缆井通风、施工支洞通风、机械通风中的一种或多种组合。

3.1 中导洞通风

1)尾闸室中导洞通风。尾水洞室位于厂房下游,与厂房净距20.0 m。开挖长度72 m,城门洞型,开挖断面尺寸7.9 m×12.95 m(宽×高)。考虑尽快为地下厂房施工提供通风散烟通道的需要,开挖采用半断面开挖方法,开挖采用先底部后上部的施工方法,底部Ⅰ层断面尺寸为7.9 m×8.0 m,剩余上部一次开挖成型。

2)地下厂房中导洞通风。根据厂房的尺寸特点,该厂房采用分层分块开挖,共计划分5层,分层分块开挖分层特性见下表。

表1 分层分块开挖特性表

第一层开挖时,采用中导洞(断面10 m×8.35 m)先挖,两侧扩挖跟进。中导洞至少超前两侧扩挖60 m。在同一工作面上下游侧扩挖按错距进行。在第一层开挖完成后,形成的开挖通道为尾闸洞、地下厂房交通洞、0号交通洞。此时,在安装间侧,地下厂房交通洞已开挖至地下厂房二层端墙处。

为了尽快改善地下厂房内空气环境,第二层开挖采用中部导洞开挖的方式进行,将第一层副厂房侧与第二层安装间侧进行联通,形成地下厂房交通洞-→尾闸室-→地下厂房一层副厂房侧-→地下厂房第二层安装侧-→地下厂房交通洞的环路。

厂房第二层施工严格贯彻执行“中部抽槽、两侧预留保护层、浅层开挖、随层支护”的施工原则。

在中导洞开挖的过程中,由原来的压入式通风方式的基础上,形成地下厂房交通洞-→尾闸室-→地下厂房二层副厂房侧-→地下厂房第二层安装间侧-→地下厂房交通洞的环路,使厂房内通风效果明显改善,通过实践证明,通过中导洞,提前形成通风环路,为施工提供极大的便利条件。

3.2 电缆井通风

通风竖井高度为37.09 m,开挖断面尺寸为11.8 m×4 m,电梯井、电缆井开挖断面尺寸8.45 m×8.88 m,高度为37.09 m,通风、电缆廊道是连接主厂房和中控室电梯、电缆井以及通风竖井的通道,长99.3 m,开挖断面为6.0×6.5 m(宽×高)的城门洞形。

为了提早启用电缆井通风,将电缆廊道、电缆井工期进行优化安排,将贯通时间大大提前。

电缆井的开通,将原来地下厂房、尾闸室的内循环方式与洞外联通,形成新鲜空气经0号交通洞-→地下厂房交通洞-→尾闸室-→安全通道-→电缆井流动到洞外,及新鲜空气经0号交通洞-→地下厂房交通洞-→地下厂房一层副厂房侧-→地下厂房第二层安装间侧-→安全通道-→电缆井流动到洞外的外循环,通风效果显著提高。

3.3 施工支洞通风

1)0号交通洞、厂房交通洞通风。0号交通洞、厂房交通洞,作为地下厂房修建过程中重要的一环,是修建其他洞室的运输通道,也是排烟通风的主要通道。洞外新鲜空气通过断面为7.5 m×8 m的交通洞后进入作业面,持续为洞内提供新鲜空气。

2)压力引水洞通风。压力引水洞作为地下洞室群空气循环的瓶颈地带,开挖贯通后,形成0号交通洞经地下厂房(尾闸室)至压力引水洞的空气循环,贯通后,洞室群内部空气明显改善提高。

3)新增压力支洞通风。为了增加通风散烟的便利,加强洞室群的连通性,在0号地下厂房交通洞Z0+707.461桩号处增加了新增压力支洞,将厂房交通洞与1号压力引水洞、2号压力引水洞进行联通,长度133.0 m。

4)新增尾水支洞通风。鉴于尾水与下游支洞通风距离较长,距离达4.5 km,通风散烟难度极大,在0号地下厂房交通洞Z0+560桩号处,增加一条长度为118.163 m的尾水洞支洞,将0号交通洞与尾水联通。

通过0号交通洞、厂房交通洞、压力引水洞及新增压力支洞、新增尾水支洞,有效的将洞外的新鲜空气送至作业面,形成错综复杂的环流,保证了作业面的空气质量,减少因机械通风带来的电力容量问题、用电费用问题,通风得到很好的解决。

3.4 机械通风

在开挖未贯通前,由于条件限制,不可避免地需要从后方向掌子面进行供风,考虑到通风距离长,在布置风机时,提前进行计算,合理选择分机、分筒的型号。因该洞室群的复杂性,在交叉口附近通过接力风机、三通的方式,为多个掌子面进行同时供风。

4 结论与建议

1)该工程在施工的不同阶段,根据施工内容及施工部位,合理采用中导洞通风、电缆井通风、施工支洞通风、机械通风中的一种或多种组合,通过实践证明,该通风方式切实可行,并取得了良好的效果。

2)在开挖未贯通前,由于条件限制,不可避免地需要从后方向掌子面进行供风,提前考虑到通风距离长,在布置风机时,提前进行计算,合理选择分机、分筒的型号。如若洞室较多,存在交叉及多作业同时供风要求,应在交叉口附近通过接力风机、三通的方式,为多个掌子面进行同时供风。

3)在条件允许的情况下,尽可能形成环流,提高自然通风的效果。应首先考虑外部循环(如0号交通洞经地下厂房(尾闸室)至压力引水洞的空气循环),在无法形成外部循环的情况下,要争取形成内部循环(如地下厂房交通洞-→尾闸室-→地下厂房Ⅰ层副厂房侧-→地下厂房第Ⅱ层安装侧-→地下厂房交通洞),环流形成后为通风面带来极大便利。

[1]谭金龙.大型地下工程洞室群施工期通风研究[D].天津大学,2007.

[2]刘九.洞坪水电站地下厂房通风系统设计[J].人民长江,2010(11):41-43+95.

[3]刘芳明,朱育宏,王琪.清远抽水蓄能电站地下厂房及洞室群通风施工技术[J].云南水力发电,2016(04):86-87+107.

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