五岳抽水蓄能电站地下洞室群通风系统技术

◎李闯 中国水利水电第十一工程局有限公司

1.引言

随着国家的发展，我国抽水蓄能电站也如雨后春笋般生长。而抽水蓄能电站伴随着大量的洞室群建设。因此，洞室群内的通风排气问题也受到了越来越多的专家和学者的关注，通风体系已经发展得较为完整。洞室群内的通风主要是在施工期，施工期洞内的尘土和有害物很难排出，针对这一问题，有相关的专家和学者主要从几个方向进行研究：①洞内洞室内风流流场规律；②洞室内污染物（CO、粉尘等）扩散规律；③洞室通风系统的风量计算；④通风布置等方面的研究。本文将以五岳抽水蓄能电站为工程依托，主要从以下几个方面进行介绍：施工期间的通风系统布置原则和基本要求，通风量的计算，通风布置中遇到的难点及相应的解决措施。

2.工程概况

五岳抽水蓄能电站位于河南省光山县殷棚乡和罗山县定远乡，上水库位于牢山寨北坡近顶部山坳处的牢山林场，下水库利用已建的五岳水库。电站至光山县城、信阳市公路里程分别为42km、74km，根据河南电网的需求特点和五岳抽水蓄能电站的功能特性，本工程的开发任务主要是承担河南电网的调峰填谷、调频调相、紧急事故备用等任务。五岳抽水蓄能电站装机容量为1000MW，安装4台单机容量为250MW的水泵水轮发电电动机组。主要有上水库、输水发电系统和下水库渠道组成。

3.施工通风系统布置原则和要求

施工通风系的布置要参照DL/T5099-2011《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》，规范中规定，为了保证洞内施工人员的健康，洞内空气中氧气的含量不能低于20%，洞内有害物质的含量应该满足规范中的标准。

通风系统在进行布置时应满足以下原则：

（1）满足规范要求最小通风量和最小风速。首先要能保证洞内施工人员的正常呼吸，其次要保证能够将洞内的废气和有害气体冲淡，最后还要保证一定的降温作用。

（2）当设计的洞室长度很大时，减少多个风力连接的通风布置，采用风压较大且风流量较大的进口风机；为使洞内的排气效率提高，可以采取“低进高出”的方式；

（3）利用进厂交通洞进风，通风兼安全洞出风，尽早形成良好的通风环境；

（4）通风时尽量避免进风口空气污染，因此保证隧道口的空气环境也是至关重要的；

（5）通风管吊挂做到平、直、紧、稳、顺，以降低风量的损失。

4.施工期通排风量的计算

（1）主副厂房、主变洞第一施工阶段，风机布置在通风兼安全洞口：

主副厂房第一层+主变洞第一层开挖容积=208×165+117×140=50700m³，主副厂房第二层开挖时，主变洞第一层已经开挖完成，进入主变洞第二层开挖，主变洞可形成过流通风，该处通风主要由进厂交通洞口布置的2×132k w风机供风。因此，取最大容积为主副厂房第一层+第二层开挖容积，约为(208+218)×165=70356m³，空气35分钟内置换一次，该效果满足现场实际需求，根据计算得到通风系统的通风需求如表1所示。

考虑主副厂房施工期间风速分布的不均匀和风流紊乱扩散的作用，考虑一定的富余系数，选择风机型号为：2#风机：2XAVH-R125.110.4.8（2＊110kw）。

在主副厂房顶层、第二层、主变洞第一层开挖完成后，2#风机移到进场交通洞负责尾水的开挖供风；在通风兼安全洞和主变排风洞口设置排风机3#风机（2×75kw），分别负责主厂房和主变洞的散烟，把通风兼安全洞作为散烟通道使用，这样保证空气单循环，避免空气乱串，导致地下洞室群通风失效。

（2）顶层开挖完成后，在进厂交通洞口布置5#风机负责：主副厂房、主变洞、尾闸室三大洞室剩余开挖：设置三通分别向三大洞室供风。

三大洞室顶层开挖容积约为187，200m³，风带末端风量设计为43m³/s,此风量可使顶层台阶内的空气73分钟内置换一次，该效果满足现场实际需求,根据计算得到通风系统的通风需求如表2所示。

根据以上通风的数据选择风机型号为5#风机：2XAVH-R140.132.4.8（2＊132kw）。

5.通风系统的难点及解决措施

（1）通风布置中遇到的难点。①由于本工程的施工面积较大，而且施工程序繁杂，通风系统不仅关系着施工人员的身体健康，同样也影响着施工的进度和质量，若未能按照要求将洞内的有害气体和尘土排出，还可能会导致工程事故，因此通风系统设计是至关重要的。②地下洞室群数量较多，在施工过程中不可避免的会出现相互影响，尤其是当洞内爆破施工时，灰尘和污染物导出流散，洞室越多，相互影响的程度就越大；③工程中主要进风的管道长达1200m，虽然一体的风管可以减少风量的损失，但同时风压损耗较大，也会降低风压。

（2）解决措施。为了解决以上这些问题，根据现场施工的实际情况，提出相应的解决措施。首先利用进厂交通洞和通风兼安全洞作为排风系统的主要送风通道，为了让进风口的空气能够新鲜，采取“下进上出”的流通方式，进厂交通洞作为补风洞口，通风兼安全洞作为排风口，让洞内的气体流通形成循环流动。其次，为改善主副厂房、主变洞、尾闸室上层施工期间通风条件，可以在三大洞室层与层之间设置临时联通的通风竖井，合理、有效地组织通风风流，施工通风应根据各施工部位的通道及施工程序的不同，采取分部位进行规划。

结合本工程实际，为保证通风效果，各工作面通风均采用一站式通风到底的方式，中途不采用接力通风。施工通风采用混合式通风方式，即压入式通风为主，以吸出式通风为辅。采用无极调速变频轴流风机，风机工作效率不低于85%，噪音≤85分贝，通过通风计算及设备调研，对主副厂房、主变洞、尾水闸门室以及其他洞室等重点部位供风的风机均采用瑞典进口SWEDFAN无极调速变频风机，提高通风效果，改善洞内空气质量。

6.施工通风优化建议

由于主副厂房和主变洞开挖支护施工期间，施工人员及各种大型设备设备较多，钻孔、喷混凝土支护、出渣运输等各种工序存在交叉作业现象，通风机几乎为24小时满负荷运转，为保证主副厂房及主变洞通风顺畅，根据现有地形和探洞线型，拟增设自然通风竖井结合机械通风，增强通风效果。

具体措施为：拟在勘探平洞末端，地下厂房顶部打设通风竖井至厂房和主变洞顶拱，通风竖井直径1.4m，采用BMC200型反井钻机先行钻入直径217mm导孔，之后在厂房中部拱顶安装伞形扩挖钻头，由下而上扩挖至直径1.4m圆形导井，主变洞顶拱亦采用此施工措施，在主变洞中部顶拱打设直径1.4m通风竖井。