取水首部地下厂房及洞室群通风排烟技术研究

王宇明

（中铁北方辽宁总部中铁东北投资发展有限公司，辽宁沈阳 110003）

1 工程概述

桓仁水库取水首部是输水工程建设的重要组成部分，主要包括0 号交通洞、取水口建筑物、引水压力洞、地下厂房交叉洞室群、首部闸门井、电梯竖井、通风竖井、升压站、机电设备及金属结构设备安装等工程。

压力洞包括2条压力隧洞、2条引水支洞、2条发电支洞。其中，压力隧洞进口段设计27.00 m长钢衬，断面形式为城门洞型，断面尺寸11.64 m×6.65 m；其余压力洞、引水支洞、发电支洞断面形式均为圆形，开挖洞径为5.74 m。在主厂房与尾水洞之间布设4条有压尾水压力洞，分别布设在厂房机组和锥形阀段，尾水隧洞布设在厂房下游20.00 m 处。地下厂房断面开挖尺寸95.00 m×20.00 m×35.04 m（长×宽×高），采用分区分层方式开挖。电缆、通风廊道为连接主厂房与中控、电缆井、电梯井及通风竖井的通道，布设在地下厂房上游靠近副厂房一侧，长99.30 m，断面开挖尺寸6.00 m×6.50 m（长×宽），断面形式为城门洞型；电缆井与电梯井开挖断面尺寸8.45 m×8.88 m，断面形式为城门洞型；通风竖井高37.09 m，其断面开挖尺寸11.80 m×4.00 m。

2 通风排烟设计

布设原则：多次论证取水首部地下洞室群结构布置及施工方案，将通风散烟难度最大的工程部位作为通风重点，合理规划、分期布置通风系统，结合初设及规范要求合理设置通风竖井辅助通风，达到将洞内、洞外气体交换，消除地下洞室群内污浊空气，保证地下洞室群施工环境安全[1-4]。

取水首部地下洞室群数量多达26条，总开挖里程4.30 km，分布错综复杂，首先考虑施工期通风排烟问题，通风竖井布置在副厂房上游268.70 m高程处，利于主副厂房及尾水洞室群通风排烟工程布置。根据工期要求，结合现场情况，先行建设0号交通隧洞，为其他部位施工提供必要交通支持。

地下洞室群开挖量大、作业面强度高、工序复杂、工期紧，结合洞室群结构布设情况，采用“平面多工序、立体多层次”的开挖工法，根据不同时期开挖特点适时采取电缆井、中导洞、引水支洞、施工支洞通风相结合的方式，充分保证了地下洞室群的施工环境。

地下洞室群平面布置见图1。

图1 地下洞室群平面布置图（单位：m）

3 通风排烟技术

桓仁水库引水隧洞工程在施工的不同阶段，根据不同施工部位及内容合理布设，选用中导洞通风、施工支洞通风、电缆竖井通风及机械通风中的一种或多种形式组合。

3.1 中导洞通风

根据厂房结构特点，厂房开挖方式采用分层分块，共分5 层，即先导洞后扩大方式，分层开挖特性详情见表1。

表1 地下主副厂房分层分块开挖特性表

第一层采用先导洞后扩大开挖方式，导洞断面尺寸10.00 m×8.35 m，导洞两侧适时延后跟进，中导洞与两侧开挖间距控制在60.00 m 左右。同一工作面处错距跟进上下游侧扩挖，第一层开挖完成，可为尾水洞、主副厂房交通洞、0 号交通洞提供支持，此时安装间侧部地下厂房交通洞已开挖至地下厂房二层端墙部位。

第二层同样采用先导洞后扩大开挖方式，在压入式通风方式基础上，可实现第一层副厂房与第二层安装间联通效果，进而形成一层副厂房→第二层安装间→交通洞→尾闸洞→一层副厂房的闭合环路，加快空气流动，通风效果明显。实践表明：采用中导洞施工方式，提前形成通风环路系统，为地下厂房进一步施工提供极大便利支持。

地下厂房施工严格遵循“短进尺、中部抽槽、预留两侧保护层、跟进支护”的施工原则。

3.2 施工支洞通风

1）0 号交通洞与地下厂房交通洞。不仅为地下厂房及洞室群施工提供出渣、原材料与施工机械设备运输等交通支持，也是其他施工部位的重要排烟通道，可将洞外的新鲜空气输送至施工作业面。

2）引水压力洞。处在地下洞室群空气循环瓶颈部位，开挖贯通后，形成了0 号交通洞到地下厂房尾水洞到压力洞的通风循环系统，压力洞贯通完成后，地下洞室群各施工作业面空气质量得到显著提高。

3）新增0 号交通洞支洞。为进一步增加通风排烟效果，加强洞室群空气流通，设计变更0 号交通洞，增设支洞，位于桩号Z0+707.461 处，可将地下厂房交通洞与1 号、2 号压力引水洞联通，新增支洞长度为133.00 m。

通过上述施工支洞的综合作用，洞外新鲜空气输送至地下厂房及洞室群，解决通风难题的同时，节约了资源，降低了机械式通风系统的用电量，环流系统的应用也保障了施工供风安全，不必完全依赖电力通风，间接提高了施工效益。

3.3 电缆竖井通风

电缆通风竖井开挖净高37.09 m，断面开挖尺寸11.80 m×4.00 m；电缆井与电梯井开挖断面尺寸8.45 m×8.88 m；电缆、通风廊道断面开挖尺寸6.00 m×6.50 m，是主要连接主厂房与中控制、电缆井、电梯井及通风竖井的通道，布设在地下厂房上游靠近副厂房一侧，长99.30 m。电缆竖井贯通，实现了内循环方式转变为与洞外联通方式，地下厂房及洞室群施工作业面通风效果显著提高。

第一循环路径：洞外新鲜空气→0 号交通洞→地下洞室交通洞→尾闸洞→安全通道→电缆竖井→洞外；第二循环路径；洞外新鲜空气→0号交通洞→一层副厂房→二层安装间→安全通道→电缆竖井→洞外。

3.4 机械式通风

前期施工开挖阶段不可避免地需要配置机械式通风系统，以实现洞外空气输送至施工作业面的目的，参考规范并结合工程实际，根据通风距离、作业面每分钟需要新鲜空气量计算所需供风量，合理选择通风机型号、风筒型号。考虑到地下洞室群的复杂性，交叉口处采用三通型式接力风机，实现同时为多个掌子面供风效果。

4 结语

实践表明，桓仁水库引水隧洞工程在施工阶段采取的一种或多种相结合的通风方案切实可行，通风效果良好、效益显著。在地质及施工条件允许的情况下，尽可能结合永久工程创造循环通风条件，以实现自然通风效果。这样不仅降低了施工成本，又可解决因机械式通风意外事故造成掌子面无新鲜空气的难题，为工程安全施工提供保障。