淺談地下廠房系統通風排煙的應用

黃 瑩

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 通風總體規劃

五岳抽水蓄能電站位于河南省光山縣殷棚鄉和羅山縣定遠鄉。電站開發任務主要是承擔河南電網的調峰填谷、調頻調相、緊急事故備用等任務，電站裝機容量為1000MW，安裝4臺單機容量為250MW的水泵水輪發電電動機組。根據該工程施工總進度計劃，該工程地下洞室群通風按照三期進行規劃。一期通風主要是在主體工程獨頭洞室掘進階段。根據該工程施工總進度計劃，該工程主體施工前期，地下廠房系統、洞室，均為獨頭掘進作業，施工期應用壓入式通風方式，并且沿著洞壁排風。 二期通風，涉及多個通風通道，包括施工支洞、尾水洞調壓井導井、高壓電纜豎井、引水洞豎井導井。施工通風已具備整體聯動通風條件。各洞室的平面布置、高程差特點明顯，因此能夠關聯各主體洞室排風排煙平洞、豎井、高壓電纜平洞，實現三位一體貫通。結合自然通風、機械通風方式，可以提供優質的施工環境。三期通風，需要完成開挖作業。在混凝土襯砌、灌漿，金屬設備安裝操作期間，同時做好三期通風處理。地下廠房系統、引水系統、尾水系統，形成一體化裝置，連接地面豎井，可以起到煙囪效應，通過洞口排出廢氣。

2 通風量估算

2.1 三大洞室群通風量計算

主副廠房洞現以第Ⅱ層中部拉槽開挖為例，進行地下廠房系統洞室群的通風需求量進行計算說明。第Ⅱ層中部拉槽開挖，使用液壓鉆機鉆孔，開挖方式為梯段爆破法，聯合合式通風。開挖斷面為矩形，尺寸為18.5m×8.3m；斷面積154m2，循環進尺4.0m，通風距離 1236m，通風時間0.5min，炸藥單耗0.46kg/m3。排渣時，應用反鏟、裝載機裝車，使用t自卸汽車運輸。反鏟額定功率125kW，裝載機162kW，自卸汽車191kW，懸臂式掘進機額定功率320kW。

排除炮煙計算風量，按下列公式進行計算。

式中：Q1表示排除炮煙所需風量；t表示通風時間；G表示爆破炸藥量（1次量）；A表示隧洞開挖斷面；L（L1）表示隧洞全長；?表示淋水系數；b表示炸藥爆炸時，有毒氣體生成量；P為風筒漏風系數；其中：風筒漏風系數P按公式P=1/（（1-β）L/100）進行計算。

式中：P-風筒漏風系數；β-平均漏風率，取β=0.01；L-單獨掘進（通風）長度，該工程L=1236m。

經計算：

隧洞臨界長度按公式L1=12.5×（GbK/AP2）進行計算。式中：L1為隧洞臨界長度；K表示紊流擴散系數，關聯指標包括風洞口與工作面距離，風洞直徑。在該工程中，K值為0.67。

經計算：L1=12.5×（GbK/AP2）=12.5×（282×40×0.67/（154×1.14））=480m。

工作面所需風量：

Q1=2526m3/min=42.1m3/s

稀釋和排除內燃機廢氣計算風量，按下列公式進行計算。

式中：Q2表示稀釋、排除內燃機廢氣所需風量；K表示功率通風計算系數；N表示柴油設備總數；Ni表示柴油機額定功率；Ti表示柴油機利用率系數，柴油機負荷率為 0.7。

經計算：

爆破后稀釋有害氣，到允許最高濃度作為計算范圍：應用壓入式通風，工作面風量

式中：t表示通風時間，數值為0.5h；G表示爆破炸藥用量。L為掌子面滿足下一循環施工的長度，取80m。

則洞室施工時工作面需要風量：

洞內工作人員所需新鮮空氣量，應用以下公式計算。

式中：Q4表示施工所需風量；m表示工作最多人數；k表示風量備用系數；q表示每人供給空氣量。通過計算可知，Q4=3×60×1.15=207m3/min

式中：Q5表示最小風速所需風量；Vmin表示最小風速；S表示最大斷面面積。

計算風機風量計算如下。工作面風量：風機風量，應用以下公式計算。

式中：Q機表示風機額定供風量；Kr表示風機效率。

經計算：Q機=QP/Kr=3178m3/min=53.0m3/s

2.2 三大洞室群縱向通風壓力計算

通風阻力，涉及摩擦阻力、局部阻力[1]。其中，摩擦阻力，存在于風速全部流程內；局部阻力，出現在流道斷面變化情況，例如拐彎、分支、風流。風機的風壓如下。

式中：h機表示風機工作風壓；h阻表示通風阻力；h沿表示沿程壓力損失；h局表示局部壓力損失。

以中部拉槽開挖為例，進計算洞室群縱向通風壓力。沿程壓力損失，應用以下公式計算：

式中：a表示風筒摩擦系數；l表示風筒長度；Q表示工作面風量；Q機表示風機額定供風量。Q機=3178m3/min=53.0m3/s；D表示風筒直徑，m，D=1.8m。

經計算：h沿=RfQ2=（6.5alQQ機）/D5=2010Pa。

局部壓力損失，應用以下公式計算：

式中：ζ表示局部阻力系數。

經計算：h局=RxQ2=（Q2+ζQ機

2）/D4=209Pa

綜上所述：縱向通風壓h機=h沿+h局=2010+209=2229Pa。

3 通風設備配置

3.1 通風設備選型

根據經過對本地下工程施工通風方案的規劃與布置，結合通風設備技術特征，該工程所用通風設備，產品參數如表2所示。根據施工期開挖工作面通風量計算結果，選用通風系統設備見下表3。

表2 擬選用通風設備特性表

表3 地下廠房系統施工通風規劃布置表

3.2 通風設備配置

根據本地下工程的結構特性與通風施工方案規劃，通風設備配置計劃見表4。

表4 地下工程通風系統設備配置表

4 通風系統布置

4.1 地下廠房系統施工通風

4.1.1 一期通風

地下廠房系統一期通風，即在主副廠房洞和主變洞上部開挖階段各施工作業面的通風。根據工作面施工用風風量、風壓計算結果，同時結合通風設備的性能與現場實際情況，擬在通風兼安全洞洞口1臺隧洞專用軸流式通風機即2#風機，擬在進廠交通洞洞口布置1臺軸流式通風機，即3#風機，分別向主副廠房洞及主變洞上部工作面壓入式供風。風管選用D=1.8m高強度聚酯合成材料，在與各隧洞交叉處設置三通岔管，通風岔管管徑比主管小一個型號[2]。風管懸掛于隧洞拱頂處，每20m～30m一節，節間采用拉鏈式連接，隨著開挖進尺，逐漸延伸至掌子面。與掌子面距離30m～50m，為爆破安全距離。

4.1.2 二期通風

地下廠房系統二期通風，即在主副廠房洞、主變洞中下層及尾閘室開挖階段，各施工作業面的通風。根據工作面施工用風風量、風壓計算結果，同時結合通風設備的性能與現場實際情況，擬使用進廠交通洞洞口風機，即3#風機，向主副廠房洞、主變洞中下層、尾閘室上層工作面，采用壓入式供風；一期設置在通風、安全洞洞口，2#風機，移動到通風兼安全洞和主變排風洞交叉口，調整為吸出式排風，輔助排出主副廠房洞中下層、主變洞中下層、尾閘室上部等工作面的污濁空氣。待廠房第4層開挖完成后，撤掉3#風機，使用在進廠交通洞洞口布置的4#風機經②、③、④施工支洞對廠房V～VII層進行供風，2#風機在通風兼安全洞和主變排風洞交叉口向外排風。風管選用D=1.8m高強度聚酯合成材料，在各隧洞交叉處設置三通岔管，通風岔管管徑比主管小一個型號。風管懸掛于隧洞拱頂處，每20m～30m一節，節間采用拉鏈式連接，隨著開挖進尺，逐漸延伸至掌子面。與掌子面距離30m～50m，為爆破安全距離。

表1 三大洞室群施工期開挖工作面通風量計算結果

4.1.3 三期通風

地下廠房系統三期通風，即在主副廠房洞下層開挖以及后期土建混凝土澆筑與機電設備安裝施工階段，各施工作業面的通風。該階段地下洞室群開挖結束，各洞室貫通。地下洞室群，基本形成循環通風，具備良好的通風條件。但由于洞內仍然在施工，并且有氡氣的釋放，所以依然要使用二期通風4#風機壓入式供風，自然通風輔助。

4.1.4 射流風機輔助通風

由于地下廠房系統通風復雜且⑤施工支洞距離較大，排風困難，所以擬在二期通風期間，在②施工支洞與③施工支洞交岔處、③施工支洞與⑤施工支洞交岔處、通風兼安全洞與主變排風洞交叉處分別布置一臺SDS-7.1-2P-6-33°的射流風機輔助排風，即9#風機、10#風機、11#風機。

4.2 尾調室施工通風

4.2.1 一期通風

尾調室一期通風，將軸流式通風機設置在尾調交通洞洞口，即8#風機，采用壓入式供風。由進廠交通洞洞口4#風機經②施工支洞、③施工支洞、尾水洞至尾調室下方壓入式供風，風筒選用D=1.6m高強度聚酯合成材料，懸掛于隧洞拱頂處，每20m～30m一節，節間采用拉鏈式連接，隨著開挖進尺，逐漸延伸至掌子面。與掌子面距離30m～50m，為爆破安全距離。風筒在①、②尾調室交通洞分岔處分岔至工作面供風。

4.2.2 二期通風

尾調室二期通風，尾調室導井與尾水洞貫通后，雖然此時導井已貫通，通風條件回明顯改善，但豎井擴挖、混凝土澆筑仍然需要施工供風[3]。依然使用8#風機和4#風機壓入式供風，每天供風時間相應減少。

4.3 通風管布置

通風管布置在在洞頂下方，于洞頂布置錨桿（1.5m），固定鋼絞線，作為通風筒懸吊線。應用高強度聚酯合成材料，在通風管路轉彎部位，使用高強、抗拉、低漏風率鋼骨架風管，風管采用拉鏈式連接法，節長20m～30m。風管具備阻燃、抗靜電、防霉變功能。

5 結語

鑒于大型地下廠房通風排煙工程是一項十分復雜的系統的工程，其對工程的施工成本、施工進度、施工環境以及職工健康等方面的影響。該文筆者結合工程實際情況，為了確保通風效果，工作面通風采用一站式通風法，嚴禁接力通風。施工通風，以混合式通風方式為主。通過通風計算及設備調研，該工程采用了法國ECE無極調速變頻進口風機、風帶、管道閥門及其附屬設施，科學合理地布置了通風排煙系統。滿足了該工程通風要求，有效地改善地下洞室的施工環境，加快了施工進度，保證了洞內作業人員的健康。