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任 俊 友， 陈 丽 萍， 刘 志 辉， 吴 虹 私 (中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066) 摘 要：长隧洞通风散烟是隧洞工程施工的一个难题，通风效果的好坏直接影响到长期从事地下工程施工人员的身心健康和隧洞施工进度。如果没有良好的施工通风设计方案，将严重影响企业形象，甚至因为通风不达标而停工。为解决卡鲁玛水电站尾水隧洞项目施工的通风问题，经过模型分析和严格的理论计算，设计了有效的通风方案，经过该项目的实践验证，通风效果良好，可为类似工程提供参考。 关键词：卡鲁玛水电站；尾水隧洞；通风；设计及应用 1 工程概况卡鲁玛水电站为乌干达境内维多利亚尼罗河上规划7个梯级电站中的第3级，位于卡鲁玛-古芦高速公路附近，距离乌干达首都坎帕拉270 km，距离古芦75 km。该电站任务以发电为主。安装6台、单机容量为100 MW的水轮发电机组，总装机容量为600 MW。 卡鲁玛水电站尾水隧洞由两条独立且平行布置的大尺寸隧洞组成。两条尾水隧洞分别为1#、2#尾水洞，主洞长均为7 143 m，采用平底马蹄形断面形式，开挖洞径宽13.7～14.8 m，高13.45～14.8 m，混凝土衬砌后洞径宽12.8 m，高12.8 m，底板宽度为10.5 m。 施工方案设置了三条施工支洞，分别为：8#施工支洞(L=1 068.3 m)、9#施工支洞(L=642.1 m)及10#支洞(L=365 m)，支洞V类围岩洞段采用马蹄形断面，其余采用城门洞形断面。 2 通风方案的设计2.1 通风设计原则 根据该标段工程特点，通风设计遵循“缩短通风流程，减小通风阻力，增大通风能力，提高抗灾能力”的基本原则，优先选择分区分期通风方式，优化通风系统，做到通风网络简单、风流稳定、系统可靠、风量充足、风速风质符合要求。 2.2 通风标准 洞室最低风速不小于0.15 m/s，最大风速不超过6 m/s；噪音最高不大于90 dB；有害气体浓度CO2小于0.5%，CO不大于0.002 4%(或30 mg/m3)，NO2不大于0.000 25%(或5 mg/m3)，SO2不大于0.000 52%(或15 mg/m3)，H2S不大于0.000 66%(或10 mg/m3)。 2.3 设计模型 根据施工图与现场条件，该施工方案主要考虑的是1#尾水洞、2#尾水洞上层开挖的施工通风，其主洞的开挖剖面见图1。  图1 主洞开挖剖面图(单位:cm) 通风采用以下方案： 通风线路1：采用压入为主、吸出为辅的方式通风。为了缩短通风长度，在8#支洞与1#尾水洞、2#尾水洞相交的中间增设1个直径为5 m(衬砌后的直径)的竖井，同时作为压入和吸出主洞及施工支洞内污风的通道。 通风线路2：采用独头压入式通风，采用由9#支洞进口分别向1#尾水洞、2#尾水洞引2根通风管供风。 通风线路3：采用独头压入式通风，采用由10#支洞进口分别向1#尾水洞、2#尾水洞引2根通风管供风。 通风洞室的工程特性见表1。 2.4 通风计算 表1 通风洞室特性一览表  序号名 称开挖长度/m从支洞算起单头掘进长度/m增加通风竖井后单头掘进长度/m减少通风长度/m18#支洞，L=1068m29#支洞，L=642m310#支洞，L=365m4合计1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞上游120022681340928下游136024281500929上游120022681340928下游136024281500928上游13602002下游15102152上游13602002下游15102152上游15001865下游180545下游15001865下游180545711022520 (1)施工人员所需风量Q1的计算公式： Q1=m×q1×k 式中 m为工作人数，按50人计算;q1为每个人需要的通风量，按3 m3/min计；k为通风备用系数，取1.25。 (2)压入式通风方式排除炮烟的风量Q2的计算公式： Q2=2.25/t×〔[G(AL0)2∮B/P2]〕^(1/3) 式中 t为通风时间，按40 min考虑；G为次爆破的炸药量，kg；A为洞室断面积，m2；L0为洞室通风的临界长度，m，L0=12.5×G×B×K/(A×P2)；K为紊流扩散系数，取0.5；∮为淋水系数，按沿干燥岩层掘进的隧洞为0.8；，潮湿的隧洞为0.6，岩层含水或使用水幕为0.3取值；B为炸药爆炸时的有害气体生成量，按煤层中爆破取100,岩石中爆破取40考虑；L为洞室通风的长度；P为风筒漏风系数，P=1/(1-L/100×P100)； P100为百米风筒漏风率，一般取2%。 (3)按通风的最低风速要求Q3的计算公式： Q3=60×v×A 式中 v为洞室中要求的最小风速，取0.15 m/s。 (4)洞内工作人数及柴油设备运行所需风量Q4的计算公式: Q4=Q1+W×q2 式中 W为洞内运行柴油机总功率，取600 kW；q2为内然机每kW需要的通风量，取3 m3/min。 (5)局部扇风机风量Q局的计算公式： Q局=P×Q 式中 Q为以各种条件计算的洞内所需最大通风量。 (6)通风风压的计算公式： ①计算风筒通风阻力h1： h1=(Rf+Rj)×Q局×Q 式中 Rf=6.5×α×L/D5；Rj=ζ×1/D4；D为风筒直径；α为风筒阻力系数，取0.003 04；ζ为风筒出口局部阻力系数，风筒在洞内呈直筒，无分岔和拐弯，取1。 ②通风机工作的全风压h全： h全=h1+h0 式中 h0为风筒出口风阻，h0=ζ×Q2/D4。 3 通风设备的选择与布置3.1 各洞室需风量及风压计算成果 (1)各洞室需风量计算成果见表2。 表2 各洞室需风量计算成果一览表  序号洞室名称 需风量计算成果/m3·min-1施工人员所需风量压入式通风方式计算排除炮烟需风量最低风速要求计算需风量洞内工作人数及柴油设备运行所需风量局部扇风机风量Q1=m×q1×kQ2=2．25/t×〔[G(AL0)2∮B/P2]〕＾(1/3)Q3=60×v×AQ4=Q1+W×q2Q局=P×Q18#支洞29#支洞310#支洞1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞上游187．518848551987．52822下游187．518848551987．52822上游187．518848551987．52822下游187．518848551987．52822上游187．51067．88551987．53319下游187．59638551987．53489上游187．51067．88551987．53319下游187．59638551987．53489上游187．511258551987．53170下游187．522788551987．52551下游187．511258551987．53170下游187．522788551987．52551 (2)各洞室通风风压计算成果见表3。 表3 各洞室风机工作风压计算成果一览表  序号洞室名称 风阻及工作全风压/Pa风筒通风阻力风筒出口风阻工作全风压h1=(Rf+Rj)×Q局∗Qh0=ζ×Q2/D4h全=h1+h018#支洞29#支洞310#支洞1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞上游27292012930下游27292012930上游27292012930下游27292012930上游41431884331下游46501884838上游41431884331下游46501884838上游36241333757下游11151751290下游36241333757下游11151751290 3.2 设备选型原则 按通风量计算公式计算各自需要的通风量后选用其中的最大值。依据以上原则选定的施工通风量除满足洞内允许最小风速外，还应注意不得超过洞内最大允许风速。因此，依据“表2中Q局和表3中H全两个参数选择通风机。 3.3 通风设备的选择 结合工程通风特点及计算成果，初步拟定通风设备的选型见表4。 3.4 通风设备的布置 通风线路1：在8#支洞与1#尾水洞、2#尾水洞相交的中间设置1个洞径为5 m(衬砌后的直径)的竖井，由竖井供风，同时兼顾排除洞内污风的任务 。 表4 通风设备选型一览表  序号洞室名称压入风机参数竖井吸出风机参数风量/m3·min-1全压/Pa风机型号风量/m3·min-1全压/Pa风机型号18#支洞29#支洞310#支洞1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞1#主洞2#主洞上游28222930变频风机，2×110kWSDF(B)-№163386500大流量低压风机DFZ-№24，37kW下游28222930变频风机，2×110kWSDF(B)-№163386500大流量低压风机DFZ-№24，37kW上游28222930变频风机，2×110kWSDF(B)-№163386500大流量低压风机DFZ-№24，37kW下游28222930变频风机，2×110kWSDF(B)-№163386500大流量低压风机DFZ-№24，37kW上游33194339变频风机，2×160kWSDF(B)-№17下游34894838变频风机，2×200kWSDF(B)-№18上游33194331变频风机，2×160kWSDF(B)-№17下游34894838变频风机，2×200kWSDF(B)-№18上游31703757变频风机，2×160kWSDF(B)-№17下游25511290变频风机，2×75kWSDF(B)-№14下游31703757变频风机，2×160kWSDF(B)-№17下游25511290变频风机，2×75kWSDF(B)-№144合计3260kW13545．6148kW 在距竖井口上风处30～50 m范围布置4台2×110 kW的SDF(B)-№16变频风机，采取压入式方式提供作业面新鲜风；在竖井出口下风方向布置4台37 kW的DFZ-№24大流量低压风机，用于吸出洞内工作面的污风。每个风机直径1.8 m 的通风软管分别通向8#支洞与1#、2#尾水主洞的上下游工作面。通风软管90°转弯处采用刚性弯头。 通风线路2：在9#支洞距进口30～50 m处布置2台2×160 kW的SDF(B)-№17变频风机，分别通向与1#、2#尾水主洞的上游工作面；布置2台2×200 kW的SDF(B)-№18变频风机分别通向与1#、2#尾水主洞的下游工作面。 通风线路3：在10#支洞距进口30～50 m处布置2台2×160 kW的SDF(B)-№17变频风机，分别通向与1#、2#尾水主洞的上游工作面；布置2台2×75 kW的SDF(B)-№14变频风机分别通向与1#、2#尾水主洞的下游工作面。通风系统布置情况见图2。 4 实施效果卡鲁玛水电站通风方案在工程实施中效果较明显，实施通风方案后的通风管布置情况见图3。 目前，乌干达卡鲁玛水电站8#、9#、10#支洞以及1#尾水隧洞、2#尾水隧洞已完成全部开挖支护工作，累计完成土石方明挖35.28万m3，累计完成石方洞挖244.5万m3，累计完成喷混凝土4.07万m3；累计完成锚杆制安4.42万根，累计完成钢结构制安386.37 t。目前项目已全面转入混凝土衬砌阶段，已完成全部底板垫层浇筑及边顶拱浇筑48仓，共计574.8 m，累计完成混凝土浇筑3.65万m3。 经过多次抽检出风口风速和洞内空气质量，其最小风速、洞内温度、含氧量、有害气体含量均在施工作业环境的允许范围内，洞内通风效果得到业主、监理、现场施工作业人员的一致肯定，实施效果良好。  图2 通风系统布置示意图  图3 通风管布置图 参考文献： [1] 水利电力部水利水电建设总局，编.水利水电工程施工组织设计手册——2施工技术[M].北京：中国水利水电出版社，2003. [2] 《水利水电工程施工手册》编委会，编.水利水电工程施工手册.第2卷，土石方工程[M].北京：中国电力出版社，2002. [3] 赖涤泉.隧道施工通风与防尘[M].北京：中国铁道出版社，1994. 任俊友(1965-), 男，四川南充人，总经理助理兼工程管理部主任，高级经济师，从事水电工程施工技术与管理工作； 陈丽萍(1980-)，女，江西南丰人，高级工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作； 刘志辉(1987-)，男，吉林长春人，项目工程部副主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作； 吴虹私(1990-)，男，四川达洲人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作. (责任编辑：李燕辉) 收稿日期：2017-04-2 |
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