抽水蓄能电站引水系统及地下厂房工程地下洞室群通风排烟规划方案

抽水蓄能电站引水系统及地下厂房工程地下洞室群通风排烟规划方案1.1概述抽水蓄能电站引水系统及地下厂房工程标主要包含引水系统、地下厂房和尾水调压室之前的尾水系统。地下洞群具有埋层深，直接对外的通道少（在排风竖井形成前，对外的施工通道为进场交通洞和⑧施工支洞）、线路长（进场交通洞长约1271.4m，⑧施工支洞长约1280.8m），洞室群密集，通风散烟难度大等特点，根据我公司承建的类似地下工程施工经验，通风散烟、除尘的影响是持续性的，施工通风布置是否合理，将直接影响工程进度、质量、安全和员工的身体健康，关系重大，必须认真对待和合理布置。由于设计的厂区排风竖井尚未施工，进场交通洞和⑧施工支洞轴线较长，均超过1km，除⑤施工支洞外，地下洞室群开挖的其余施工支洞均为从进场交通洞引岔洞而形成，不仅本标段，C4标的施工通道也是进场交通洞，导致进场交通洞的交通量巨大，影响洞内空气质量的因素多，地下洞室开挖的通风压力较大。引水隧洞和地下厂房系统都是本工程通风的重点及难点。1、厂房系统虽然有左右侧端墙两条施工通道，可以采取双工作面的开挖方案，单工作面长度为110m，但施工通道均较长，通风排烟压力仍显突出，综合比较⑧施工支洞一侧的通风压力小于进场交通洞侧。进入钢管安装阶段后，由于进场交通洞需要承担钢管运输的任务，和交通洞本身的断面大小限制，洞内的通风系统必须拆除，才能满足运输钢管的断面要求，仅有的通风通道为厂区排风竖井和⑧施工支洞，厂房下部的施工通风压力更加突出。2、引水隧洞下平段、岔管段以及引水支管等均独头掘进，以及两条引水竖井段的扩挖施工，仅有的通道为①施工支洞——进场交通洞，施工通道线路长，弯道多，且多工作面同时施工，车流量大，是通风的另一重点。3、尾水支洞、尾水闸门室以及尾水岔洞的主要施工通道为⑨施工支洞，该支洞从在进场交通洞桩号厂交1+145.114位置岔出的⑥施工支洞-46.50m高程岔出，从进场交通洞到⑨施工支洞末端沿线呈“口”字形环绕下卧，工作面均为独头掘进，最多时上下游方向3个工作面同时施工，通风布置困难。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。考虑到设计中布置的仅有的一条厂区排风竖井很难保证整个地下洞室群的通风排烟效果，施工中拟在主厂房左侧增加1条临时通风竖井，具体位置初步确定在②施工支洞靠近主厂房侧（见示意图，具体位置待中标后再现场明确），竖井的顶面高程约在230.00m左右，井深将近240m。竖井直径为Φ140cm，反井钻机施工，井壁根据围岩情况采用随机锚杆支护的方式。施工通风拟以2800m³/min大风量、4850Pa全风压强力式轴流风机进行压入式通风为主，施工过程中优化开挖程序，及早打通厂区排风竖井，以改善地下洞群的通风条件。在施工过程中，大量使用污染小的新设备及电动设备、尽可能少用油动设备、并为采用的油动设备配装空气滤化器，采取湿喷混凝土工艺、湿式钻孔、爆破后喷雾降尘等措施来减少污染源。另外，采取配置有害气体浓度监测仪等措施来加强施工环境的安全监测，注重施工人员劳动保护工作，配发必要的防护、劳保用品，保障施工人员的人身安全。1.2地下洞室群通风排烟布置1.2.1施工通风洞（井）的布置原则1、施工通风洞（井）的设置主要以解决引水隧洞下平段、地下厂房系统及尾水支洞、岔洞等洞室通风条件较差的部位为重点；2、施工通风洞（井）的设置以不影响邻近建筑物的安全和运行为前提；3、施工通风洞（井）的设置及断面尺寸应满足通风、除尘、散烟的要求；4、施工通风洞（井）的设置尽量利用通至地面的各类永久洞室的施工斜（竖）井，以利于其尽快贯通；5、施工通风洞（井）必须做好洞（井）内的安全、排水及照明设施，确保施工通风洞（井）始终处于完好运行状态。根据上述原则，在②施工支洞靠近厂房右端墙增设一临时通风竖井，井深约240m，直径为Φ140cm，主要解决主厂房系统的通风条件。1.2.2通风量的确定根据洞室施工程序、方法、施工设备配置及通风方式、方法的安排，以满足施工人员正常呼吸及冲淡、排除爆破、机械废气、有害气体等的最大通风量，并满足洞室最小风速不超过最大容许风速进行施工所需通风量和风机工作风量、风压的计算，并依据计算成果选择通风设施。以下分别以主厂房第一层开挖及1#尾水隧洞开挖为例，进行通风量计算并根据计算结果来选择通风机。1、地下厂房第一层开挖通风量计算（1）满足最多施工人员所需风量Q=qmk式中：q——洞内每人所需新鲜空气量，一般按3.0m³/min计m——洞内同时工作的最多人数，施工高峰期取80人K——风量备用系数，取用1.10～1.15Q＝qmk＝3×80×1.13＝271.3m³/min（2）爆破散烟所需风量稀释爆破有害气体所用风量，爆破后通风时间30min，稀释至允许范围。式中：A——每次爆破用药量，取265.7kgL——稀释区长度，取300mS——开挖断面，取154㎡t——通风时间，取30min由此可以计算出Q=2776.33m³/min（3）按洞内最小风速所需风量Q=60VS式中：V——开挖允许最小风速，0.15m/sS——开挖断面，取154㎡Q＝60×0.15×154＝1386m³/min（4）使用柴油机械时的通风量柴油机械排出有害气体的数量与柴油机类型、保养状况、作业点高程、燃油种类、柴油耗量、负荷状况以及是否配有净化装置等因素有关，目前尚无准确计算方法。下面根据冲淡、排除柴油机械产生的有害气体所需通风量公式:Q=n1q1+n2q2式中：n1—挖、装机械台数，取2q1—每台挖、装机械每马力排出废气量，一般为2.16m³/minHPn2—同时工作汽车台数，取6台q2—每台汽车每马力排出废气量，一般为0.84m³/minHP由此得：Q＝1972m³/min施工通风必须满足施工人员的正常呼吸需要，并能满足冲淡、排除爆破及施工机械所产生的有害气体和粉尘，按公式分别计算出各自需要的通风量后，选用其中的最大值。洞内使用柴油机械时，与同时工作的人员所需的通风量相加。依据以上原则选定的施工通风量，除应满足洞内容许最小风速外，还应注意不得超过洞内最大容许风速。根据以上原则，地下厂房第一层开挖，所需最大风量为2776.33m³/min。在地下厂房一层开挖时，除了前期已形成的②和⑧施工支洞可作为通风通道外，尚不具备自然通风的条件，故主厂房的顶层施工为机械通风。根据上述的计算成果，通风管选择管径为1400m的硬质风管。通风机选择型号SDFG-I-No.12.5的轴流风机。2、引水隧洞开挖通风量计算（1）满足最多施工人员所需风量Q=qmk式中：q——洞内每人所需新鲜空气量，一般按3.0m³/min计m——洞内同时工作的最多人数，施工高峰期取30人K——风量备用系数，取用1.10～1.15Q＝qmk＝3×30×1.13＝101.7m³/min（2）爆破散烟所需风量稀释爆破有害气体所用风量，爆破后通风时间30min，稀释至允许范围。式中：A——每次爆破用药量，取108.14kgL——稀释区长度，取300mS——开挖断面，取98.31㎡t——通风时间，取30min由此可以计算出Q=1182.45m³/min（3）按洞内最小风速所需风量Q=60VS式中：V——开挖允许最小风速，0.15m/sS——开挖断面，取98.31㎡Q＝60×0.15×98.31＝884.79m³/min（4）使用柴油机械时的通风量柴油机械排出有害气体的数量与柴油机类型、保养状况、作业点高程、燃油种类、柴油耗量、负荷状况以及是否配有净化装置等因素有关，目前尚无准确计算方法。下面根据冲淡、排除柴油机械产生的有害气体所需通风量公式:Q=n1q1+n2q2式中：n1—挖、装机械台数，取2q1—每台挖、装机械每马力排出废气量，一般为2.16m³/minHPn2—同时工作汽车台数，取3台q2—每台汽车每马力排出废气量，一般为0.84m³/minHP由此得：Q＝1972m³/min施工通风必须满足施工人员的正常呼吸需要，并能满足冲淡、排除爆破及施工机械所产生的有害气体和粉尘，按公式分别计算出各自需要的通风量后，选用其中的最大值。洞内使用柴油机械时，与同时工作的人员所需的通风量相加。依据以上原则选定的施工通风量，除应满足洞内容许最小风速外，还应注意不得超过洞内最大容许风速。经计算，引水隧洞下平段及引水岔管、引水支洞的通风量按1200m³/min配置，确定的风机为型号SDFG-I-No.11型轴流风机。5#施工施工支洞口的风机配置根据引水上平洞的通风量确定，最终确定的风机为2*37kw。采用混合式通风，共需风机3台，风筒采用Φ1000mm的硬风筒。3、尾水系统通风量计算（1）满足最多施工人员所需风量Q=qmk式中：q——洞内每人所需新鲜空气量，一般按3.0m³/min计m——洞内同时工作的最多人数，施工高峰期取90人K——风量备用系数，取用1.10～1.15Q＝qmk＝3×90×1.13＝305.1m³/min（2）爆破散烟所需风量按纯稀释炮烟的理论计算风量，开挖断面积为40，炸药爆破时所构成的这和一氧化碳体积取40L/kg，通风时间按30min计算，通风量为667m³/min。考虑最大通风量按三条支洞同时爆破的通风量为667*3＝2000m³/min。（3）按洞内最小风速所需风量Q=60VS式中：V——开挖允许最小风速，0.15m/sS——开挖断面，取40㎡Q＝60×0.15×40＝360m³/min（4）使用柴油机械时的通风量柴油机械排出有害气体的数量与柴油机类型、保养状况、作业点高程、燃油种类、柴油耗量、负荷状况以及是否配有净化装置等因素有关，目前尚无准确计算方法。下面根据冲淡、排除柴油机械产生的有害气体所需通风量公式:Q=n1q1+n2q2式中：n1—挖、装机械台数，取2q1—每台挖、装机械每马力排出废气量，一般为2.16m³/minHPn2—同时工作汽车台数，取3台q2—每台汽车每马力排出废气量，一般为0.84m³/minHP由此得：Q＝1972m³/min施工通风必须满足施工人员的正常呼吸需要，并能满足冲淡、排除爆破及施工机械所产生的有害气体和粉尘，按公式分别计算出各自需要的通风量后，选用其中的最大值。洞内使用柴油机械时，与同时工作的人员所需的通风量相加。依据以上原则选定的施工通风量，除应满足洞内容许最小风速外，还应注意不得超过洞内最大容许风速。经计算尾水系统的最大通风量为2000m³/min。1.2.3各主要洞室通风布置1、引水系统通风布置引水系统通风主要分三期进行布置，一期通风阶段为：引水隧洞上、下平段、竖井段开挖施工阶段。下平段的通风线路为①施工支洞和进场交通洞，通风线路较长（将近1.6km），故在施工进度安排上，先进行⑤施工支洞下游工作面的施工，尽早贯通竖井段的导井，以利用改善下平段的施工环境。引水隧洞上平段为独头掘进，但线路短，通风布置采用混合通风的方式。在⑤施工支洞口布置21＃、22＃风机，同时在施工支洞桩号约400.00m的位置再接力布置23#风机，其中21＃、23＃风机为正压通风，22＃风机为负压通风。正压风管随掌子面的掘进而延伸，对开挖洞室压入新鲜空气，负压风管布置在⑤施工支洞和①引水主洞相交处，即可满足要求。引水隧洞下平段主洞及支洞开挖由设置在中①施工支洞末端的19#风机接风筒，从上下游两端分别向开挖掌子面压入新鲜空气；开挖废气利用布置在①施工支洞末端的20#风机经进场交通洞负压排风系统排出洞外。二期通风主要为引水隧洞竖井段导井贯通后的开挖阶段通风，由于竖井导井已贯通，下平段和竖井以及上平段形成了良好的通风循环，开挖废气主要通过⑤施工支洞的负压通风系统排出，减小了下平段的通风压力。本阶段的通风布置同一期。三期通风为钢管安装阶段：在钢管安装阶段，本标段和C2标段相交部分的引水隧洞已贯通，进水口竖井也已经贯通，引水隧洞竖井段已形成，引水隧洞系统形成了良好的通风循环，本阶段以自然通风为主，局部风机辅助通风。引水系统通风布置详见附图LX/C3-TB-09-02所示。2、厂房系统通风布置厂房系统工程量大、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，施工通风的好坏将直接制约着施工的全面展开。厂房系统主要为主厂房、主变室、母线洞及其辅助通道等，通风分三期进行：一期通风阶段主要为：主厂房1～3层、主变洞1～2层、母线洞I序以及厂区排风竖井、灌浆排水廊道等独头掘进工作面通风。本阶段的通风采用混合式通风的方式，厂房部位的通风主要依靠布置在主厂房和②施工支洞交界的17#风机以及主厂房和⑧施工支洞交界的7#风机向洞内输送新鲜空气，由18#风机和8#风机负压排出开挖废气；同时⑧施工支洞和进场交通洞沿线串联相应的风机形成通风和排风系统。主变洞1～2层开挖支护的进风利用布置在⑧施工支洞的1#、3#和5#轴流风机的通风管分岔管进入掌子面附近，负压排风利用布置在主变洞左端墙的26#风机排风至厂区排风竖井内，再经过井口布置的24#风机排出。主变运输洞的开挖利用进场交通洞内布置的15#风机输入新鲜空气。母线洞I序开挖支护利用布置在交通洞内布置的15#风机延伸通风管至各个工作面输入新鲜空气。厂区排风竖井贯通后作为主变洞的排风通道，采取负压通风的方式，在井口布置型号为2*55kw的轴流风机，风机编号为24#。在厂房一期施工中，厂右布置了一条临时排风竖井，作为主厂房的临时排风通道，贯通后在井口布置一台2*110kw的风机，编号25#。-55.0m高程排水廊道与③施工支洞相接，开挖洞径小，线路长，独头掘进，通风散烟困难，该部位的通风利用布置在③施工支洞的型号为SDFG-I-No.8.0的轴流风机（2*55kw）与进场交通洞布置的15#风机串联获得新鲜空气，向排水廊道施工掌子面供风。进入灌排廊道的风管为Φ500mm的柔性风筒，采用压入式通风方式。该风机编号为28#。另外，灌浆排水廊道开挖采取有轨运输的方案，出渣采用电动设备，尽量减少柴油设备用量，以更好改善洞内施工条件。由于灌浆排水廊道线路过长，在工作面附近增设局部风机通风，必要时利用系统风设过滤器向工作面通风。二期通风主要为：厂房4～8层、主变洞3层、母线洞III序、高压电缆平洞以及电缆竖井的开挖阶段，这时厂区排风竖井和1#临时竖井均已贯通，通风采取自然结合机械通风的方式。沿用一期通风设置，并增加临时风机在掌子面开挖部位由下向上通风，以免形成洞内污浊空气紊流。厂房4～8层的通风采用混合式，排风主要依靠布置在厂右的临时通风竖井和⑧施工支洞，新鲜空气的输入为布置在进场交通洞沿线的正压通风系统。本阶段布置在②施工支洞的正压通风机随着厂房的下挖顺序移至主变运输洞、③施工支洞位置。主变洞3层的通风同样采用混合式，负压排风利用厂区排风竖井，在主变排风洞和主变洞左端墙相交处布置轴流风机，抽排主编洞内的废气至排风竖井井底，风机编号26#；正压进风利用布置在进场交通洞的输风系统，从15#风机接风管到掌子面。电缆平洞工作面所需的通风量为797.41m/min，从⑧施工支洞布置内的5#风机接风管联获得新鲜空气，接Φ700mm的柔性风筒至掌子面供风。高压电缆竖井导井贯通后，作为主变洞和母线洞的排风通道，在井口布置2*55kw的风机，采用负压通风，风机编号为27#。二期施工时-73.00m高程灌浆排水廊道的通风：目前设计图纸中没有布置该高程灌浆排水廊道的施工通道，本施工组织设计在⑨施工支洞桩号⑨支0+214.38m布置⑨-1施工支洞，作为-73.00m高程灌排廊道的施工通道。通风利用⑨施工支洞沿线布置的正压进风管分岔管至灌排廊道的各个施工掌子面，为洞内提供新鲜空气。三期通风主要为厂房主变及附属系统灌浆、砼及机电安装施工。厂房系统各洞室均已全部贯通，形成了良好的通风循环，以自然通风为主，由⑧施工支洞布置的负压通风系统排出废气，并临时增加通风机在掌子面开挖部位由下向上通风，以免形成洞内污浊空气紊流，即可满足要求。厂房系统通风布置详见附图LX/C3-TB-09-03～05所示。3、尾水系统通风布置尾水系统通风主要为尾水闸门室、尾水支洞及相关的辅助洞室施工通风。尾水系统的通风分两期布置，一、二期为开挖支护阶段，三期为混凝土浇筑、钢管安装以及金结施工阶段。一期通风时段为I层贯通之前，利用布置在进场交通洞的15#和17#风机之间的风管向④施工支洞引岔管获得新鲜空气向掌子面供风，利用布置在在进场交通洞的16#和18#风机之间的风管向④施工支洞引岔管排出施工废弃。二期通风时段为尾闸室I层贯通后，正压进风利用布置在进场交通洞的15#和17#风机之间的风管向④施工支洞引岔管获得新鲜空气向掌子面供风，负压排风利用布置在尾闸室交通洞和⑧施工施工支洞内6#风机接岔管至尾闸室通风洞末端进行负压通风，形成通风循环管路。尾水支管和岔管的开挖支护利用布置在⑨施工支洞沿线的29#、21#风机与进场交通洞的15#风机串联获得新鲜空气向掌子面供风，同时利用布置在⑨施工支洞沿线的30#、22#风机与布置在进场交通洞的16#风机串联将开挖废气通过负压排风系统排出洞外。其中21#、22#风机为从引水上平段施工中布置在⑤施工支洞口移至⑨施工支洞末端。三期通风阶段，由于钢管运输的需要，进场交通洞和⑨施工支洞内已没有布置通风系统的空间，这时尾水系统的排风散烟主要由布置在尾闸室通风洞内排风管与布置在⑧施工支洞的排风管相接，采用负压通风的方式，通过⑧施工支洞内的排风系统将施工废气排出。尾水系统通风布置详见附图LX/C3-TB-09-06~07所示。1.3通风排烟系统运行与管理1、采用强力轴流风机通风，设专人对洞室通风进行管理，在通风竖井、斜井未贯通前始终开启通风设备，从施工安排上尽量提前贯通竖井、导洞，以便形成良好通风循环，改善洞室通风条件。2、配置有害气体的监测、报警装置和喷雾降尘装置，爆破通风散烟后，洒水将爆渣浸透。3、加强对相通洞室同时施工工作面爆破时间控制，保证同时散烟除尘，改善洞内烟雾和粉尘浓度，加快施工进度。4、加强对进洞机械的维修保养。建立专门的维修班，对洞内施工机械定期保养、检查，提高内燃机柴油的燃烧率。5、慎重选择油料及柴油添加剂。施工中使用含硫量低的柴油品牌，并选用适用的柴油添加剂以降低一氧化碳的排放浓度。6、对部分机械进行机外净化，配备有催化剂的附属箱，将其连接在尾气排放管，把发动机排出的废气用催化剂和水洗的办法来降低其中的有害气体。7、洞内造孔设备采取湿式凿岩，喷射砼采用湿喷法施工。8、根据洞室开挖实际需风量及时调节风机运行功率，在爆破后排烟及出渣期间通风机全功率开启，其余工序作业期间相应减小通风机负荷，或根据实际情况间歇通风，在保证通风效果的情况下，节约能源及设备。9、加强对进洞机械的维修保养。建立专门的维修班，对通风机械定期保养、检查，确保通风机械处于良好的运行状态。10、洞室施工进风口与出风口在空间上完全避开，以免压风过程中，排出的污浊空气被重新压入洞室。11、提早贯通竖井，导井（导洞），形成良好的通风循环，充分利用自然通风，从而减轻机械强制通风负荷。12、风筒均采用新购，并尽量采用硬风筒，以减少通风风损。1.4通风排烟设备配置计划表1.2-1通风排烟设备配置计划表风机编号位置规格型号风筒特性备注1#⑧施工支洞0-40m2*110kwΦ1400mm硬风筒，L=440m正压风机2#⑧施工支洞0-10m2*110kwΦ1500mm硬风筒，L=410m负压风机3#⑧施工支洞0+400m2*110kwΦ1400mm硬风筒，L=400m正压风机4#2*110kwΦ1500mm硬风筒，L=400m负压风机5#⑧施工支洞0+800m2*110kwΦ1400mm硬风筒，L=400m正压风机6#2*110kwΦ1500mm硬风筒，L=400m负压风机7#⑧施工支洞1+280m2*110kwΦ1400mm硬风筒，L=480m正压风机8#2*110kwΦ1500mm硬风筒，L=450m负压风机9#进场交通洞0-40m2*110kwΦ1400mm硬风筒，L=440m正压风机10#进场交通洞