地下小断面环形隧洞施工的通风排烟及除尘

　　摘要：本文针对锦屏一级水电站地下厂房周围上、中、下三层排水廊道工程开挖施工中通风排烟的做法作一扼要总结。
　　关键词：小断面;环形隧洞;通风排烟除尘
　　1．概述
　　锦屏一级水电站电站总装机容量3600MW，装机6台，单机容量600MW。电站地下厂房系统共设有上、中、下三层排水廊道，三层廊道紧紧环绕在主副厂房、主变及开关室的周围，上、下层廊道之间通过排水孔及落水井相连，以引排主副厂房、主变及开关室运行期的地下渗水。
　　上层排水廊道总长1363.21m，最大坡比为12.724%；中层排水廊道总长975.51m，最大坡比为5.43%；下层排水廊道总长749.66m,最大坡比为4.39%。三层排水廊道设计总长为3088.38m,开挖断面均为城门洞型，尺寸为2.5m×3.15m，开挖完成后喷厚10cm的C20聚炳烯纤维混凝土。
　　根据排水廊道的施工特性，排水廊道施工采取多工作面掘进，分别根据相关洞室的开挖进展情况自通风下平洞、主变排风到尾调连接洞及2#施工支洞进入工作面。由于洞子断面小,开挖时采取中部直型掏槽，周边光爆的开挖方式，人工装渣、农用三轮车运至主副厂房及主变排风洞内，再由10t载重汽车运出洞外的施工方案。在各部位开口处，根据现场地质情况，在洞口做好锁口锚杆支护外，待洞挖进行5m左右，再进行扩挖的开挖方式。
　　由于排水廊道布置为环形结构,所以洞内通风排烟除尘问题将成为能否安全、快速开挖施工的关键因素之一。
　　2．隧洞施工的污染源
　　洞越长，解决通风排烟除尘的难度越大。洞内有害气体主要来源于开挖工作面的钻孔、炸药爆破、出碴、喷射混凝土产生的烟雾和粉尘。这些粉尘不但使能见度降低、制约施工进度，而巳影响作业安全，危害施工作业人员的身体健康。
　　3.隧洞内环境条件的标准
　　3．1洞内温度与风速。按照我国《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》DL／T5099—1999的规定，洞内平均温度不应超过28℃，应根据不同温度，按表1调节洞内风速以提高散热效果，但工作面附近的最小风速不得低于0．15m／s，最大风速也不应大于4．0m／s。
　　表1温度与风速关系
　　温度℃ <15 15～20 20一X 22～24 24～28
　　风速m/s <0．5 <1．0 >1．0 >1．5 >2．0
　　
　　3.2洞内空气标准。上述规范规定洞内每个作业人员应供新鲜空气3m3／min。洞内空气中含量为10％以上游离SiO的粉尘最高浓度为2mg／m3。
　　4．控制污染的措施
　　为减少洞内因排烟除尘所占用的时间，确保施工环境符合规范要求。施工时除采用湿式钻孔、爆破控制装药量，喷混凝土采用湿喷工艺外，主要在出碴设备上做文章，洞内全部采用人工装渣、农用三轮车运至主副厂房、主变及开关室内，再由10t载重汽车运出洞外的施工方案。为了解决排烟和施工人员呼吸新鲜空气，对洞内采取有效的通风是非常必要的。
　　5．通风风量分析
　　通过对隧洞的布置方案、施工程序、施工方法、开挖断面、隧洞的长度以及国家有关通风、防尘卫生标准的分析，计算风机的工作风量及工作压力。放炮后的瞬间，炮烟扩散距离由装药量、钻孔深度、岩石性质、隧洞断面等多种因素决定的。
　　由于风机布置在洞内向外排烟，为安全施工，风机不宜距离工作面太近，以防飞石炸坏；但也不宜距离工作面太远，以减少排烟时间，一般将风机布置距工作面25～80m，根据施工具体情况每进尺80m风机向前移动一次；因此，实际施工中炮烟的扩散距离50～120m。按120m计，每次爆破后计划排烟时间为20min，则最大需风量为：
　　Q=＝＝70m3/min
　　6.通风方案的确定
　　隧洞掘进通风的基本方法可分为压入式、抽出式、全抽全压式和混合式等。
　　6．1压入式通风。压入式通风是通过风管把新鲜空气送到工作面，将炮烟稀释并排出。从以上计算分析表明．压入式通风在相同风量情况下所需时间最长，若单独采用压入式通风，污浊空气将扩散全洞内，风管不能深入到工作面，且由于该洞形为环形并成反坡，空气难以流动，工作面附近形成死区，洞内的污浊空气将长时间不能排除。
　　6．2抽出式通风。抽出式通风与压入式相反，污浊空气通过延伸至工作面附近的吸气门吸入风管被排出，这种方法的优点是：由于吸气口的作用可在作业面造成较低的气压，炮烟就地排出，避免扩散。但由于吸气口的控制范围较小，为要取得较好的排烟效果，需将风管布置到距工作面很近的地方，可是从安全上考虑目前尚无成熟的技术，因而：厂作面附近同样形成死区，也不能很快将污浊空气排出，这种方法也不理想。
　　6．3全抽全压式通风。全抽全压式通风是一种以抽出式为主、压入式为辅的联合通风方法。这种：方法能使压入的新鲜空气扫过工作面，迫使污浊空气向外扩散，在作业面很快形成清洁区，污浊空气扩散到吸气口附近时被吸入风管排出。这种方法所产生的效果较好，但要安装两条通风管，设备投入和运行费用也要大得多。
　　6．4混合式通风。混合式通风也是一种以抽出式为主、压入式为辅的联合通风方法。为了解决洞内断面小、布置困难问题，仅设置一条通风管，在主变及主厂房廊道进口处lOm的地方设一台通风机向洞内压风，在工作面附近设置一台局部通风机和一条长10～20m移动式风管。这种方法能使压入的空气扫过工作面，迫使污浊空气向外扩散，污浊空气扩散到抽气口附近时被吸入风管内排出。该方式能在爆破后20～30min内即可将烟尘排出洞外，很快在作业面形成清洁区间：然后再持续向洞内压入新鲜空气，与前三种通风方法相比，该方法所产生的效果好，费用低。
　　7．通风设备选择
　　7．1一般原则。①满足洞内通风排烟和工作面有效供给新鲜空气；②通风机和风管的尺寸要满足整个洞内布置；③风管沿途损失和漏风要小；④减少噪音污染环境；⑤造价少，运行费用低。
　　7．2风管选择。风管内风速决定风管直径，当风量一定时，风管中的风速越大，风管的截面积就越小；反之，则越大。风管内的风压损失与风速成正比，风速越大风压损失就会越大，这就需要增加通风机的容量。当供风量和风管内的风速—定时，风管的直径越大，风管内风压的沿途损失越小；但风管的直径受隧洞开挖断面的限制。经过综合比较和计算分析，结合本工程的特点和风机性能，选用直径600mm的涂塑帆布风筒，每条10m长，接头采用拉链式连接，拆装比较方便。为有效利用洞内空间，并将风筒吊挂在洞顶壁。
　　7．2．1风管的漏风量计算。风管的漏风量用漏风率来计算，用每100m的漏风率β计算风管的漏风率，计算公式如下：m＝βL/100
　　式中：m——漏风率：％；L——风管全长，m：β——每100m的漏风率，取β＝5％。
　　7．2．2风管中风压损失的计算。风管中的总压力损失为：△P＝△P1+△P2。式中：△P——风管中的总风压损失，Pa；△P1——风管中的风压沿途损失，Pa；△P1＝μL；其中μ一损失系数，可查表而得，本工程在风管直径600mm，最大长度645m，通风量70m3／min时，μ为0.13Pa／m；L一风管长度m；△P2—风管中的风压局部损失，Pa。可按沿途损失的20—3()％计，计算可得△P＝1.3μL＝1.3×0.13×645＝109Pa
　　7．3通风机选择
　　7．3．1通风机工作风量。QM＝(1+βL／100)Q式中：QM——风机工作风量，m3／min；β——每lOOm的漏风率，取β＝5％；L——风管全长(m)，L=645m：Q——洞内施工需要的有效风量，q=70m3／min。则：QM=92.5m3／min。
　　7．3．2风机工作风压。风流经过风管时所需的总风压为风机工作风压，且应大于风管的总风压损失即：P机≥△P。根据计算结果和以上原则，结合本工程实际情况，通过各方比较，参照生产厂家提供的有关资料，选用隧道对旋轴流通风机FBN5.6、局部轴流风机GKJ67--2N04.5各一台可满足施工要求,其相关技术指标参数见表2。
　　表2选用隧道通风机主要技术参数
　　型号 电机功率(kW) 全压(pa) 风量(m3／s)
　　FBD5.6 37 700～4500 300～480
　　GKJ67--2N04．5 11 1650～3100 140～230
　　
　　8．施工通风的实施
　　8.1通风系统安装施工
　　8.1.1通风机的布置。根据施工现场情况，在主变及主厂房廊道进口处lOm的地方设一台通风机向洞内压风，在工作面附近设置一台局部通风机和一条长10～20m移动式风管。为牢固风机以及使风机有很好的通风效果，两台风机均安装于自制的钢架平台上，钢架采用Ф150mm的钢管及∠50×50×5的角钢焊制。钢架在加工场地加工，由机动汽车运输，分别安装于指定位置，并与地板锚杆牢固连接。安装时使风机与钢架牢固连接，并使风机机身与洞室洞身平行.
　　8.1.2风管的布置。风机风管均采用胶布软管式风管,每节风管的长度均为10m，由通风机引出，沿廊道洞顶拱布设，转弯段风管的转弯半径采用廊道转弯半径（转弯半径大于风管直径的3倍）,与主厂房洞口的风机串联连接。
　　风管安装施工工艺：
　　施工准备插筋安装钢绞线定位风管安装施工
　　1、风管插筋施工。风管插筋采用Ф25，L=80cm砂浆锚杆，入岩50cm，洞顶中心线垂直岩面布置，随着开挖面的前行，每隔5m布置一根。插筋孔造孔可利用石方开挖时的手风钻进行施工。
　　2、钢绞线定位。插筋安装完成后，在焊接好的插筋吊钩上定位钢绞线，钢绞线采用Ф8钢丝绳，用细铅丝与吊钩牢固绑扎，并一直向前延伸。
　　3、风管安装施工。风管由机动三轮车运入洞内沿长度方向在铺开，人工将风管通过吊环与穿好的钢绞线连接牢靠。随着风机前移风管逐段进行安装，每节风管之间采用拉练连接，并随着开挖面的前进及时进行延伸。
　　8.2风机调试与运行管理
　　8.2.1风机调试。风机及风管安装完成后，进行全面检查，确认风机安装正确，风管无开口、缝隙以及无安全隐患后进行风机的调试，检查风机工作运行情况，对运行中存在的问题及时修整，确保风机正常工作，以满足施工需求。
　　8.2.2通风系统运行与维护。为满足洞内开挖支护施工用风需求，通风机需在作业时间内连续运行。根据此施工情况，必须加强风机的运行与维护管理，使风机更好地服务于施工生产，确保开挖支护施工。
　　8．3实际通风效果。通过对上述通风措施实施的效果来看，开挖爆破后都能在30min内将工作面的烟尘排除，使洞内出渣工作进入正常作业，缩短了排烟循环时间，提高了工效。
　　8．结语
　　在隧洞施工通风中，首先要控制和解决污染源问题；其二就是要搞好管道通风，控制百米漏风率，提高单机供风的距离；另外，还要做好降尘工作，进一步加强个人防护及尘毒监测，合理利用高压风，加速废气排放。
　　1)通风系统管理水平的高低对通风效果关系很大，因而在施工中必须设专人加强对通风设备的管理．经常检查、维修和调整；2)选择优质风管材料，应具有便于安装连接、抗老化、防水、阻燃、抗静电等性能；风管直径应满足通风方式和风速的需；3)提高通风管的安装质量，风管吊挂要做到平、直、稳、紧；4)尽量增大每节风管长度，减少风管接头，减少风量损失；5)要采取措施控制和降低通风机噪音对洞内的环境污染。

《地下小断面环形隧洞施工的通风排烟及除尘》

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