施工通风规划设计.docx
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施工通风规划设计
金沙江白鹤滩水电站
地下工程施工期通风布置
方案研究
中国水利水电第十四工程局有限公司溪洛渡项目部
2010年5月
审定：
和孙文
审查：
李毅
校核：
周涛陈芝焕
编写：
张发斌林东升张庆松
1.概述
白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，电站装机容量14004MW。
白鹤滩水电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、导流建筑物及引水发电系统等主要建筑物组成。
电站发电厂房为地下式，分设在左右两岸山体内，3条泄洪洞布置在左岸山体，6条导流洞采用1高2低沿金沙江对称布置。
白鹤滩水电站地下工程洞室群规模宏大、技术要求高、施工难度大，特别是施工通道的布置和通风散烟的设计对于整个地下工程的顺利实施和改善施工期地下洞室群的通风条件有重要的意义。
白鹤滩水电站地下工程施工期通风方案分为左、右岸两部分，其中右岸地下工程通风方案由场内交通、导流洞和引水发电系统三部分组成，左岸地下工程通风方案由场内交通、导流洞、泄洪洞和引水发电系统四部分组成。
2.地下工程施工期通风布置原则
2.1通风分期规划
根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303—2004）相关规定，结合华东院提供的金沙江白鹤滩水电站枢纽布置方案、《白鹤滩水电站场内交通总布置图》以及工程总体工期计划安排情况，同时根据龙滩、小湾、溪洛渡、锦屏水电站等特大型已建或在建地下工程成功的通风设计，确定白鹤滩水电站地下工程施工期通风布置按三期进行规划：
一期为各开挖施工部位独立施工阶段，大部分部位为独头工作面（三大洞室除外，此时三大洞室永久通风系统已形成）；二期为各开挖部位与所增设的通风竖井、探洞贯通或局部开挖部位之间相互贯通阶段；三期为各开挖部位全面贯通及混凝土施工阶段。
根据各期的环境特点，一期主要采取机械通风，二期以形成的通风竖井、探洞作为排烟通道，机械向工作面送风，三期以自然通风为主，局部辅以机械通风。
2.2通风布置原则
根据白鹤滩水电站地下工程的布置特点，结合洞室群间的相互关系和周边环境，拟定通风设计和布置原则如下：
（1）地下工程施工期通风效果将直接影响施工进度、文明施工和员工的身体健康，通风系统布置必须满足施工人员正常呼吸及冲淡机械废气、有害气体及降温等的最小通风量，并满足洞室最小风速。
（2）在溪洛渡水电站地下工程施工期通风设计成功经验的基础上进行优化和创新。
（3）对于引水发电系统，围绕三大洞室永久通风系统进行通风布置，最大限度地发挥永久通风系统的作用。
（4）尽量利用现有的地质探洞作为各部位的通风通道。
考虑到地质探洞断面小，开挖施工难度大，因此，在选择地质探洞作为地下工程通风通道时，在立面上，对于探洞底板距地下洞室顶部超过25m的探洞不予考虑；在平面上，对于探洞端头距地下洞室最远点的水平距离超过200m的探洞不予考虑；另外，对于未与地下洞室贯通的探洞，如果其附近（300m范围内）已有通风通道，则亦不予以考虑。
（5）根据溪洛渡工程的经验，通风竖井的排烟效果非常明显，因此在通风条件较差的部位，利用各洞室之间在平面布置及高程差异上的特点，在能够增设通风竖井的地方，尽量增设通风竖井。
溪洛渡水电站地下工程通风条件较差的部位主要为导流洞、尾水系统、场内交通流量大的交通干线等。
（6）根据各部位不同的特点，选择适合其特点的通风机械。
轴流风机接力距离按600～1000m控制，风机流量满足洞室最小风速的要求。
（7）在各部位开挖进度安排上，对有条件尽早贯通的部位，尽早安排施工。
（8）断面较小的通风平洞（如地质探洞）需在洞口设置轴流风机进行机械抽风，来加快空气流动速度，断面较大的通风平洞（如施工支洞）可采用自然通风。
3.右岸地下工程施工期通风方案研究
右岸地下工程主要由场内交通洞、导流洞、地下引水发电系统三大部分组成，下面分别对各部位进行通风布置方案研究。
3.1场内交通
右岸场内干线公路主要有4#公路洞（即进厂交通洞或低线公路）、2#公路（即坝顶公路或高线公路）、6#公路（即绕坝交通洞）及8#公路（即高低连接线）。
考虑到2#公路洞和6#公路洞有多条支线公路与河岸边坡连通，有较好的通风条件，而且2#公路洞在施工期间车流量较小，因此本报告不再对上述部位的施工期通风进行研究，只对通风散烟条件较差的4#公路洞施工期通风方案进行研究。
4#公路洞（进厂交通洞）是右岸地下洞室施工的主要运输通道和通风通道，其全长7370m，起点位于1#永久大桥右侧桥头，高程为EL645m，终点位于上游三滩临时桥，高程为EL680m，全线最低点高程为EL604.3m，最高点高程为EL680m，平面上呈U字形布置，纵剖面上呈波浪形布置。
3.1.1通风方案选择
根据4#公路洞的线性布置特点（具有中间低、两头高的特点），结合空气动力学、永久通风的要求以及类似工程施工期进厂交通洞的通风方案，对4#公路洞拟定如下的通风方案：
Ø方案1：
射流风机方案。
在4#公路洞进出口两端布置射流风机，而在中部只在重要的叉洞口附近布置射流风机。
风机具体布置为：
进出口两端750m范围内按间隔150m设置1组（2台为1组，风机中心线横向间距为3.4m），共10组，中部各主要叉洞口处各设置1组射流风机，即在2#公路交叉口、6#公路交叉口、中2支洞交叉口、中1支洞交叉口和右上1支洞交叉口共设置5组射流风机，4#公路洞共布置15组30台射流风机。
具体布置详见下图。
Ø方案2：
增设通风竖井及平洞与射流风机相结合的方案。
在4#公路洞内的适当位置增设通风竖井，其顶部通过平洞与永久通风平洞连通，洞内废气通过竖井和通风平洞排出洞外，并在主要支洞与4#公路叉洞口分别布置1组射流风机，以增加空气的流动性，即在2#公路交叉口、6#公路交叉口、中2支洞交叉口布置3组6台射流风机。
通风竖井及通风平洞的参数见“通风布置设计”。
具体布置详见下图。
Ø方案经济对比分析：
方案1和方案2的工程量和费用比较见表1。
表14#公路洞通风方案工程量和费用对比表
工程项目
工程量
造价（万元）
单位
方案1
方案2
单价（元）
方案1
方案2
射流风机
台
30
6
34000
102.0
20.4
反井钻机钻孔（φ1.4m）
m
187
3500
65.5
洞挖（7.0m×6.5m）
m3
10267
98.7
101.3
井挖（φ7.0m）
m3
7197
121.41
87.4
C25喷混凝土
m3
329
554.68
18.2
锚杆（Φ25，L=4.5m）
根
1750
125.76
22.0
风机运行耗电量
度
21024000
4204800
0.35
735.8
147.2
小计
837.8
462.0
注：
（1）本表中的射流风机设备购置、运行费用以及通风平洞和竖井土建费用参照溪洛渡工程的标准进行计算；
（2）通风竖井开挖先利用反井钻井施钻φ216mm孔，然后反井扩大至φ1.4m导井，最后采用正井扩挖；
（3）竖井井身支护采用系统支护，即Φ25L=4.5m砂浆锚杆，C25喷混凝土8cm厚，平洞采用随机支护；
（4）射流风机运行时间按开挖支护阶段每天16h、混凝土施工阶段每天8h计算，开挖支护阶段工期为3年、混凝土施工阶段工期为4年。
方案2较方案1缺点为施工难度大，施工时段长，其优点为：
（1）有较好的通风效果；
（2）总的费用低（包括风机购置、运行费用及土建费用）
经过以上综合分析和对比，4#公路洞施工期通风方案推荐方案2。
3.1.2通风布置设计
针对推荐的方案2，作如下的通风布置设计：
（1）新增通风竖井
在4#公路洞K4+998m桩号处增设通风竖井，开挖直径为φ7.0m，井深187.1m，井口高程为EL812.1m。
井身支护为系统支护，即Φ25L=4.5m砂浆锚杆，间排距1.5×1.5m，C25喷混凝土8cm厚。
具体通风竖井布置情况详见附图TF-R-1。
（2）新增通风平洞
通风竖井顶部增设通风平洞与厂房主变排风平洞连通，其长度为236m；通风竖井底部增设短平洞与4#公路洞连通，其长度为12m。
具体通风平洞布置情况详见附图TF-R-1。
新增通风竖井和平洞特性见表2。
表24#公路洞新增通风竖井及平洞特性表
项目名称
断面尺寸
（m）
长度
（m）
起点高程
（m）
终点高程
（m）
最大坡度
（%）
通风竖井
φ7.0
187.1
812.1
625.0
/
新增顶部通风平洞
7.0×6.5
236
834.0
812.1
10
新增底部平洞
7.0×6.5
12
618.5
618.5
0
（3）主要叉洞口射流风机布置
在新增通风竖井的基础上，在主要施工支洞和交通干线与4#公路洞叉洞口附近布置射流风机进行辅助通风，具体布置位置为：
中2支洞（早期布置在中1支洞）、6#公路洞和2#公路洞与4#公路洞叉洞口部位，共布置3组6台射流风机。
根据溪洛渡工程经验，射流风机选用SDS-1型，风机直径1.25m，风量41m3/s，出口风速34m/s，轴向风力1320N，功率37kW，噪音74dB。
3.2导流洞
3.2.1通风方案选择
根据设计院提供的《白鹤滩水电站场内交通总布置图》以及我部编制的《金沙江白鹤滩水电站地下工程施工支洞布置方案研究》中施工支洞布置情况，并结合导流洞周边的地质探洞，初拟右岸导流洞施工期通风方案如下：
方案1：
延长PD232、PD725地质探洞至导流洞顶部并增设通风竖井及603#交通洞与导流洞间增设通风竖井作为排风通道。
PD232探洞位于导流洞前段，PD725探洞位于导流洞后段，603#交通洞位于导流洞中段，分别作为导流洞前段、后段和中段的排风通道。
具体通风布置见下图，新增通风竖井及平洞特性见表3。
地质探洞内新增通风竖井直径为φ2.0m，共布置6条，603#交通洞内的通风竖井直径为φ3.0m，共布置3条。
在PD232和PD725探洞洞口各安装一台轴流风机，风机与洞壁间采用砖砌墙封闭，603#交通洞内的3条通风竖井上井口各安装一台大风量低风压通风机。
表3导流洞通风方案1新增通风竖井及平洞特性表
项目名称
断面尺寸
（m）
长度
（m）
起点高程
（m）
终点高程
（m）
备注
1#通风竖井
φ2.0
23.5
629.08
605.58
2#通风竖井
φ2.0
24.8
629.08
604.86
3#通风竖井
φ2.0
7.13
629.08
621.95
右导1#通风平洞
2.0×2.0
158
629.08
629.08
PD725探洞延长线
4#通风竖井
φ3.0
30
634.91
604.91
5#通风竖井
φ3.0
33
634.79
601.79
6#通风竖井
φ3.0
25
634.67
609.67
通风平洞利用603#
7#通风竖井
φ2.0
17
619.4
603.31
8#通风竖井
φ2.0
21
619.4
599.05
9#通风竖井
φ2.0
16
619.4
602.2
右导2#通风平洞
2.0×2.0
152
619.4
619.4
PD232探洞延长线
注：
本表中未示出通风平洞与竖井之间的耳洞，地质探洞内耳洞长度为3m；断面为（宽×高）3m×2m；603#交通洞内的耳洞长度为6m，断面为（宽×高）4.0m×4.0m。
方案2：
延长PD232、PD725地质探洞至导流洞顶部并增设通风竖井及在PD62地质探洞与导流洞间增设通风竖井作为排风通道。
PD62地质探洞位于导流洞中部，作为导流洞中部的排烟通道。
具体布置详见下图。
地质探洞内新增通风竖井直径为φ2.0m，共布置9条，三条地质探洞洞口各安装一台轴流风机。
具体新增通风竖井及平洞特性见表4。
表4导流洞通风方案2新增通风竖井特性表
项目名称
断面尺寸
（m）
长度
（m）
起点高程
（m）
终点高程
（m）
备注
4#通风竖井
φ2.0
20.7
625.39
605.64
通风平洞利用PD62探洞
5#通风竖井
φ2.0
23.7
626.08
602.39
6#通风竖井
φ2.0
13.4
626.79
613.43
注：
方案2中的1#~3#和7#~9#通风竖井及平洞同方案1，本表中未示出通风平洞与竖井之间的耳洞，其长度为3m，断面为（宽×高）3m×2m。
在上述两种方案中，方案2较方案1缺点为导流洞的中部通风平洞断面小，其主要优点为：
各通风竖井距导流洞各上层施工支洞均较近，因此在主体工程施工时，通风竖井能够很快与导流洞顶部贯通，形成排烟通道，从而改善导流洞的通风条件。
综上所述，推荐方案2作为右岸导流洞施工期通风方案。
3.2.2通风布置设计
针对推荐的方案2，对右岸导流洞作如下的通风布置设计：
（1）通风量计算
根据选择的导流洞施工程序、方法、施工设备配置及通风方式，计算出满足施工人员正常呼吸及冲淡、排出有害气体等的最大通风量。
右岸导流洞一期和二期通风均采用机械正压通风方式，根据《水利水电工程施工组织设计手册》第2卷施工技术中“爆破散烟所需通风量”压入式通风计算式（5-13-4），计算得出单条导流洞单个工作面施工期所需最小通风量为1872m3/min，通风管路漏风率按1%计，则配置风机通风量不小于2000m3/min，右岸导流洞施工期单个工作面通风总量为6000m3/min。
（2）导流洞一期通风（通风竖井贯通前）
此时，导流洞开挖支护施工均为独头工作面，所以此阶段采用正压方式进行通风。
新鲜空气通过导流洞上层施工支洞从洞口采用轴流风机和风管输送至工作面，废气通过施工支洞排出洞外。
导流洞前段（上游段）通风：
在右导1-1支洞洞口布置2台轴流风机（1#风机风量为4000m3/min，2#风机风量为2000m3/min），沿右导1-1支洞布置φ1.8m和φ1.2m的2趟软风管（与风机相对应），1#风管在5#导流洞和右导1-1支洞交叉口设置三通岔管，分别对4#和5#导流洞供风（通风量分别为2000m3/min），2#风管沿右导1-1支洞和右导1-4支洞对6#导流洞供风。
轴流风机按600m~1000m的接力距离控制，为此需在导流洞右导1-1支洞下游侧设置接力风机（单台风机风量为2000m3/min）进行接力通风。
导流洞中段通风：
在右导2-1支洞洞口布置2台轴流风机（即3#风机风量为4000m3/min，4#风机风量为2000m3/min），风管和接力风机布置同导流洞前段的布置。
导流洞后段（下游段）通风：
在右导3-1支洞洞口布置2台轴流风机（5#风机风量为4000m3/min，6#风机风量为2000m3/min），风管和接力风机布置同导流洞前段的布置。
右岸导流洞一期通风布置特性见表5，右岸导流洞一期通风风机和风管布置详见附图TF-R-2。
表5右岸导流洞一期通风布置特性表
通风机
名称
风量
（m3/min）
布置位置
风管
用途
管径（cm）
长度（m）
1#轴流风机
4000
右导1-1支洞洞口
180
700
4#和5#导流洞供风
2#轴流风机
2000
右导1-1支洞洞口
120
700
6#导流洞供风
3#轴流风机
4000
右导2-1支洞洞口
180
700
5#和6#导流洞供风
4#轴流风机
2000
120
700
4#导流洞供风
5#轴流风机
4000
右导3-1支洞洞口
180
900
4#和5#导流洞供风
6#轴流风机
2000
120
880
6#导流洞供风
7#轴流风机
2000
4#导流洞前段
120
450
4#导流洞接力风机
8#轴流风机
2000
5#导流洞前段
120
450
5#导流洞接力风机
9#轴流风机
2000
6#导流洞前段
120
450
6#导流洞接力风机
10#轴流风机
2000
4#导流洞中段
120
450
4#导流洞接力风机
11#轴流风机
2000
5#导流洞中段
120
450
5#导流洞接力风机
12#轴流风机
2000
6#导流洞中段
120
450
6#导流洞接力风机
13#轴流风机
2000
4#导流洞后段
120
580
4#导流洞接力风机
14#轴流风机
2000
5#导流洞后段
120
580
5#导流洞接力风机
15#轴流风机
2000
6#导流洞后段
120
580
6#导流洞接力风机
（3）导流洞二期通风（新增通风竖井与导流洞贯通）
此时，新增通风竖井（1#~9#通风竖井φ2.0m）已经全部与导流洞顶部贯通，新鲜空气通过导流洞上层施工支洞从洞口采用轴流风机和风管输送至工作面（待导流洞Ⅰ层开挖结束后将风管移至导流洞下层施工支洞内），废气通过通风竖井和布置在通风平洞洞口的风机排出洞外。
右岸导流洞二期通风布置详见附图TF-R-3、4。
右岸导流洞二期通风风机数量在一期通风布置的基础上增加了3台，分别布置于PD232、PD725和PD62探洞洞口。
增加风机布置特性见表6。
表6右岸导流洞二期通风布置特性表
通风机
名称
风量
（m3/min）
布置位置
用途
16#轴流风机
4000
PD232探洞洞口
右岸导流洞前段排风
17#轴流风机
4000
PD62探洞洞口
右岸导流洞中段排风
18#轴流风机
4000
PD725探洞洞口
右岸导流洞后段排风
注：
二期通风中1#~15#风机布置同一期通风，表6中未列出。
3.3引水发电系统
右岸引水发电系统按引水系统、三大洞室和尾水系统三大部分进行施工期通风研究。
3.3.1引水系统
（1）引水系统一期通风（3条引水竖井φ1.4m导井贯通前）：
此时，引水系统右下1、右下2支洞及下平洞的施工均为独头工作面，采用正压方式对施工工作面进行通风。
在中1支洞洞口布置一台2000m3/min流量风机（1#轴流风机），沿中1支洞和右下1支洞接一趟φ1.2m风管至引水下平洞；中2支洞洞口布置一台4000m3/min流量风机（2#轴流风机，该风机与尾水洞共用），沿中2支洞接一趟φ1.8m风管，并在右下3支洞与右下2支洞交叉口处设置三通岔管，一趟φ1.2m风管（2000m3/min）沿右下2支洞至引水下平洞，另一趟φ1.2m风管（2000m3/min）沿右下3支洞至尾水洞。
废气经右下1支洞和右下2支洞并通过中1支洞和中2支洞进入厂房永久排风系统或4#公路洞排出洞外。
引水上平段采用局部风机辅助通风。
引水系统一期通风布置特性见表7。
引水系统一期通风管路及风机布置详见附图TF-R-5所示。
表7右岸引水系统一期通风布置特性表
通风机
名称
风量
（m3/min）
布置位置
风管
用途
管径（cm）
长度（m）
1#轴流风机
2000
中1支洞洞口
120
750
右下1支洞和部分引水下平洞供风
2#轴流风机
4000
中2支洞洞口
180
510
右下2支洞及部分引水下平洞供风，其中2000m3/min风量用于尾水洞供风
120
270
（2）引水系统二期通风（3条引水竖井φ1.4m导井贯通后）：
此时，引水系统右下1、右下2支洞及部分下平洞开挖结束，3条引水竖井φ1.4m导井已经贯通，且主厂房与中1支洞和中2支洞贯通，可以发挥永久通风系统的作用，具有较好的通风散烟条件，因此将1#和2#轴流风机移至右下1、右下2支洞洞口进行布置，废气通过3条引水竖井φ1.4m导井从上平洞排出洞外。
右岸引水系统一期通风布置特性见表8。
右岸引水系统二期通风管路及风机布置详见附图TF-R-6所示。
表8右岸引水系统二期通风布置特性表
通风机
名称
风量
（m3/min）
布置
位置
风管
用途
管径（cm）
长度（m）
1#轴流风机
2000
右下1支洞洞口
120
520
引水下平洞供风
2#轴流风机
4000
右下2支洞洞口
180
220
引水下平洞供风，其中2000m3/min风量用于尾水洞供风
120
270
3.3.2三大洞室
（1）通风量确定
根据同等规模的电站施工经验，确定右岸主厂房、主变室、尾调室通风量均为4000m3/min。
（2）通风布置设计
三大洞室利用已形成的永久通排风竖井及通风平洞作为施工期的排烟通道，其通风条件较好。
主厂房及主变室两端均布置有通风竖井和通风平洞，尾调室只在右端布置有排风竖井。
由于三大洞室永久通风系统及顶拱层中导洞均在三大洞室开工前已经形成，将极大地改善三大洞室通风条件，我们认为现有的通风布置已经较为完善。
因此，本报告不对三大洞室通风设计进行方案比较，只进行通风设计。
1）三大洞室一期通风（厂房Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层开挖，主变室Ⅰ、Ⅱ层开挖，尾调室Ⅰ~Ⅳ层开挖）：
a三大洞室一期右端通风布置：
主厂房在右上1支洞洞口布置1台2000m3/min风量轴流风机（3#轴流风机），沿右上1支洞布置一趟φ1.2m风管向主厂房右端供风；尾调室在右上2支洞洞口布置1台2000m3/min风量轴流风机（4-1#轴流风机），沿右上2支洞（右上2-1支洞和右上2-2支洞）布置一趟φ1.2m风管向尾调室右端供风；主变室在右上3支洞洞口布置1台2000m3/min风量轴流风机（4-2#轴流风机），沿右上3支洞布置一趟φ1.2m风管向主变室右端供风。
b三大洞室一期左端通风布置：
利用603#交通洞布置通风管路。
在603#交通洞洞口布置两台风量分别为2000m3/min（5#轴流风机）和4000m3/min（6#轴流风机）的轴流风机，5#轴流风机沿603#交通洞和右上4支洞布置一趟φ1.2m风管向主厂房左端供风，6#轴流风机沿603#交通洞布置一趟φ1.8m风管，在603#交通洞与右上5支洞交叉口处设置三通岔管，然后采用布置两趟φ1.2m风管分别沿右上5支洞和尾调交通洞向主变室左端和尾调室左端供风。
三大洞室的排烟通过三大洞室顶部的永久通风竖井及平洞进行排烟。
三大洞室一期通风管路及风机布置详见附图TF-R-7，三大洞室一期通风布置特性见表9。
表9右岸三大洞室一期通风布置特性表
通风机
名称
风量
（m3/min）
布置位置
风管
用途
管径（cm）
长度（m）
3#轴流风机
2000
右上1支洞洞口
120
430
主厂房右端供风
4-1#轴流风机
2000
右上2支洞洞口
120
740
尾调室右端供风
4-2#轴流风机
2000
右上3支洞洞口
120
380
主变室右端供风
5#轴流风机
2000
603#交通洞洞口
120
580
主厂房左端供风
6#轴流风机
4000
180
480
主变室和尾调室左端供风
120
480
2）三大洞室二期通风（主厂房Ⅳ层及以下各层开挖、主变室Ⅲ层及以下开
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