地下洞室群通风散烟控制技术

孙凤利

（辽宁省水利厅，辽宁 沈阳 110003）

1 工程概述

某电站位于辽宁境内，是输水工程建设的一部分，施工重点部位为取水首部工程。取水首部工程包括取水口建筑物、地下洞室群、升压站、机电设备和金属结构安装等工程。取水首部地下洞室群包括压力引水洞工程、地下厂房工程、有压尾水洞工程、尾闸室工程、无压尾水洞工程、排水廊道工程、通风竖井以及电梯井等工程。

压力引水洞工程包括两条压力引水洞、两条引水支洞及两条发电支洞，其中进口部位钢衬段长27.0 m，开挖断面为11.44 m×6.65 m的城门洞形；压力引水洞、引水支洞及发电支洞开挖断面均为圆形，隧洞开挖直径为5.74 m。有压尾水洞尾水压力隧洞,布置在主厂房和尾水洞之间，4条尾水压力洞在厂房机组段和锥形阀段,为两种不同的开挖结构形式，圆形洞段开挖直径为7.2 m。尾水洞室位于厂房下游，与厂房净距20.0 m。无压尾水洞共4条，开挖断面为城门洞形，断面尺寸6.7 m×6.45 m（宽×高）。地下厂房开挖断面尺寸为95 m×20 m×35.04 m（长×宽×高），分层分区进行开挖。通风、电缆廊道是连接主厂房和中控室电梯、电缆井以及通风竖井的通道，布置在地下厂房上游边墙靠副厂房一侧，长99.3 m，开挖断面为6.0 m×6.5 m（宽×高）的城门洞形。通风竖井高度为37.09 m，开挖断面尺寸为11.8 m×4 m，电梯井、电缆井开挖断面尺寸8.45 m×8.88 m，高度为37.09 m。

2 通风散烟设计

根据施工的工序安排及施工现场的实际情况，率先修建0号交通洞，为其他部位的修建提供必要的支持。鉴于取水头部洞室较多达26条、总长度达4.3 km、且分布不均匀，考虑到施工期排烟问题，在副厂房上游侧靠近顶拱层268.70 m高程布置了安全通道（电缆和通风廊道）以及通风竖井，这将有利于主副厂房和尾水室地下洞室群系统的通风排烟布置。

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。

根据施工洞室的布置情况，针对开挖工程量大、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”的施工特点，经过分析，根据不同时期的特点适时采用中导洞通风、电缆井通风、施工支洞通风、机械通风进行通风，保证施工环境。

3 通风散烟技术

该工程在施工的不同阶段，根据施工内容及施工部位，合理采用中导洞通风、电缆井通风、施工支洞通风、机械通风中的一种或多种组合。

3.1 中导洞通风

1）尾闸室中导洞通风。尾水洞室位于厂房下游，与厂房净距20.0 m。开挖长度72 m，城门洞型，开挖断面尺寸7.9 m×12.95 m（宽×高）。考虑尽快为地下厂房施工提供通风散烟通道的需要，开挖采用半断面开挖方法，开挖采用先底部后上部的施工方法，底部Ⅰ层断面尺寸为7.9 m×8.0 m，剩余上部一次开挖成型。

2）地下厂房中导洞通风。根据厂房的尺寸特点，该厂房采用分层分块开挖，共计划分5层，分层分块开挖分层特性见下表。

表1 分层分块开挖特性表

第一层开挖时，采用中导洞（断面10 m×8.35 m）先挖，两侧扩挖跟进。中导洞至少超前两侧扩挖60 m。在同一工作面上下游侧扩挖按错距进行。在第一层开挖完成后，形成的开挖通道为尾闸洞、地下厂房交通洞、0号交通洞。此时，在安装间侧，地下厂房交通洞已开挖至地下厂房二层端墙处。

为了尽快改善地下厂房内空气环境，第二层开挖采用中部导洞开挖的方式进行，将第一层副厂房侧与第二层安装间侧进行联通，形成地下厂房交通洞-→尾闸室-→地下厂房一层副厂房侧-→地下厂房第二层安装侧-→地下厂房交通洞的环路。

厂房第二层施工严格贯彻执行“中部抽槽、两侧预留保护层、浅层开挖、随层支护”的施工原则。

在中导洞开挖的过程中，由原来的压入式通风方式的基础上，形成地下厂房交通洞-→尾闸室-→地下厂房二层副厂房侧-→地下厂房第二层安装间侧-→地下厂房交通洞的环路，使厂房内通风效果明显改善，通过实践证明，通过中导洞，提前形成通风环路，为施工提供极大的便利条件。

3.2 电缆井通风

通风竖井高度为37.09 m，开挖断面尺寸为11.8 m×4 m，电梯井、电缆井开挖断面尺寸8.45 m×8.88 m，高度为37.09 m，通风、电缆廊道是连接主厂房和中控室电梯、电缆井以及通风竖井的通道，长99.3 m，开挖断面为6.0×6.5 m（宽×高）的城门洞形。

为了提早启用电缆井通风，将电缆廊道、电缆井工期进行优化安排，将贯通时间大大提前。

电缆井的开通，将原来地下厂房、尾闸室的内循环方式与洞外联通，形成新鲜空气经0号交通洞-→地下厂房交通洞-→尾闸室-→安全通道-→电缆井流动到洞外，及新鲜空气经0号交通洞-→地下厂房交通洞-→地下厂房一层副厂房侧-→地下厂房第二层安装间侧-→安全通道-→电缆井流动到洞外的外循环，通风效果显著提高。

3.3 施工支洞通风

1）0号交通洞、厂房交通洞通风。0号交通洞、厂房交通洞，作为地下厂房修建过程中重要的一环，是修建其他洞室的运输通道，也是排烟通风的主要通道。洞外新鲜空气通过断面为7.5 m×8 m的交通洞后进入作业面，持续为洞内提供新鲜空气。

2）压力引水洞通风。压力引水洞作为地下洞室群空气循环的瓶颈地带，开挖贯通后，形成0号交通洞经地下厂房（尾闸室）至压力引水洞的空气循环，贯通后，洞室群内部空气明显改善提高。

3）新增压力支洞通风。为了增加通风散烟的便利，加强洞室群的连通性，在0号地下厂房交通洞Z0+707.461桩号处增加了新增压力支洞，将厂房交通洞与1号压力引水洞、2号压力引水洞进行联通，长度133.0 m。

4）新增尾水支洞通风。鉴于尾水与下游支洞通风距离较长，距离达4.5 km，通风散烟难度极大，在0号地下厂房交通洞Z0+560桩号处，增加一条长度为118.163 m的尾水洞支洞，将0号交通洞与尾水联通。

通过0号交通洞、厂房交通洞、压力引水洞及新增压力支洞、新增尾水支洞，有效的将洞外的新鲜空气送至作业面，形成错综复杂的环流，保证了作业面的空气质量，减少因机械通风带来的电力容量问题、用电费用问题，通风得到很好的解决。

3.4 机械通风

在开挖未贯通前，由于条件限制，不可避免地需要从后方向掌子面进行供风，考虑到通风距离长，在布置风机时，提前进行计算，合理选择分机、分筒的型号。因该洞室群的复杂性，在交叉口附近通过接力风机、三通的方式，为多个掌子面进行同时供风。

4 结论与建议

1）该工程在施工的不同阶段，根据施工内容及施工部位，合理采用中导洞通风、电缆井通风、施工支洞通风、机械通风中的一种或多种组合，通过实践证明，该通风方式切实可行，并取得了良好的效果。

2）在开挖未贯通前，由于条件限制，不可避免地需要从后方向掌子面进行供风，提前考虑到通风距离长，在布置风机时，提前进行计算，合理选择分机、分筒的型号。如若洞室较多，存在交叉及多作业同时供风要求，应在交叉口附近通过接力风机、三通的方式，为多个掌子面进行同时供风。

3）在条件允许的情况下，尽可能形成环流，提高自然通风的效果。应首先考虑外部循环（如0号交通洞经地下厂房（尾闸室）至压力引水洞的空气循环），在无法形成外部循环的情况下，要争取形成内部循环（如地下厂房交通洞-→尾闸室-→地下厂房Ⅰ层副厂房侧-→地下厂房第Ⅱ层安装侧-→地下厂房交通洞），环流形成后为通风面带来极大便利。

［1］谭金龙.大型地下工程洞室群施工期通风研究［D］.天津大学，2007.

［2］刘九.洞坪水电站地下厂房通风系统设计［J］.人民长江，2010（11）：41-43+95.

［3］刘芳明，朱育宏，王琪.清远抽水蓄能电站地下厂房及洞室群通风施工技术［J］.云南水力发电，2016（04）：86-87+107.