锦屏水电站辅助洞巷道式射流施工通风技术

张忠伟，周洪波，杨安林

(二滩水电开发有限责任公司，四川成都 610051)

锦屏水电站枢纽工程由一级、二级两个梯级水电站组成。为满足对外交通及二级水电站引水隧洞地质勘探、科研试验、施工和运行管理的需要，需穿越锦屏山修建17.5 km的辅助洞。辅助洞分为A、B两洞，全长约为17.5 km，一 般 埋 深1 500～2 000 m，由两条相互平行、中心距35 m，洞 断 面 分 别 为5.5 m ×5.7 m(宽 × 高)、6 m ×6.25 m的单车道组成。纵断面呈“人”字坡，最大纵坡为2.5%，最小纵坡为0.12%。西端由中铁二局施工，采用无轨运输方式。辅助洞已于2008年8月8日贯通，其中西端开挖约9.7 km。

1 巷道式射流通风技术原理

1.1 技术特点

锦屏水电站辅助洞是非常典型的上下行隧道，正好构成巷道式通风条件，而且洞内需风可直接从洞口进入(有露头)，将隧道作为大风道，既加大了风量，又减少了风阻损失。西端自第三个横向通道形成后便改变通风方案，即掌子面采取轴流通风。轴流所需风量及巷道内的需风和污浊空气的排除全部由射流风机提供[1]。具体特点如下:

(1)在排除污浊空气的隧道洞口附近设置风门，方便了进出车辆，提高了运行速度;

(2)把巷道作为主风道，断面大，减少了风阻，提高了通风效果;

(3)加大了无轨施工的独头通风距离，减少了辅助坑道工程量;

(4)可开展洞内多工序平行作业，减少施工干扰，施工组织相对有轨运输更加方便灵活;

(5)以射流风机为主，在开挖工作面附近布置风管作局部通风，避免了在隧道内全程布设风管，减少了对施工的干扰。

1.2 操作要点

充分利用两个(A、B)相邻隧道相互构成平行导洞的特点，将公路隧道运营通风原理和理念大胆地运用到隧道(洞)施工通风中来，采用射流风机和轴流风机构成混合式通风方式，可有效解决无轨运输洞通风的技术问题。

具体内容:当互为平行导洞的两隧道(洞)第二个横向通道贯通后(一般横向通道间隔500 m)，在A、B线内布置一定数量的射流风机向洞内分别供入新鲜风和排除污浊空气;在进入新鲜风的A线或B线距开挖工作面最近的横向通道后方约80～100 m位置布置轴流风机，通过轴流风机与风管将其后方的新鲜空气直接压入到A线或B线的开挖工作面。巷道式通风原理见图1。

图1 巷道式通风原理图

2 施工通风技术方案的设计

正确选择风机是通风中最为重要的环节，要求在等功率条件下供风量大，压力大，噪声低，节能。

轴流风机的通风距离仅需考虑1 000～1 200 m即可，一般选择2×110 kW、2×135 kW变频风机足矣，不需要进行计算;而风管直径则不小于1.5 m。轴流风机移动同步进行，即每隔1 000～1 200 m同步移动一次。

射流风机偏向于选择大功率。射流风机最重要的性能参数是风机所能产生的推力值与出风口速度。为了增加射流风机的推力，可以增加风机的叶片角度以及相应的电机功率，以达到更高的风机出口流量与风速。在锦屏辅助洞施工实际应用中，采用了强力射流风机QSF－1260，其功率为75 kW，风机出口平均风速在40 m/s以上。

射流风机数量计算较复杂，在设备配备时一般可参考公式计算考虑，而在实际使用时则是以保证现场通风质量为前提，根据试验确定。它与射流风机的功率、效率、通风质量、隧道断面等直接相关。

根据通风原理图1简化得到的等效计算简图见图2。

图2 射流通风计算简图

图2中，△pj为射流通风升压力;△pt为交通通风力;△pr为通风阻力，单位均为Pa。计算中，交通通风力△pt可以忽略不计，计算射流风机台数时只考虑通风阻力△pr。

通风阻力计算公式如下[2、3]:

式中 △pr为通风阻力，Pa;Σξ为局部阻力系数(对特长隧道而言，每500～600 m设置横通道一处，局部阻力相对沿程摩擦阻力较小，计算时可以忽略);λi为隧洞内沿程摩擦阻力系数;Li为隧洞的长度，m;di为隧洞内的水力直径，m;vi为隧洞内的风速，m/s;ρ为空气容重，取 1.2 kg/m3。

隧洞内沿程摩擦阻力系数的计算公式:

式中 △为隧道壁面粗糙度，mm。比较光滑的混凝土标准断面在一般情况下λi＜0.1，可参考相关资料取值计算;然而施工期间洞身一般为锚喷支护。由于超挖存在，既便经临时喷护后，表面粗糙度平均达到200～500 mm。因此，将按式(2)计算得到的沿程摩擦阻力系数λi代入公式计算得到的风机数量与实际情况相差较大，取值时仅供参考。

根据锦屏辅助洞前9 000 m每阶段实际风机布置与测试数据统计与回归分析，洞内在达到施工安全的临时喷护后，λi取值按0.1～0.2考虑比较符合实际情况。

式中 C为隧道断面周长，m。

式中 Q需为洞内需要的风量，m3/min。需风量应根据通风技术规范或隧道施工规范的要求确定，或根据洞内带负荷工作的内燃设备功率和工作人员计算。锦屏辅助洞洞内行驶重载车辆较多，如果按照设备功率反算风速，将达到4 m/s以上，但是，通过现场观察，不需要过大的风速仍能满足通风质量要求，故在计算中，过风断面≤40 m3按风速2～2.5 m/s计算需风量，过风断面＞40 m3按风速1.5～2 m/s计算需风量。

射流通风升压力计算如下:

式中 K为喷流系数，取0.85;vj为射流风机出口风速，m/s;φ为面积比，φ=Fj/Fs;Fj为射流风机的出风口面积，m2;Fs为隧道横断面积，m2;ψ为速度比，ψ=vi/vj;vj为射流风机的出风口风速，m/s;vi为隧道内风速，m/s

根据隧道内的压力平衡关系:

在满足隧道施工通风设计风速的条件下，射流风机台数可按下式计算:

根据式(1)～(7)，计算得到锦屏水电站辅助洞不同通风距离的射流风机数量见表1。通过实际验证，射流风机计算数量与实际使用数量仅相差2台。

表1 锦屏水电站辅助洞不同通风距离的射流风机理论计算和实际布置数量表

3 巷道式射流通风布置与施工

3.1 风机平面布置

风机平面位置布置原则:进风洞数量相对排风洞要少，基本上按3∶7分布可达到较好的通风效果。若射流风机靠近横向通道附件时，风机要布置在靠风流方向的上方并离通道边壁位置5～7 m，如图3。

3.2 风机安装

射流风机施工期间设置紧靠隧道(洞)边墙一侧，高度不低于1.2 m，离洞壁保证有0.3 ～0.5 m间距。

轴流风机设置在进入新鲜空气的隧道(洞)中，其位置在紧靠掌子面的第一个横向通道的后方80～100 m位置。

图3 锦屏水电站辅助洞风机平面布置示意图

3.3 轴流风机的风管安装

风管安装在拱顶和边墙位置。当无轨运输的净空满足要求时，为便于维修方便，一般设置在边墙，其悬挂高度不低于2.5 m;当净空受限时，则安装在拱顶位置，悬挂顺直牢靠。

风管弯管使用特制的软管制作，并用拉链与主风管相连接。

3.4 风门的封堵

当不需要利用横向通道进入进行其它工序作业时，将横向通道全部封堵。封堵使用角钢、方木和竹制材料，预留进人孔。

4 巷道式射流通风技术的应用效果

通过采用巷道式射流通风技术，锦屏水电站辅助洞在贯通之前的空气质量问题得到了有效的解决。

当隧道掘进至9 300 m时，请专业部门对通风质量进行了检测，检测结果见表2。通风的质量满足《公路隧道施工技术规范》JTJ042－94与《铁路隧道施工规范》TB10204－2002和J163－2002 的规定[4、5]。

表2 锦屏水电站辅助洞2008年3月20日通风质量检测结果表

5 结语

锦屏水电站辅助洞全长17.5 km，西端开挖约9.7 km。根据辅助洞为非常典型的上下行隧道、互为平行导洞的特点，通过理论分析与试验研究，最终采用巷道式射流通风技术，成功的解决了特长隧洞施工期通风的难题。文中的计算方法和经验公式可以为特长隧洞施工通风方案的设计所借鉴。

[1]公路隧道通风照明设计规范，JTJ0261－1999[S].

[2]陆懋成.鹧鸪山高原隧道(东口)施工通风设计与实施[C].国际隧道研讨会暨公路建设技术交流大会论文集.北京:人民交通出版社，2002.

[3]杨家松.特长隧道采用巷道式射流施工通风技术与工程应用[J].隧道建设，2008，28(4):456－459.

[4]铁路隧道施工规范，TB10204－2002[S].

[5]公路隧道施工技术规范，JTJ042－94[S].