水电站通风系统设计分析研究

苏先锋

摘 要：大型水电站施工通风系统设计的完善与否关系到隧道、地下施工等能否得顺利进行的重要因素，如何对大型水电站通风系统进行设计显得十分重要。卡鲁玛水电站通风系统设计之初调研了国内成熟的水电站项目的通风系统的设计，进行分析后完成了对卡鲁玛水电站项目的通风设计，经论证，卡鲁玛水电站项目通风系统设计合理，并已实现初步运营，本文细致的分析了卡鲁玛水电站通风系统设计，希望对解决大型水电站通风系统设计问题有所帮助。

关键词：水电站；通风系统；设计研究

水电站工程施工以地下工程为主，施工中施工器械和施工车辆排放出的尾气、爆破施工中产生的氮氧化物、硫化物、粉尘等污染物都会对施工者伤害。因此，保证施工现场通风环境尤其重要。由于水电站地下硐室，分布为上下分层、纵横交错，布置复杂，所以在水电站施工中应相保证各个硐室相互协调，所以水电站工程中各个施工段的施工进度彼此制约，进而相比较其他施工项目，水电站施工增加了通风的难度。所以，水电站施工必须落实对通风系统的设计、通风系统的布局和运行控制，以保证施工安全。本文主要以卡鲁玛水电站项目为例，对通风系统设计进行相关研究。

1 卡鲁玛水电站项目介绍

卡鲁玛水电站项目位于乌干达西北部，是乌干达重要水利枢纽工程，总装机容量600MW。卡鲁玛水电枢纽设计为拦河大坝，在河道中进行拦河建坝，同时在河坝旁建立引水发电系统以及配套电力输出工程，在实现截流控水解决当地用水，调节气候的同时实现水力资源的利用。其中引水发电系统工程包括大规模的地下厂房建设、尾调室、长尾水洞、主变洞等各大硐室的施工。整个工程需进行开挖的石方量近500万立方米，其中地下硐室的凿挖达到了80%以上，因此凿岩工作量超大。

2 卡鲁玛水电站通风布置的设计分析

2.1 国内水电站通风系统设计布局调研

为完成卡鲁玛水电站通风系统的合理设计，对国内成熟的水电站的各个施工阶段的通风系统的设计进行了调研。结果如下：猴子岩水电站在早期阶段（主厂房与主变室爆破施工阶段），主厂房选取抽出式通风方式，主变室选取压入式通风方式，通风系统设计在洞口外，通过送风管将洞外空气送至主变室，实现了在主厂房中废气的排除的同时，也可避免主变室废气进入主厂房；白鹤滩水电站在中期阶段（导流洞开挖阶段），选用混合式通风方式，通风系统设计在交通洞中，工作断面处的空气由风管送至；溪洛渡水电站的后期阶段（引水洞及排风竖井已挖通），厂房顶部每8米布置一排风口，将厂房内废气排出洞外，交通洞中排风机设计了两台，两台排风机将主厂房中废气排出洞外，因引水洞与外界连接，所以主厂房内空气压力低，实现了引水洞的自然进风。通过以上调研，对卡鲁玛水电站通风系统的设计提供依据。

2.2 卡鲁玛水电站通风方式

卡鲁玛水电站项目的通风方式为主风机压入式通风，辅助风机进行局部调节，局部通风机进行现场控制。分别在MATAT、EVT洞口和新增4.5米直径3#地面通风竖井口设置主扇风机，在地下各通风节点部位布置风机、风门等通风设备设施，通过运转风机，为施工现场压入新鲜风流，同时为井下提供风压，促进有毒有害气体及粉尘的分散和排出。同时由于水电站地下分层较多，硐室布置复杂，从各风扇压入的风流在自由流动的情况下，会造成部分硐室风质和风速达不到要求，需要通过辅助风机的运转和调节，实现风流的调节。

2.3 卡鲁玛水电站通风的细节设计

硐室群风流控制复杂，按照三期压入、吸出两种方式布置，根据工作面现场的实际情况进行转换和调整，保证风流，实现个工作面工作的稳步开展。由于通风系统主风机采用压入式，但局部采用抽出式，因此在风筒选择上，辅助风机前应选用硬质风筒，如压入式通风800～1000米处布置辅助风机前应使用硬质风筒。在项目电力系统形成后，应首先在MAT、EVT、1#支洞、2#支洞、7#支洞、尾水洞随工作面硐室定按工程进度布置射流风机，保障工作面有毒有害气体和粉尘的排除。在进行上下层硐室施工时，应从主风管介入，并用抽出式风机调节风流，引流至下层平台。

根据各支洞硐室开挖进展情况布置相应的局部通风机，通过在硐室内布置风机吸风级，将内部气体通过吸风风机抽出至风流下风向，造成硐室内部欠风压，实现上风向新鲜空气进入的导流作用，以此来完成个工作面的供风排风任务。如1#支洞开挖到引水支洞、2#支洞开挖到尾水支洞或是7#支洞开挖到尾水洞时，必须根据实际情况，选择合理位置对吸出风机进行布置，通过局部风机将污浊气体抽出，并排风到通风竖井底部，进而排出地表，避免各支洞硐室间污风串联，造成设备和人员的隐患和事故。

各层间在进行作业室，设计初应考虑对风门等通风设施的设置，通过调节风门，实现部分支洞硐室的关闭，避免风力浪费和部分支洞硐室供风不足造成事故。当厂房第二层开挖工程已结束时，地面竖井也得以贯通，自此地表与地下已经实现基本贯通。此时，EVT出渣通道任务已结束应进行封闭或设立风门，控制风流的进入。当支洞硐室内形成负压时，调节风门进行部分排风；当出现正压时，因自然风从各地表入风口压入，将需排出的废气压在洞室群内，此时关闭EVT出渣通道上的风门，启用局部风机抽出排风。

3 基于三阶段的卡鲁玛水电站通风设计

每个水电站项目皆有不同，地理环境，气候均有差异，本文题目已经指出，以卡鲁玛为例，并非普适方法，卡鲁玛的概况已在标题1中介绍，这个需要作者自己去审度，如每个水电站设计均有普适性，那么是否一个方案可以设计多个水电站？][这部分的逻辑是，将设计分为三个阶段，就如调研的三个阶段，分为一、二、三共三个阶段。]

3.1 第一期通风设计

2015年4月30日系统供电形成前地下洞室群通风布置。目前正使用的2*55KW通风机供风给EVT及其延伸段，在EVT0+800处布置1台15KW接力风机。风筒布置在EVT边墙左侧。75KW通风机2014年12月下旬安装，提供尾调通风洞通风。风筒布置在EVT边墙右侧。2015年上旬在EVT洞口布置1台160KW通风机，提供主变洞第一、二层通风。风筒在EVT0+628、EVT0+657两排水廊道开口，2015年1月底，各安装1台15KW通风机，提供排水廊道通风。风筒布置在EVT顶拱左侧。2015年1月10日在EVT洞口布置200KW通风机，提供主厂房第一、二层通风。风筒布置在EVT顶拱右侧。MAT洞口使用目前已安装的2*55通风机，在MAT0+1000处右侧安装一台15KW接力风机。2015年2月底在1#、3#通风竖井洞口各布置一台75kw负压风机。

3.2 第二期通风设计

2015年4月30日系统供电形成后地下洞室群通风布置。此阶段为主厂房第二层开挖结束前通风，截止时间为2016年1月15日。[这部分恰恰是介绍最多了，分别罗列了3.2.1 3..2.2 两个标题]

3.2.1 EVT入口设计

2*55KW通风机改成吸出风机，将风机转移在EVT0+620处，该桩号往外风筒不变，往里风筒也不拆除，用以第三期排水廊道排水孔、帷幕灌浆施工供风备用。2015年5月上旬布置7.5KW射流风机，间距100米，其中在主厂房、主变洞与EVT接口处各安装一台。160KW、200KW通风机布置不变。75KW风机在进入尾调室口子安装1条“丁”字形风筒，往尾调室左右半室第一、二层供风。2015年7月底在EVT0+519处，联通竖井顶部布置2台75吸出风机。风筒布置在EVT顶拱。

3.2.2 MAT入口设计

2015年4月底在洞口安装1台200KW通风机，提供7#支洞通风，同时在MAT0+800米处右侧安装1台75接力风机（后转尾水吸出）。随工作面延伸间隔100米布置1台7.5KW射流风机。风筒布置在MAT右边墙下部。2015年5月上旬在洞口安装1台160KW通风机往1#支洞供风，在MAT0+850处右侧安装1台75KW接力风机。随工作面延伸间隔100米布置1台7.5KW射流风机。160KW通风机布置在MAT洞口钢架顶部左侧，风筒布置在MAT0+800开始逐渐转向左边墙上部。1#支洞风筒相应布置在左边墙。2015年5月底在洞口安装1台160KW通风机往2#支洞供风，在MAT0+950处左侧安装1台75KW接力风机。随工作面延伸间隔100米布置1台7.5KW射流风机。160KW通风机布置在MAT洞口钢架顶部右侧，风筒布置在MAT0+900开始逐渐转向左边墙下部，1#支洞风筒以部。2#支洞风筒布置在左边墙。2015年6月15日将MAT0+1000处的15KW接力风机改成2*37KW接力风机，往主变洞第三层开挖供风。2015年5月中旬在MAT内安装7.5KW射流风机，间距100米。

3.3 第三期通风设计

2015年4月30日系统供电形成后地下洞室群通风布置。2015年12月底厂房第二层开挖支护结束，第三、第四层供风从EVT洞口200KW 通风机接入，风筒从EVT与MAT联通竖井引入到安装间。风筒到MAT时布置在顶拱左侧。2015年10月底完成主变洞第三层开挖后，第四层供风从EVT洞口160KW风机接入，风筒从EVT与MAT联通竖井引入。风筒到MAT时布置在顶拱右侧。2015年10月底将MAT洞口2*55KW风机改成尾调室右半室开挖供风。2015年8月底7#支洞开挖可到尾水洞口，2015年6月中旬新增的排风竖井开挖已完成。2015年6月底安装1台200KW（新购）风机在竖井地面往7#支洞供风，MAT洞口200KW风机和MAT0+800处75KW接力风机可拆除。2015年7月中旬，拆除的200KW风机从通风竖井接入，供应尾水隧洞通风。2015年11月中旬在EVT0+100处安装关启大门，半扇固定（安装1人行小门），另半扇可关启。2015年7月底在联通竖井与2#支洞间的联通段洞口布置关启大门。

3.4 卡鲁玛水电站尾水洞、引水下平洞、尾水下平洞的通风设计的配置及要求

根据各支洞硐室需求，选型配对适应的风机。进行压入作业时，通为保证风机正常运转，保持风速均匀，在风管选型时，根据风机型号，场所风压要求进行选型，必须是硬质风管。同时根据巷道、隧道情况进行悬挂固定，保证风量和风速。进行排除作业时，选用适当的吸风机，如射流风机，风管可以使用软质的，注意保证风管没有死弯等，时根据现场利用效果对风筒进行连接、固定和悬挂。这部分内容，描述的内容为在三个阶段中，分级的选型，风管的要求，风速的选择。标题，已经改为：卡鲁玛水电站尾水洞、引水下平洞、尾水下平洞的通风设计的配置及要求

4 卡鲁玛水电站地面竖井通风设计

经过合理设计，卡鲁玛水电站保证了地下供风顺畅，供氧重组，在竖井设置压入式通风机，通过新建通风竖井，并布置1台15KW通风机；建立压力竖井，并布置布置3台15KW通风机；在母线出线竖井布置1台15KW通风机等压入新鲜空气，实现井底足量供氧的目的。

5 结语

供风是地下工程得以开展的重要因素，合理高效的供风系统是水电站运行的前提。卡鲁玛水电站项目通过对其通风系统进行合理的设计，实现了水电站的各硐室顺利供风和充足的供氧，并实现初步运营。这部分，是对整个文章的一个总结，结论已经很明显，既——卡鲁玛水电站项目通过对其通风系统进行合理的设计，实现了水电站的各硐室顺利供风和充足的供氧，并实现初步运营。证明卡鲁玛的设计师合理的，是有借鉴价值的。不论结语还是结论，这部分都是为对读者的一个结果，既——合理高效的供风系统是水电站运行的前提，卡鲁玛有借鉴价值。

参考文献：

[1] 高玄涛，王英学，张超，等.锦屏二级水电站特长隧洞群施工通风方案选择[J].铁道建筑.2013（07）：49-51.

[2] 马德萍，李艳玲，莫政宇，等.向家坝地下洞室群施工通风效果三维数值模拟[J].人民长江.2011（01）：29-32.