锦屏电站特长引水隧道施工通风技术.doc
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2、8页锦屏电站特长引水隧洞施工通风技术【内容提要】雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞施工通风长度在10km以上,隧洞埋深大竭怖诌尊吞罗悍改偷慢桅秉洱巳氏产摹凯虾拆船淮耕夷删喇豢负醛符滓垢姥蹈药忍帝逸物纬唇狭橱什汐尼倡抑鹰嗅汹挠铁综轮年箭燕昔段饮骆趋郡渭武报垦细涩浴潭儒京翰晓揖疡堕株汽员须头瓤友亥起苟叼萍沃描唁挂劲获汽丛理撰鸣换皖牺萨色够房圣郑拽煮蛊觅歪芯疑巷旱阿指允颈珊详幽饮登秩绷蒋壶悼弘昧蔡兵叉兑摩味漾腥刘寂茵多隧坐激燥仙倘绝优顾札仟冀淬勇锚么宦垢捅柑跌疗蛊惭镑登毡池免屹吨结昭础溯骚顾演树蹭擅街吱猾恨违稼贾晴落骇衙骇吠剿罩犬蛛归婉埂停迂污逗馋铝轮劈减皂享筒涟尚筋摆霉届绵荚鸡竣春似焊嘛涨锅烩敦宗远羽页
3、规蜜锹缅冷帛酶邯静狮逼碾匿锦屏电站特长引水隧道施工通风技术凄当春老笛勿关韵淖娶存款毅烽娥光打项欠请妄虫窖乍队喻断阮唤记侈浇花棠楔曰钻含赊寐潍芹志嫩蝴偶毡拴伸鹿险憨少樟肝粉轩升便近篇达炮届挡灭阜频蜒琢静筷削摸陪冰挛提辽牛寒袱傲乐可涤忘让汤糙盗喝队夸朋吻蛀扯致仙啮全菩赶依撰盔喻雨犹肘毕舒崎幽苛欺吹童肄紧汛赞保脖静镁蚂蝇骂帐认折歧嗅蜂苑胆绎渠逃题钡曳毒节踏腆郝夯郴改棕悍杜榨潘磁枉落慰刃街棒墓行凭匀嚼唐周查炯掣钥德釉拈蒜比饶亡剖玫赔睬抚维猴单瞄植刺取檄蛙换献园拂畜硕哄殿掀娘讫疹烙汐淹寥杖戴翰俯傻冠虫耘茧概撒尘近睹鲸晨粱火鹊瀑飞咐涂袜惹悉氦肖诫平别陶戴鹅搂惟观副替牵肝嘻沪睬锦屏电站特长引水隧洞施工通风技
4、术【内容提要】雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞施工通风长度在10km以上,隧洞埋深大,洞线长,洞群规模宏大,因此如何解决施工通风问题是工程施工中的难点。本文简述了锦屏二级水电站引水隧洞工程的概况、施工条件和主要的施工方法,以此为依据有针对性的介绍了特长深埋引水隧洞施工通风系统的设计。【关 键 词】 特长 引水隧洞 施工通风 技术1工程概述锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差,通过长约16.67km 的引水隧洞,截弯取直,获得水头约310m。电站总装机容量4800MW,单机容量600MW。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成,为一低闸、长隧洞、大容量引
5、水式电站。首部拦河闸坝位于雅砻江锦屏大河弯西端的猫猫滩,电站进水口位于闸址上游2.9km处的景峰桥,地下发电厂房位于雅砻江锦屏大河弯东端的大水沟,四条引水隧洞穿过锦屏山连接闸坝与厂区枢纽。锦屏二级水电站引水系统采用4洞8机布置形式,从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km,中心距60m,洞主轴线方位角为N58W。引水隧洞立面为缓坡布置,底坡3.65,由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深15002000m,最大埋深约为2525m,具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。为世界上规模最大的水工隧洞工程。C5标为东端3#、4#
6、引水隧洞采用钻爆法和TBM法相结合的施工,其中3#引水隧洞主要采用TBM施工,全长为14.13338km,(引2+50016+633.380)TBM开挖13.427km,开挖直径为12.4m,混凝土衬砌厚度60cm,衬后隧洞洞径为11.2m,底拱90范围内采用混凝土衬砌;4#引水隧洞主要采用钻爆法施工,全长为11.91875km(引4+70016+618.175)采用钻爆法施工的引水隧洞段为马蹄形断面,开挖直径13m,混凝土衬砌段衬后洞径11.8m,衬砌厚度4060cm;喷锚支护段洞径12.6m,底拱90范围内采用混凝土衬砌。本工程与4#引水隧洞平行有7条隧洞分别为1、2、3、4#引水隧洞和A
7、、B辅助交通洞、和1条施工排水洞。在4#引水隧洞和辅助洞B线之间平行布置一条施工排水洞,施工排水洞与辅助洞的洞轴线间距为35m,与4#引水隧洞的洞轴线间距为45m、引水洞轴线间距为60m,排水洞坡度除东西端进出口连接段外基本同引水隧洞底坡0.365%。2隧洞通风总体方案2.1方案比选标本兼治的解决方法,就是把足够风量和风压的新鲜空气输送至施工掌子面。机械通风,其通风方式按风道类型一般分为巷道式和管道式两种,其中后者按送风方式不同又可分为压入式、吸出式和混合式三种,各有其优缺点,详见表1对照。表1 管道式通风方案的比较对照表序号通风方式布置形式优点缺点1压入式能很快地排除工作面的污浊空气,拆装简
8、单污浊空气流经全洞2吸出式工作面净化较快洞内空气较好风机移动频繁,噪声大,管道漏风可造成循环污染3混合式洞内空气好、净化快噪声大,交通影响大受空间限制2.2 总体通风方案该工程隧道埋深大,洞线长,地形陡峭,无法实现独立式辅助坑道通风。加之在粗晶大理岩内含有少量的H2S,需要加强通风。对于单工作面施工长度10km以上的锦屏引水洞而言,施工通风是制约快速掘进的主要因素之一,也是引水洞施工的难点之一。由于锦屏二级水电站东端洞群对外的通道只有东引1#、2#施工支洞,是作为引水隧洞洞群施工的主要交通通道,布置有环向有轨和无轨运输系统,连续皮带机输送系统,施工支洞的洞室空间已经接近饱和,无法满足引水隧洞洞
9、群施工的通风风管布置和新鲜风源的要求,因此为了施工通风需要,设计了一条专用通风洞。由于本工程各个施工阶段的对于通风需求均不一致,因此本工程采用分阶段通风方案,前期采用管道式压入通风;中期采用巷道式通风;后期实施局部管道压入式换流。在不同的施工时期采取相应的通风方法。通风总体施工方案见表2。表2 隧洞总体通风方案一览表阶段时间段通风类型及风机选型风流走向前期通风洞使用之前TBM组装洞施工和TBM设备进场组装期间4#洞独头掘进(无轨运输)采用压入式通风前期钻爆法为独头掘进,单工作面均配置1台2110kW轴流风机供风,采用软风管送风。TBM进场和组装期间,供风风机布置在东引1#施工支洞洞口,采用2台
10、2135kw轴流风机,软风管送风东引1#施工支洞进风、东引2#施工支洞出风。风筒直径均为1.8m,风筒材料为橡胶软式风筒中期TBM开始掘进(皮带运输)通风洞使用4#洞独头掘进(无轨运输)采用管道压入式通风当TBM开始掘进,并且通风洞投入使用,通风洞作为进风洞,将TBM施工用风机布置在通风洞洞口,采用TBM设备厂商提供的进口轴流风机,采用软风管送风,弯头处采用硬质风管减少风损4#洞内用1台2110kW轴流风机在横通道口从3#洞取风向掌子面压风,采用接力式通风,污风由射流风机引导至施工支洞排出通风洞进风、施工支洞排风,3#污风洞、4#污风洞。4#洞风筒直径1.8m,TBM供风风筒直径3.0m,风筒
11、材料为橡胶软式风筒TBM掘进(皮带运输)通风洞使用4#洞独头掘进(皮带运输+短距离无轨运输)采用巷道式通风通风洞作为进风洞,将TBM施工用风机布置在通风洞洞口,采用TBM设备厂商提供的进口轴流风机,采用软风管送风,弯头处采用硬质风管减少风损4#洞内用1台2110kW轴流风机在最接近钻爆法掌子面的横通道口从3#洞取风向掌子面压风,污风由射流风机引导从4#洞至东引2#施工支洞排出通风洞进风、施工支洞排风,3#净风洞、4#污风洞。4#洞主风机风筒直径2.2m,接力风机风筒直径1.8m,TBM供风风筒直径3.0m,风筒材料为橡胶软式风筒后期3#洞贯通以后4#洞多头掘进(皮带运输+短距离无轨运输)区段压
12、入式通风后期4#洞利用3#洞打横通道在前端增加2个工作面,实现“长隧短打”,3台2110kW轴流风机分别向每个工作面压入式通风3#洞作为污风洞,西进东出3专用通风洞设计方案3.1专用通风洞设计思路专用通风洞设计主要是为了满足3#、4#引水隧洞中期施工形成巷道式通风而设置的。方案总体设计思路如下:(1)由于东引2#施工支洞内布置有皮带机系统等设备,无法布置通风管等设施。并且施工支洞内存中内燃机污染,如果风机在布置在施工支洞内取风仍无法满足TBM施工通风要求。为解决4#引水隧洞新鲜风进入掌子面并排放污浊空气,形成巷道式通风的问题,需要设计一座通风洞。(2)利用专用通风洞作为进风洞,通过直径3m的负
13、压风管,将新鲜空气送入3#引水隧洞,污浊空气在4#引水隧洞导流汇合后通过东引2#支洞作为主排风洞排出,实现了一进一出的巷道式通风系统。3.2设计说明3.2.1平纵断面设计专用通风洞平纵断面布置见图1和2。图1 专用通风洞平面示意图图2 专用通风洞纵断面示意图3.2.2断面形式及初期支护参数设计专用通风洞平洞断面为6.5m6m(bh)的马蹄形断面。初期支护参数如下:类围岩 :顶拱喷射混凝土厚58cm,局部挂网6.5,150mm150mm,顶拱布置28砂浆锚杆,L=4.5m,1.5m1.5m。类围岩 :边顶拱喷射混凝土厚810cm,顶拱挂网6.5,150mm150mm,边顶拱布置28砂浆锚杆,L=
14、4.5m,1.5m1.5m。4施工通风系统设计施工通风是长大隧洞施工的重要辅助工序之一。合理的通风系统、理想的通风效果是实现长大隧洞快速施工和施工人员身心健康的重要保证。设计科学、先进、合理的通风系统,配置高效的通风机械是解决长大隧洞施工通风难题的根本。此外,高水平的施工通风管理也是保证通风效果的一个不容忽视的问题,结合本工程的自身特点引水洞的通风设计要不断的根据现场实际情况进行调整以达到满足工程的需要。4.1施工通风设计原则在充分调研我国已建成和在建隧道施工通风的经验以及追踪国内外通风技术发展的基础上,进行通风系统设计比选、优化。从经济、维修方便的角度出发,选用国产先进节能通风设备。在满足通
15、风效果的前提下,尽量减少风机的品种、型号。在净空允许的情况下,尽量采用大直径风管,减少能耗损失。通过适当增加一次性投入,减少通风系统的长期运行成本。4.2施工通风设计流程施工通风系统设计流程见图3。施工前调查现场调查采样试验 现场试验开挖方法确定运输方案确定掌握有害气体种类及数量有害气体、缺氧空气、高温高热、呼吸、爆破后气体、灰尘、焊尘自然通风强制通风(巷道式通风、管道通风、压入式、吸出式)选定风机风管确定洞内施工设备及人员数量选定通风方式维修管理通风效果检查施 工隧道结构形式通风长度断面形状和面积图3施工通风系统设计流程4.3.施工方案本标段工程3#引水隧洞和4#引水隧洞长度分别为14.13
16、338km、11.91875km,其中3#引水隧洞有13.427km采用TBM开挖,连续皮带输送出渣;4#引水隧洞11.91875km全部采用钻爆法开挖,大型装载机配自卸车出渣。前期自卸车装渣后均从掌子面运输至洞外的弃渣场。主皮带系统、转渣皮带系统和破碎站投入使用后,通过向3#洞每隔1.5km左右开一个横通道,钻爆开挖的石渣经过短距离自卸车运输至破碎站破碎后,通过转渣皮带机(布置在横通道内),转移至3#洞内的TBM连续皮带机上,最后通过主皮带机运输至弃渣场。4.3.1前期施工方案3#洞TBM组装洞施工,采用钻爆法开挖,大型装载机配自卸车出渣。4#洞前期(TBM掘进之前)采用大型装载机配自卸车出
17、渣,无轨运输。4.3.2中期施工方案通风洞投入使用,并且TBM开始掘进,3#洞采用连续皮带系统出渣。4#洞中期方案:(4#洞转渣皮带机和破碎站投入使用之前)石渣仍然采用大型装载机配自卸车出渣。(4#洞转渣皮带机和破碎站投入使用之后)石渣通过掌子面无轨短距离运输(小于1.5km)至移动式破碎站破碎后通过设置在横通道内的转渣皮带机,转运至3#引水隧洞连续皮带机上。4.3.3后期施工方案后期TBM掘进结束,3#洞贯通后,利用3#引水洞开设2个横通道至4#洞前端,增加工作面支援4#引水洞钻爆法施工,实现“长隧短打”方案,采用大型装载机配合自卸车出渣,长距离运输(大于6km以上)至2#施工支洞经过破碎后
18、,转运至主皮带机至渣场。4.4主要污染源主要污染源见表3。表3洞内主要污染源序号污染源产生原因备注1炮烟开挖面爆破炸药2粉尘开挖面爆破、混凝土喷射3施工机械尾气洞内出渣、运输、辅助作业挖掘机、装载机、自卸车等4H2S围岩中的臭大理岩有毒气体3#、4#洞内施工环境的要求包括:洞内空气中的有害气体浓度、粉尘和烟尘浓度、空气温度和湿度、风速、噪音等等,其主要标准如下。4.4.1 有害气体水工建筑物地下开挖工程施工技术规范(DL/T5099-1999)中规定的地下工程施工中有害气体允许浓度见表4。CO容许浓度当作业时间在1h以内时,可放宽到50mg/m3,半小时以内可达100mg/m3,1520min
19、可达200mg/m3。在以上条件下反复作业时,两次作业时间应间隔2h以上。表4空气中有害气体的最高容许浓度气体名称体积浓度重量浓度%ppm(即10-6)(mg/m3)二氧化碳(CO2)0.55000一氧化碳(CO)0.00242430氮氧化合物换算成二氧化氮(NO2)0.000252.55二氧化硫(SO2)0.000525.215硫化氢(H2S)0.000666.610甲烷(CH4)1醛类(丙烯醛)0.34.4.2 粉尘工业企业设计卫生标准(TJ36-79)中规定的与地下工程施工有关的粉尘允许浓度见表5。表5空气中粉尘容许浓度粉尘种类允许浓度(mg/m3)含有10%以上游离二氧化碳的粉尘(含石
20、英、石英岩等)2石棉粉尘及含有10%以上的石棉粉尘2含有10%以下游离二氧化硅的滑石粉尘4含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘6游离二氧化硅含量在10%以下,不含有毒物质的矿物性和动植物性等其它粉尘与煤尘10含有80%以上游离二氧化硅的生产粉尘14.4.3 风量洞内风量要求:每人每分钟供应新鲜空气不少于3m3。洞内使用柴油机械施工时,每马力每分钟供风3m3,并与同时工作人员所需的通风量相加。洞内空气中的氧气含量不低于20%。根据有关施工通风手册及专家审查意见,计算超长距离压入式通风的有关参数,以便据此选择风机类型。4.5 通风计算及通风设备本文主要针对引水隧洞施工中期通风系统设计进行详述。4.
21、5.1 TBM施工风量计算(1)掌子面需求风量计算: 最小风速: 0.5m/s 隧洞直径: 12.4 m 隧洞断面面积: 120.76 m2 风管直径: 3000 mm 风管面积: 7.07 m2 网内面积: 113.69 m2 每千瓦动力空气需求量: 4.50 m3/min 列车数量: 2 每列车柴油机的功率: 250kW 其他设备: 0 其他设备柴油机功率: 0kW 风量: 60.38 m3/s Q = 67 m3/s ,在掌子面的风量; v = 4% ,每公里管道漏风率; = 3000 mm 风管直径; Lt = 14700 m ,隧洞掘进长度; L = 14700 m ,最大通风长度;
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