復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)隧洞群施工通風(fēng)技術(shù)研究.pdf

1、水電工程地下洞室群施工十分復(fù)雜，作業(yè)面多，鉆孔，爆破，裝渣，運(yùn)輸，噴錨支護(hù)，二次襯砌等多道工序平行作業(yè)，在無軌運(yùn)輸?shù)拇蟓h(huán)境下，施工通風(fēng)是不僅影響整個(gè)施工進(jìn)度，而且關(guān)系到施工人員的生命安全。本論文以錦屏二級(jí)電站引水隧洞群施工通風(fēng)為工程背景，基于引水隧洞“斷面大，洞室長(zhǎng)，界面廣，無露頭，內(nèi)燃作業(yè)，無軌運(yùn)輸，污染量大”等工程重難點(diǎn)，通過綜合采用技術(shù)調(diào)研、工程類比、理論分析和數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、歸納總結(jié)等研究手段，針對(duì)壓入式通風(fēng)輔以支

2、洞射流通風(fēng)技術(shù)、壁面粗糙度對(duì)通風(fēng)效果的影響、隧洞施工通風(fēng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)、巷道式聯(lián)合通風(fēng)技術(shù)、通風(fēng)效果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行了深入研究。本論文主要研究工作和研究成果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　(1)由于支洞斷面尺寸的限制，在支洞頂部布置的2條風(fēng)管直徑不能大于2.0m的條件下研究極限通風(fēng)距離，以能見度達(dá)到20m為衡量標(biāo)準(zhǔn)，將極限通風(fēng)距離的最小風(fēng)速確定為0.1m/s。在通風(fēng)管理水平1.5％的漏風(fēng)率情況下，壓入式通風(fēng)的極限距離控制在5000

3、m比較合適。根據(jù)輔助洞西端的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合西引支洞斷面與最大風(fēng)速設(shè)計(jì)，計(jì)劃安裝75kw強(qiáng)力射流風(fēng)機(jī)7臺(tái)，可滿足施工需要，與實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)射流風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)布置一致。
　　(2)通過建立典型粗糙壁面模型就粗糙形狀、粗糙高度、粗糙間距以及同一粗糙條件下斷面直徑對(duì)隧洞施工通風(fēng)的影響進(jìn)行了深入分析，研究結(jié)果表明，在近粗糙壁面，除了正弦模型外，方形、三角形、混合形三種粗糙模型近壁附近速度分布都出現(xiàn)了渦流，正弦粗糙模型對(duì)通道內(nèi)空氣的流通以及CO快速排出起

4、到的阻礙作用比其它三種粗糙模型小。在同樣的粗糙間距下，粗糙高度越大，對(duì)流體流通的阻礙作用越大;在同樣的粗糙高度下，粗糙間距越大，對(duì)流體流體的阻礙作用越小。在同一粗糙條件下（相同的粗糙形狀、高度、間距），斷面越大，粗糙壁面對(duì)流體流通的影響相對(duì)越小。以隧洞實(shí)際開挖輪廓線和設(shè)計(jì)開挖輪廓線之間包絡(luò)的面積與取樣長(zhǎng)度兩者的比值定義了隧洞壁面平均粗糙高度，并提出了壁面粗糙常數(shù)的取值計(jì)算的模型分解法和主要粗糙度法。
　　(3)錦屏引水隧洞壁面粗糙

5、參數(shù)為平均粗糙高度0.231m，粗糙常數(shù)Rc值為0.46。對(duì)錦屏引水隧洞及排水隧洞聯(lián)合施工通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)值計(jì)算，優(yōu)化了射流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)管在隧洞內(nèi)的布置方式。研究結(jié)果表明，15分鐘之后1＃～4＃洞工作區(qū)域（距掌子面300m范圍內(nèi)）已達(dá)到施工要求;橫通道布置射流風(fēng)機(jī)時(shí)最好將風(fēng)機(jī)布置在靠近橫通道一側(cè)氣流的下風(fēng)向，且射流風(fēng)機(jī)距離橫通道不宜太遠(yuǎn)并盡可能將風(fēng)機(jī)安裝于隧洞上方，否則通風(fēng)效果將變差。掌子面所用的風(fēng)管的有效射程在30m左右。引水隧洞在交叉口處

6、的射流風(fēng)機(jī)布置在距離支洞與引水隧洞交線15m位置處的隧洞右側(cè)對(duì)支洞內(nèi)新鮮風(fēng)流的引入效果較好。中間橫通道附近射流風(fēng)機(jī)升壓過高，會(huì)造成引入的風(fēng)流較大，從而影響引水隧洞風(fēng)流的主流方向。
　　(4)將運(yùn)營通風(fēng)射流技術(shù)引入到無露頭多洞室群的施工通風(fēng)中，從理論研究結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)測(cè)試，探討了射流通風(fēng)的需風(fēng)量、風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)的取值原則。研究結(jié)果表明實(shí)際風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)與理論計(jì)算風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)相差2臺(tái)，屬于正常范圍，并且實(shí)際施工空氣質(zhì)量滿足規(guī)范和人員健

7、康的要求。風(fēng)機(jī)數(shù)量與通風(fēng)阻力與風(fēng)機(jī)升壓比有關(guān)，其中沿程阻力系數(shù)λ=0.1～0.3，粗糙度大取大，錨噴可取大，二襯砼可取小。按照進(jìn)風(fēng)洞少、污風(fēng)洞多的原則進(jìn)行布置射流風(fēng)機(jī)，有軸流風(fēng)機(jī)的洞多布置、無軸流風(fēng)機(jī)的洞少布置。巷道式通風(fēng)通過換邊，有利于洞內(nèi)開展多工序平行作業(yè)，并能達(dá)到滿意的通風(fēng)效果。
　　(5)通過對(duì)隧洞內(nèi)通風(fēng)效果的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在引水隧洞主洞獨(dú)頭掘進(jìn)2000米之前，基本能夠保證洞內(nèi)通風(fēng)質(zhì)量，洞內(nèi)平均污風(fēng)排出速度大于0.15m/

8、s，能見度大于50m;但隨著開挖的深入，通風(fēng)效果急劇下降，特別是在換成巷道式通風(fēng)之前（主洞掘進(jìn)到3300米左右），最差時(shí)洞內(nèi)能見度不足10m。實(shí)施巷道式聯(lián)合通風(fēng)，洞內(nèi)空氣質(zhì)量良好，主洞內(nèi)平均風(fēng)速大于0.2m/s，施工支洞及排水隧洞內(nèi)平均風(fēng)速2～4m/s。開挖爆破后5min內(nèi)掌子面50m范圍內(nèi)即清晰可見，出碴時(shí)引水隧洞內(nèi)能見度大于150m。
　　這些技術(shù)成果的研究成功及在設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)錦屏引水隧洞施工安全、快速、高效、優(yōu)質(zhì)