水电站特长引水隧洞施工通风技术.doc

xx电站特长引水隧洞施工通风技术
【内容提要】xxxx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xx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
xx二级水电站利用xx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、大容量引水式电站。首部拦河闸坝位于xxxx大河弯西端的xx，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xxxx大河弯东端的大水沟，四条引水隧洞穿过xx山连接闸坝与厂区枢纽。
xx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N58°W。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1500～2000m，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#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⑶2+500～16+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90º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⑷4+700～16+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40～60cm；喷锚支护段洞径12.6m，底拱90º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、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xx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xx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2×110kW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2×135kw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2×110kW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2×110kW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2×110kW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6.5m×6m（b×h）的马蹄形断面。
初期支护参数如下：
Ⅲ类围岩 ：顶拱喷射混凝土厚5～8cm，局部挂网Ф6.5，@150mm×150mm，顶拱布置Φ28砂浆锚杆，L=4.5m，@1.5m×1.5m。
Ⅳ类围岩 ：边顶拱喷射混凝土厚8～10cm，顶拱挂网Ф6.5，@150mm×150mm，边顶拱布置Φ28砂浆锚杆，L=4.5m，@1.5m×1.5m。
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14.13338km、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，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
4
H2S
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/m3，15～20min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)
＜0.5
＜5000

一氧化碳(CO)
＜0.0024
＜24
＜30
氮氧化合物换算成二氧化氮(NO2)
＜0.00025
＜2.5
＜5
二氧化硫(SO2)
＜0.00052
＜5.2
＜15
硫化氢(H2S)
＜0.00066
＜6.6
＜10
甲烷(CH4)
＜1

醛类(丙烯醛)

＜0.3
4.4.2 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
1
4.4.3 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。
4.5.1 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： 0 kW
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；
Φ = 3000 mm 风管直径；
Lt = 14700 m ，隧洞掘进长度；
L = 14700 m ，最大通风长度；
k = 2 ，风管粗糙度（1-非常平滑；2-平滑；3-粗糙；4-非常粗糙）。
(2)计算风压损失：
掌子面的风量： 67 m3/s
起始的风量： 120 m3/s
风管总长度： 14700 m
风管直径： 3000 mm
风压损失： 5476 Pa
4.5.2 钻爆法施工风量计算
4.5.2.1风量需求计算
(1)按允许最小风速计算
根据招标文件中要求隧洞内平均风速应大于0.25m/s的要求，工作面风量：
（式1）
式中：
S--钻爆法隧洞断面面积为137m2。
(2)按照施工人员计算
每人每分钟供应新鲜空气不少于3.0m3/min
（式2）
式中：
--风量备用系数，取1.2。
--洞内同时工作的最多人数，240人。
(3)按稀释爆生有害气体计算
按压入式通风30分钟内将掌子面爆破产生的有害气体浓度稀释到允许浓度计算
（式3）
式中：
--断面开挖面积，89m2；
--通风区段长度，取100m，即掌子面向洞口方向100m范围内；

--同时爆破的炸药消耗量，264kg；
--一公斤炸药爆破时所构成的有害气体体积，40L；
--通风时间，按30min计。
(4)按内燃机需要风量计算
按稀释内燃机排放废气中有害气体浓度至许可浓度计算
（式4）
式中：
Q0—内燃机单位功率所需风量指标，Q0=4.0 m3/min.kw
∑P—同时在洞内作业的各种内燃机的功率总和(kw)
按规范及综合考虑各种因素后，功率总和按额定总功率的65%计算；装载机、挖掘机各一台额定总功率240kW，自卸汽车采用2528K型北方奔驰，同时进洞处于工作状态的自卸汽车4台，每台额定总功率152kW，总功率：
ΣP =（2×240+152×4）×65% = 707.2 kw （式5）
取上述风量的最大值作为设计风量，故实际需要风量取值:
Q需 = 2828.8 m3/min （式6）
4.5.2.2风机供风量计算
（1）供风量计算
供风管道考虑漏风因素：
据风管厂提供的技术指标，采用Φ1.8m的PVC增强塑纤布作风管材料，百米漏风率正常时可控制在1.6%以内。
接力式通风方案串入管路的接力风机补偿送风距离考虑1500m，据此计算漏风系数PL：
（式7）
式中：
--通风距离，1500m；
--百米漏风率，取1.6%
则接力风机的供风量应不小于：
（式8）
主风机至接力风机之间2km距离，按采用¯2.5m高强抗拉低漏风管计算，据风管生产厂提供技术指标，采用¯2.5m风管百米漏风率可控制在0.9%以内。
（式9）
式中：

--通风距离，2000m；
--百米漏风率，取0.9%
则主风机的供风量应不小于：
（式10）
（2）系统风压计算
从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。
①动压计算
（式11）
式中：
--空气密度，1.2kg/m3；
--末端管口风速，5.6m/s（按工作面最小风速折算）
②静压计算
按照供风管道直径Ф1.8m，1500m接力管道计算
摩擦阻力系数：据风管厂提供的技术指标，采用PVC增强塑纤布作风管材料，值取0.0018/m4；
供风管道的摩擦风阻：
（式12）
管道风流沿程摩阻风压损失：
（式13）
式中：
Q需：最大设计风量
Rf：管道摩擦风阻
PL：管道漏风系数
局部阻力：
（式14）
系统静压：
（式15）
系统风压取值：
（式16）
串联接力风机需要提供不低于1744Pa的风压补偿，通风管径越大，则系统阻力越小，根据断面掘进时断面尺寸，施工机械和掘进钻爆台车的尺寸，设计时按φ1.8m风管计算。主风机的风压为3000Pa。
4.5.3 通风设备选型
4.5.3.1 TBM风机选型
3#引水隧洞TBM掘进期间将使用海瑞克公司提供了满足要求的瑞典GIA Industri ab公司生产的进口风机，风机设计供风量168m3/s>120m3/s（需求风量）；并且在后配套区配置了接力风机增压，满足在送风距离达到14.7km时，到达TBM和后配套区域的风量为67m3/s。
4.5.3.2 钻爆法风机选型
选择风量较大多级变速的节能风机，既可适应不同施工阶段的需求，也可避免电能的虚耗和大风机启动时风压较高而设置长距离的硬管，实现了大风机、大风管的合理匹配。
（1）主风机选型
我们的合同方案是选用山西侯马鑫丰康风机厂生产的SDF-NO.12.5型对旋式轴流通风机，设计风量4800m3/min，全压3000Pa，电动机功率2×135kW，双级调速。
（2）主通风管路
即由主风机至接力风机之间管路，主要采用¯2.5m的高强抗拉低漏风率的正压风管。当系统风压≥3000Pa时，在靠近风机的30m，采用2mm铁皮自行卷压制作的硬通风管，以消除气锤作用减少风阻。
在靠近接力风机端（50～100m）位置，为避免接力风机的吸力负压损伤软风管；计划在机口50～100m，根据风压大小设2mm镀锌铁皮制作的硬风管，管路套接箍带加强，玻璃胶密封。
（3）接力风机选型
设备选型关系到整个方案的成败，是通风系统运行好坏的基本保证。在立足现有、国产设备的基础上，我们采用了山西产SDF（C）No12.5型轴流式风机，其功率为2×110kW，双级高速风量达2912m3/min，全压5355Pa。它具有空气流动性能好、效率高、节省能量、噪音低、结构紧凑、安装方便等特点。
（4）接力通风管路
由接力风机至施工掌子面，采用直径Ф1.8m的PVC增强塑纤布正压风管，为减少管路漏风，每节软风管的长度计划订做成50m加长型。
4.5.3.3风机配置
隧洞施工通风设备选型及配置见表6。本表中除考虑一般地段正常通风外，同时储备了一定的通风安全系数，确保顺利通过施工地段开挖、支护、衬砌施工，保证施工、隧洞结构及施工人员安全。
表6　施工通风设备型号及配置表
风机编号
型 号
功率(kW)
风量(m3/min)
风压(Pa)
安装位置
数量(台)
备注
前期（TBM组装洞施工、TBM进场和组装）
F1
SDF（C）No12.5
2×110
2912
5355
东引1#支洞
1
3#洞钻爆法
F2
SDF-NO.12.5
2×135
4800
3000
东引1#支洞
1
4#洞钻爆法
中期（4#洞转渣皮带机和破碎站使用之前）
TBM风机
TBM供货商提供
3×375
10100
12400
通风洞口
1
3#洞TBM施工
主风机
SDF-NO.12.5
2×135
4800
3000
1#横通道
1
4#洞钻爆法
接力风机
SDF（C）No12.5
2×110
2912
5355
4#洞距离掌子面1km
1
4#洞钻爆法
射流风机
SDS-D №12.5
37
4656

4#洞
4
4#洞钻爆法
中期（4#洞转渣皮带机和破碎站使用之后）
TBM风机
TBM供货商提供
3×375
10100
12400
通风洞口
1
3#洞TBM施工
风机
SDF-NO.12.5
2×135
4800
3000
距离TBM最近的横通道
1
4#洞钻爆法
射流风机
SDS-D №12.5
37
4656

4#洞
10
4#洞钻爆法
后期（TBM贯通，4#洞3个钻爆工作面）
F1
SDF（C）No12.5
2×110
2912
5355
3#洞内
1
4#洞钻爆法
F2
SDF（C）No12.5
2×110
2912
5355
3#洞内
1
4#洞钻爆法
F3
SDF-NO.12.5
2×135
4800
3000
3#洞内
1
4#洞钻爆法
4.5.4 辅助工作设计
（1）水幕降尘
鉴于洞内的主要粉尘来源为钻孔、爆破、装渣、扒渣时掀起的粉尘产生的岩屑等固体颗粒。为确保洞内空气清洁，在掌子面距40～50m处，设置3道水幕降尘装置。该装置拟准备采用钢管弯制成与开挖弧形相仿的弧形，按间距150mm×150mm打设直径6mm的小孔，焊接雾化喷头，钢管与高压水管连接，使用时打开阀门，水充分雾化后，迫使粉尘迅速降落。
（2）风门隔阻
在2#～4#横通道位置，拟准备设置一道阻风门，防止2#引水隧洞与4#引水隧洞的交叉污染。为保证交通顺畅，计划在风门中央开单行车通道。
（3）射流加速
引水隧洞掌子面附近风速大小为0.25m/s左右，由于独头掘进长度较大，污染空气从洞内排出的通风阻抗力不容忽略。为了克服通风阻抗力，我们沿程采用了射流风机升压通风的辅助方案。
该方案不需要使用风管，风机总功率小，成本低，现场易实施和管理。如果只是为了抵抗洞内风阻，只需布置一台射流风机就足够了，为保证洞内得到理想的通风速度，取得更好的通风效果，我们在洞内按照设计间隔布置一定数量的射流风机。
我们首先根据洞段断面尺寸，先选定射流风机的型号，查其出口断面积和风速，然后按下面的公式进行增压计算：

我们采用的是SDS-D №12.5型射流风机，风机功率55kW，标准转速1450rpm，流量42.4m3/s，风机轴向推力为1690N，风机出口风速为34.6m/s。
其次，我们对洞段的总阻力系数、周壁等对风流产生的阻力、机车运行产生的活塞风压、隧洞内自然风产生的风阻等参数分别进行了计算，由此得出开挖洞段需要的射流风机数量。

4.6通风系统布置
4.6.1TBM通风布置
TBM掘进采用国外进口风机，风机布置在通风洞洞口，抽取洞外新鲜空气，并且在TBM后配套末端设置了接力风机。TBM通风示意见图4和5。

图4 TBM主机和后配套区通风示意图

图5 3#洞TBM最长距离通风示意图
4.6.2钻爆法通风布置
(1)前期通风布置（见图6）

图6 4#洞前期通风布置示意图
说明：管道压入式通风，轴流风机均布置在东引1#施工支洞内。污风经过各自的引水隧洞排至东引2#施工支洞到洞外。
(2)中期通风布置（4#洞无轨运输，见图7）

图7 4#洞中期通风布置示意图（无轨运输）
说明：管道压入式通风，TBM风机布置在通风洞洞口，新鲜风经过横通道送至TBM后配套区，4#洞主风机设置在1#横通道内，从3#洞取风，经过接力风机增压送至掌子面。污风经过各自的引水隧洞排至东引2#施工支洞到洞外。
TBM洞内主要污染源为粉尘，TBM设备上配置有除尘净化装置（水雾净化及抽尘），因此TBM污风经过降尘后可作为4#洞钻爆法使用的新鲜风。
(3)中期通风布置（4#洞皮带运输+短距离无轨运输，见图8）

图8 4#洞中期通风布置示意图（皮带运输+短距离无轨运输）
说明：巷道式通风，TBM风机布置在通风洞洞口，新鲜风经过横通道送至TBM后配套区，4#洞主风机设置在距离TBM最近的横通道内，从3#洞取风，经过直径1.8m风管送至掌子面。污风经过各自的引水隧洞排至东引2#施工支洞到洞外。
(4)后期通风布置（3#洞贯通，见图9）

图9 4#洞中期通风布置示意图（皮带运输+短距离无轨运输）

说明：局部管道压入式换流，3#洞贯通后形成东进西出的风流，4#洞增加了工作面，风机均布置在3#洞内（设置风门），经过横通道送风至4#洞的各个工作面。污风利用射流风机引导至3#洞内排出。采用中期方案中的接力风机，作为衬砌和灌浆作业面的局部送风风机。
4.7风管与设备安装
4.7.1风管安装
主风管采用优质通风软管，由于风机口风压较大，风机后200m和转弯处为负压硬管，以防风机启动时吹破软管。
4.7.2 设备安装
风机尽可能置于干燥处，如有漏水，要用高雨棚对风机和配电柜进行保护。
风管转弯应设过渡段，转角应大于110°。
用架子车升降、吊装风管，吊具焊接在洞壁的砂浆锚杆上，按照5m间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将φ8mm的盘条吊挂线拉直拉紧焊接于锚杆上，将φ6mm的盘条弯成“V”形，跨于吊挂线上，两端分别挂于软风管两侧的吊环，要求φ6mm “V”形盘条长短一致。这样，就可保证风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减小通风阻力。
4.8 通风监测
4.8.1 监测内容
(1)内燃机废气排放浓度及净化效果测试
内燃机怠速状态下；
内燃机空载运行加添加剂前后比较；
内燃机洞内运行加添加剂前后比较；
在内燃机废气排放口1.5～1.0m处测定烟黑度及CO排放量。
(2)洞内尘毒测试
爆破后10min、30min、60min，离掌子面不同距离处选点测粉尘浓度，CO浓度，NO和H2S浓度，喷锚作业时粉尘浓度和噪音；装运碴时，洞内烟度及CO浓度，NH3浓度。
(3)管道通风测试
管道的静压、动压、风速、风量和风机处噪音。
(4)其它指标测试
洞内外湿度、温度、气压及含氧量。
4.8.2 测试仪器
粉尘浓度测定根据GB5748－85《作业场所空气中粉尘测定方法》测定1.5m高处人员呼吸带的浓度，主要器材有粉尘采样器、0.0001g电子天平、箱形电炉、秒表、过氯乙烯纤维滤膜。
有害气体测定在各检测点距地面1.5m高进行，采用气体检测仪进行。
通风系统性能在风机气流稳定的直管段处测定风机的风量、风压、系统阻力、管内风速，主要
仪器有毕托管、压力计、微压表、大气压力计、干湿球湿度计等。
4.9 通风管理
隧洞施工通风管理水平的高低，是影响通风质量的关键因素之一。隧道通风不好，除了通风系统布局不合理、风机风管不匹配等技术原因外，主要问题是通风管理不善，管道通风阻力大，使开挖工作面得不到足够的新鲜风流，沿途污浊空气不能及时排出洞外。因此，必须以“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理，确保效果”二十字方针，作为施工通风管理的指导原则，强化通风管理。
4.9.1 通风组织与相关管理制度
建立以岗位责任制和奖惩制为核心的通风管理制度和组建专业通风班组，通风班组全面负责风机、风管的安装、管理、检查和维修，严格按照通风管理规程及操作细则组织实施。项目部定期根据通风质量给通风班组兑现奖惩办法。
施工产生的粉尘应进行综合治理，除采用常规的机械通风、湿式凿岩、放炮喷雾、出渣洒水、冲洗岩帮等措施外，还可以采取局部净化的方法，控制尘源所产生的粉尘扩散。进洞车辆推广使用低污染柴油车辆，并尽量减少进洞内燃车辆的数量，以减少废气排放量。
4.9.2 防漏降阻措施
以长代短。每段软风管的长度由以往的20～30m加长至50～100m，减少接头数量，并严格按操作规程执行，以减少漏风率。
以大代小。在净空允许的条件下，尽量采用大直径软风管。
以直取弯。掘进过程中，按照5m间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将φ8mm的盘条吊挂线拉直拉紧焊接于锚杆上，将φ6mm的盘条弯成“V”形，跨于吊挂线上，两端分别挂于软风管两侧的吊环，要求φ6mm “V”形盘条长短一致。这样，就可保证风管安装达到平、直、稳、紧，不弯曲、无褶皱，减小通风阻力。
软风管在储存、运输过程中要注意保护，避免造成人为损伤和机械损伤，从而减少漏风量。
通风管线路的终点距工作面不应大于30m，必要时应在通风管上设置中间接力风机，以保证良好的排出污染空气。
此外，加强风管的检修，检查内容包括悬挂是否完好、接头连接状况、风管有无破损等，对存在的问题及部位做好记录并及时处理。
5．4#引水隧洞的中期通风方案优化
5.1优化原因
通风是本工程的一个重难点，4#引水洞采用钻爆开挖、无轨运输空气污染严重，通风效果的好坏直接关系到工程的施工进度和经济效益。现4#引水隧洞现独头通风已接近2800m，并且由于xx二级水电站东端的洞外主皮带系统尚未投入使用，以致4#洞内转渣皮带和破碎站均尚未能投入使用，4#洞钻爆法无轨运输洞内运输距离已达3km，而且4#洞掌子面超前TBM达2km，洞内的内燃机污染一直在增加，在转渣皮带和破碎站投入使用之前，内燃机污染源无法减少。

以致采用的接力式通风方案，虽然掌子面新鲜风压通过接力风机增压后已能满足要求，但是设计的射流风机排风效果很不理想，污风在4#洞内滞留时间较长，尤其是在距离掌子面0.5～1km的范围内滞留现象严重，导致下台阶开挖和衬砌等施工作业环境较差。因此需要对接力式通风的排风系统进行优化。
5.2方案优化
5.2.1混合式通风
原中期通风方案（转渣皮带机和破碎站投入使用之前）采用的是“接力式通风”：主风机+接力风机串联送风系统，污风自排+射流风机的排风系统；优化方案在“接力式通风”基础上采用“混合式通风”，送风系统不变，排风系统取消射流风机优化为抽风机排风。抽风机设置在距离4#洞掌子面200m以外的位置，抽取污风，通过风管送出，避开污风滞留段。
5.2.2抽风系统计算
(1)抽风量
抽风机抽风量不能大于送风量，并且需要满足洞内作业人员空气需求量，因此抽风量为。
Q抽=Q送×0.7-Q人=4112×0.7-864=2014（m3/min） （式17）
（2）系统风压计算
从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。
①动压计算
（式18）
式中：
--空气密度，1.2kg/m3；
--末端管口风速，3m/s（按抽风最小风速折算）
②静压计算
按照抽风管道直径Ф1.8m，1000m抽风管道计算。
摩擦阻力系数：据风管厂提供的技术指标，采用PVC增强塑纤布作风管材料，值取0.0018/m4；
供风管道的摩擦风阻：
（式19）
管道风流沿程摩阻风压损失：
（式20）
式中：
Q需：最大设计抽风量
Rf：管道摩擦风阻
PL：管道漏风系数
局部阻力：
（式21）
系统静压：
（式22）
系统风压取值：
（式23）
则抽风机需要提供不低于878Pa的风压补偿，通风管径越大，则系统阻力越小，根据断面掘进时断面尺寸，施工机械和掘进钻爆台车的尺寸，设计时按Φ1.8m风管计算。
5.2.3抽风系统设备选型
首先，取消现有的射流风机，改用抽风机，抽风风管长度为1km左右。抽风机选择多级变速的节能风机，既可适应不同施工阶段的需求，也可避免电能的虚耗和大风机启动时风压较高而设置长距离的硬管，实现了的合理匹配。
（1）抽风机选型
选用山西侯马鑫丰康风机厂生产的SDF-NO.11.5型对旋式轴流通风机，设计风量2285m3/min，全压1200Pa，电动机功率2×