复杂地下洞室群施工通风控制系统优化研究

复杂地下洞室群施工通风控制系统优化研究

瞿斌梅、肖宇、江达

能事达电气股份有限公司 武汉市 430070

摘要：本文主要研究了复杂地下洞室群施工通风控制系统的优化设计。首先介绍了复杂地下洞室群施工通风系统的构成，包括通风网络、风机设备、通风管道、通风构筑物和通风控制装置。接着介绍了通风系统优化设计的原则和方法，包括安全、可靠性和经济性原则。最后提出了复杂地下洞室群施工通风控制系统的优化方案，包括通风系统设计优化、通风设备配置优化和通风控制系统操作流程优化。通过科学的环境模拟和数据分析，选择合适的材料和设备，以确保通风系统能够满足施工现场的实际需求，并通过简化操作步骤、引入自动化和智能化技术提高系统效率，保障施工通风系统的安全稳定运行。

关键词：复杂地下洞室群；通风控制系统；优化研究

前言：复杂地下洞室群施工通风系统是一个由通风网络、风机设备、通风管道、通风构筑物及通风控制装置等组成的有机整体。该系统的设计和运行需要充分考虑洞室群的结构特性、施工工艺及施工组织，以确保施工期间通风效果良好，为施工人员安全、舒适的工作环境。在我国大型水电站地下洞室群施工中，通风系统的研究和应用具有重要意义，有助于提高施工质量、保障施工安全，降低能耗，实现绿色施工。

一、复杂地下洞室群施工通风系统构成

复杂地下洞室群施工通风系统是针对水电站等大型地下工程中众多洞室纵横交错、空间体量大、施工工艺复杂等特性而设计的。该系统主要由通风网络、风机设备、通风管道、通风构筑物及通风控制装置等组成。通风网络是通风系统的基础，它由引水洞、主厂房、主变室、尾调室、尾水隧道、母线洞及洞等众多洞室组成。这些洞室之间相互贯通，形成一个复杂的洞室群网络。通风网络的设计要求考虑各洞室之间的相互关系，确保通风效果良好，为人员提供安全、舒适的工作环境。风机设备是通风系统的动力源，其作用是通过风机的风力将新鲜空气输送到施工区域，同时将污染物。根据洞室群的特点，风机设备的选择和布置需要充分考虑洞室的分布、规模和通风需求[1]。通常需要设置多台风机，以保证通风系统的稳定运行。通风管道是通风系统的输送通道，将新鲜空气从风机输送到施工区域，同时将污染物排出。通风管道的布置要求合理，应尽量减少管道长度，降低阻力损失，提高通风效果。此外，通风管道的设计还应考虑防火、防爆等安全要求。通风构筑物是通风系统的重要组成部分，包括通风井、通风亭、风硐等。通风构筑物的设计应根据洞室群的布局和通风需求进行，以提高通风效果，降低通风阻力。通风控制装置是通风系统的调控中心，负责对通风系统进行监测和控制。通风控制装置应具备完善的监测功能，能够实时监测洞室内的空气质量、风速、风向等参数，并根据实际情况进行调节，确保通风系统的稳定运行。

二、通风系统优化设计原则和方法

（一）安全原则

施工通风系统的首要任务是确保施工人员的安全，提供符合健康与安全标准的空气质量。这要求通风系统设计者要充分了解洞室群的地质条件、施工工艺及污染物特性，确保通风设计可以有效地控制和降低有害气体、粉尘等污染物的浓度，满足施工过程中的空气质量要求。此外，通风系统在保证通风效果的同时，需避免产生温度、湿度等对工人健康造成影响的不利因素。因此，在设计通风系统时，需考虑到通风与空调系统的综合性能，确保通风系统可以有效地维持舒适的工作环境，提高工人的工作效率和工作态度。

（二）可靠性原则

洞室群施工通风系统必须具有高可靠性，保证在各种工况下都能稳定运行。为了实现通风系统的高可靠性，设计者需要充分考虑设备的品质和性能，选择优质、可靠的通风设备，并进行合理的设备配置和系统布局。在系统设计中，应充分考虑设备的冗余设计，以备设备发生故障时能够迅速切换至备用设备，确保通风系统的连续运行[2]。此外，通风系统还应配备智能化的监控系统，实时监测系统运行状态，及时发现问题并采取措施，保障通风系统的稳定可靠运行。

（三）经济性原则

通风系统的优化设计应综合考虑投资和运行成本。在设计初期，通过对比不同通风系统方案，选择符合经济效益的设计方案。在系统运行阶段，应注重通风系统的能耗管理，合理调整运行模式，提高系统运行效率，降低系统运行成本。同时，在设备选型上，应综合考虑设备的购置成本、维护成本以及整体使用寿命，选择性价比最高的设备，确保通风系统在经济上的可持续发展。

三、复杂地下洞室群施工通风控制系统优化方案

（一）通风系统设计优化

通风系统设计的首要任务是充分考虑地下洞室群的具体环境特点，包括洞室的空间布局、施工工序、有害气体和粉尘的分布情况等。这些因素都需要通过科学的环境模拟和数据分析来加以考虑。在此基础上，我们可以精确计算出通风量、风流速度等关键参数，以确保通风系统能够满足施工现场的实际需求。同时，通风系统的设计还需要注重其稳定性和可靠性，确保在施工过程中能够持续稳定地运行。这可能需要选择合适的材料和设备，以应对地下洞室可能遇到的特殊环境，如潮湿、高温、粉尘等。

（二）通风设备配置优化

设备选型是通风系统配置中的重要环节。我们应优先选择高效、低能耗、低噪音的通风设备，以满足施工现场对空气质量改善和噪音控制的需求。在设备的数量和位置配置上，我们需要根据洞室的大小、形状以及通风距离等因素，合理配置设备[3]。同时，设备的安装和维护也是不可忽视的一环，这需要专业的工程人员进行操作和维护，以确保设备能够安全稳定地运行，并能够及时进行故障排查和维修。

（三）通风控制系统操作流程优化

操作流程的简化与优化是提高通风系统效率的关键。通过简化操作步骤、降低操作难度，我们可以提高施工人员的操作效率，减少因操作不当导致的安全事故。此外，引入自动化和智能化技术也是提升操作流程效率的有效途径。通过智能控制系统，我们可以实现通风系统的远程监控和自动调节，大大提高系统的响应速度和准确性。这不仅可以减少人工干预，降低安全隐患，还可以节省人力成本，提高工作效率。同时，制定应急预案并进行定期演练也是必不可少的。在突发情况下，能够迅速启动应急措施，保障施工通风系统的安全稳定运行。

四、结语

复杂地下洞室群施工通风控制系统的优化研究是保证施工安全、提高施工质量、降低能耗的重要手段。在优化设计过程中，需要遵循安全、可靠、经济性原则，从通风系统设计、通风设备配置和通风控制系统操作流程等方面进行优化。通过科学的环境模拟和数据分析，选择合适的材料和设备，进行合理的设备配置和系统布局，可以确保通风系统能够满足施工现场的实际需求。同时，简化操作步骤、引入自动化和智能化技术也是提升通风系统效率的有效途径。

参考文献：

[1]潘纯. 紧凑密集型地下洞室群施工技术研究 [J]. 东北水利水电, 2022, 40 (03): 18-19. DOI:10.14124/j.cnki.dbslsd22-1097.2022.03.002.

[2]伊克拉木江·依力哈木. 恰木萨水电站地下洞室群施工通风方案优选 [J]. 山东水利, 2021, (10): 70-72. DOI:10.16114/j.cnki.sdsl.2021.10.035.

[3]张亚洲. 大型复杂地下洞室群通风特性研究 [J]. 人民黄河, 2022, 44 (01): 144-148.

第一作者简介：瞿斌梅(1978～)，女，汉，湖北罗田人，专科，主要从事综合自动化相关工业控制的研究及管理工作。
第二作者简介：肖宇（1981-），男，汉，湖南省益阳人；，本科，毕业于华中科技大学；单位：能事达电气股份有限公司；现有职称：中级工程师；研究方向：电力系统及其自动化

第三作者简介：江达(1977～)，男，汉，四川江油人，专科，毕业于四川大学， 电气工程师，主要从事工业自动化控制系统的设计工作。曾获得西门子自动化工程师证书，EMBA证书。