发电引水隧洞高地温洞段施工降温技术分析

摘 要：在进行地下工程开挖施工的过程中，经常会遇到地温过高的情况。一般情况下，当地下工程施工过程中，空气温度在28℃以上时，就为高地温。为了保证施工的安全，对于这类洞段，需要采取必要的降温措施。基于此，本文对发电引水隧洞高低温洞段施工降温技术进行分析探讨，关键词：发电引水隧洞；高地温洞段；施工降温技术中图分类号：C35

文献标识码： A1 工程简介 某水电站工程的总装机量为200MW，发电引水洞的总长度为17Km，工程属于暖温带干旱气候，降雨量少，海拔高程为2500～3200m，昼夜温差大，年平均气温在0.76℃左右，在进行隧洞的掘进施工时，二号、三号、四号施工支洞出现了高地问的情况，钻孔中的最高温度为71℃，掌子面处的环境最高温度为65℃，三条施工洞都比较干燥，没有地下水露出，发电机引水洞高低温段施工段的开挖面积为圆形，挖掘之间未4.7m～5.1m，洞底的高程为3253.3～3232.1m，高地温段的平面布置图如图1所示。图1 高地温段平面布置图2 工程地质情况 本工程在实际施工的过程中，发现二号、三号、四号支洞均出现了高低温的问题，钻孔处最高温度为71℃，掌子面处最高的环境温度为65℃，而且二号施工支洞和三号施工支洞的温度都要高于四号施工支洞的温度，根据相关的地质资料研究发现，发电引水洞主洞桩号K2+680m-K6772m处有高温情况出现。3 高低温出现的主要原因 本工程水电站出现高地温的引水隧洞段埋深比较浅，整个地壳属于温场地壳，按照相关部门对大陆地区的地热研究情况，浅部地区温差的产生多是由于地球内部热量的热流进行分配。总结起来，主要的影响因素有下面三个方面：（1）地质结构不均匀引起热导条件出现空间变化。（2）通过区域热流值将地层深部的热背景值反映出来。（3）是否有局部附加热源存在的情况，以及热源存在的强度和规模。 经过不断的研究发现，大陆区域热流的分布情况和区域地质构成单元的年龄和性质有紧密的连续，也就是区域热值活动性比较强、比较年轻的热流值比较高，区域热值活动比较稳定的区块热流值比较低，因此，不同年龄的构造和不同性质的构造地质的内部热有比较大的背景差别，而导致差别出现有很大一部分因素是因为地幔上不同的热流分量导致的[1]。该地区由于处于新的单元汇聚区，有非常强烈的新构造运动情况。 当前一些地质勘探成果和地球物理成果已经证明，在垂直方向和横向上普遍存在着地壳结构不均匀的情况，同时由于地质结构的不均匀性致使热传导的空间出现不均匀的变化，进而使地壳深部相对均匀的热流密度在地壳的浅层出现了比较复杂的温度场变化，并重新对热流密度进行了分配。 在地壳的浅部，地下水活动产生的热效应、岩石高放射元素产生的热量等都是由可能存在的附加热源，通过对高地温洞中的放射性元素进行调查发现，洞中围岩的放射性元素的含量非常低，不会因为放射性元素的衰弱出现高地温的情况。通过对二号、三号、四号这三个出现高温现象的支洞进行查看都没有出现地下水的情况，故没有地下水活动热效应的情况出现，因此可以将地下水活动和放射性元素生热产生的热效应排除，所以，出现高低温主要是因为高区域热流值的影响下，地质结构不够均匀，使F2断层的影响热流密度向热阻比较小的区域进行集中以及热传导条件和空间出现不均匀变化引起的。4 引水隧洞高地温对施工造成的影响 当洞中的温度在30℃时，会对施工造成比较大的影响，主要包括以下几个方面：（1）洞中的湿度过大、温度过高，工人很容易有中暑的情况出现，在高温环境下，对设备的工作效率造成了很大的影响，总施工效率明显降低。（2）在断层高温带经常会有地下温泉存在，很容易因为高温热水导致喷溅危害出现，如果出现流量比较大高温热水，会对机器和人造成比较大的危害[2]。（3）由于掌子面的温度比较高，在高温的影响下，爆破用的乳化炸药很容易出现融化的情况，导致补炮现象频繁出现，此外，当岩体的温度在55℃时，如果使用普通的硝铵炸药会出现膨胀的情况，使爆管出现无法恢复的变形情况，出现炸药失效或哑炮的情况，导致安全隐患出现，对开挖进度造成了严重的影响。（4）对一次支护的影响比较大，在此工程中高地温地段可能会出现岩爆的情况，由于洞壁的温度比较高，会蒸发掉喷混凝土的水分，并在初凝前出现硬化。（5）对测量的准确度造成影响。由于温度会对测量仪器造成比较大的影响，在温度比较高的情况下，湿度也比较大，使用测量仪器进行放线时会有误差的情况出现。通过以上分析不难看出，高地温洞段主要在施工的过程中对隧洞造成影响，对施工完成后混凝土质量和冷热循环条件衬砌混凝土的影响需要进一步进行研究。5 高地温施工段降温技艺该工程出现的地温比较高、范围比较广泛的情况是在国内比较少见的，以往没有成功的案例。经过聘请专业的团队进行降温设计，采用了现场试验的办法，最后决定使用通风的方法加上低温降温的技艺。5.1 洞内通风降温压入式通风降温 使用压入的方式进行通风，在洞的外面安置风机，低温保鲜风沿着通风管道进入到里面，使风流的温度得到下降。依据先进的技术得出有效的通风数量为每秒大约八百立方米左右，体系的风压大约在三千帕左右，由于高海拔的风压会比正常情况下的风压要小的多，经过认真的探究决定使用空气制冷机，最好挑选SDF（A）-№8.0型的隧道专用风机，在每个洞口最好安装两台风机，这样的风机可以在不一样的施工阶段进行使用，在高海拔地区比较实用。使用高强度的抗拉低漏风管作为通风的管道，这些管道使用的材料是高强涤纶长纤维基布PVC增强塑布，如果风压大于三千帕的时候，使用二毫米的铁皮做硬通风管道，安装在距离风机二十米的地方，使风锤的作用下降，从而降低风的阻力[3]。采用拉链式的连接方法来连接软风管，每一节的长度以二十米为宜；使用镀锌铁皮制成硬风管，使用玻璃胶进行封闭，安装箍带以增强紧密度。5.1.2 辅助通风办法（1）采用水幕的方法来降低粉尘。隧道里面的粉尘大多数都是钻眼、除渣的时候产生的粉尘颗粒，为了使隧道里面的空气清新，在隧道距离掘进源头大约四十多米的地方安装几处水幕来降低粉尘的含量。这个设备使用钢管来制作，制作的形状要和开挖的弧形大致相同，距离保持在1.5米见方的地方钻出六毫米的孔洞，安装雾化的喷头，使用冷水管和钢管进行相连，打开冷水阀后经过雾化使粉尘落地。（2）使用机械来进行净化，使用污染较低并安装净化设备的电动装置降低固体粉尘的含量[4]。（3）还可以使用湿式的凿岩机械，增强通风效果；经常清理路面，减少粉尘的飞扬；控制洞内的行车速度等等。5.2 低温冷水降温的方法 伴随着隧洞的挖掘进度增加，围岩的散热量也在增加，仅仅依靠通风不能满足降温的需要，由于水电站在河流的旁边，水源充足，可以使用水流来带走部分热量，这就可以使用水泵抽取河里面的水输送到冷却器里面，从而使温度得到下降，控制在有效的范围之内。依据挖掘的数据得出制冷量要在二百千瓦以内，不仅要在三号工作空间安装冷却器，还要在高温地段安装两台（见表1）。表1 冷却器功能参数表结 语

在我国西部大开发进程不断加快的情况下，会有越来越多的深埋长大隧道工程需要进行施工，高地温的问题也越来越明显，对高地温问题进行解决，是保证安全生产的基础，因此在施工设计阶段就需要足够重视高地温隧洞的施工降温，在本工程施工过程中，通过提高通风力度，利用低温冷水综合降温的方法，达到了预期的降温效果，保证了施工的顺利开展。参考文献[1]李湘权，代立新.发电引水隧洞高地温洞段施工降温技术[J].水利水电技术，2011，（02）：36～37.[2]罗雪阳，贾雪华，陈立顺.高地热条件下引水隧洞的降温措施及爆破方案[J].华北水利水电学院学报，2010，（05）：125～127.[3]谢仕群.帕米尔高原高地温地质条件下的洞室开挖施工技术[J].西北水电，2010，（05）：42～44[4]孙金霄，袁媛.布仑口-公格尔水电站发电洞高地温洞段施工降温措施[J].广西水利水电，2011，（02）：47～48