麥積山特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)、供水、配電技術(shù).doc

麥積山特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)、供水、配電技術(shù)孫鳳玲 曹運(yùn)祥中鐵二十局集團(tuán)五工程有限公司 昆明 650200【摘要】隨著公路建設(shè)和鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展,長(zhǎng)大隧道越來(lái)越多,施工難度也越來(lái)越大。作為隧道施工配電、供水、通風(fēng)來(lái)講,也必須隨著隧道施工的難度加大和隧道實(shí)際情況采取合理的布設(shè)方案。我單位施工的麥積山特長(zhǎng)隧道,隧道全長(zhǎng)12290米,獨(dú)頭掘進(jìn)達(dá)6200m，隧道設(shè)計(jì)為1.58/100的反坡,隧道內(nèi)又有大量滲水；為了施工正常進(jìn)行,采取合理的排水和通風(fēng)措施是關(guān)鍵，其中隧道施工配電系統(tǒng)的穩(wěn)定是保證。本文結(jié)合麥積山隧道施工實(shí)例，詳細(xì)介紹了施工過(guò)程中通風(fēng)、供水和配電方面所采取的措施。【關(guān)鍵詞】 隧道施工 通風(fēng) 供水 配電 技術(shù)1、工程概況：麥積山隧道為一座上、下行分離的四車道高速公路特長(zhǎng)隧道，隧道寶雞端洞口位于甘肅省天水市北道區(qū)東岔鎮(zhèn)境內(nèi)，穿越秦玲主脊，天水端洞口位于甘肅省天水市北道區(qū)利橋鄉(xiāng)境內(nèi)。隧道左線起訖樁號(hào)為ZK22+542ZK34+828，全長(zhǎng)12286m，右線起訖樁號(hào)為YK22+518YK34+808，全長(zhǎng)12290m，為亞洲第二長(zhǎng)雙線公路隧道。設(shè)計(jì)為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)行車速度：80Km/h。隧道凈寬：10.25m，隧道凈高：5.0m，隧道縱坡為1.58。該隧道穿越秦嶺之北麓，地形險(xiǎn)峻，山高溝深，屬中山峽谷地貌，地形復(fù)雜，相對(duì)高差大，海拔介于1270.01840.0米之間,相對(duì)高差570米。右線隧道最大埋深477米，左線隧道最大埋深489米。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，規(guī)模不等的斷層、褶皺發(fā)育。 本隧道工程特點(diǎn)：a、獨(dú)頭掘進(jìn)長(zhǎng)：該隧道四個(gè)工作面單口掘進(jìn)長(zhǎng)度均在5900m以上,在國(guó)內(nèi)公路隧道建設(shè)史上是前所未有的。b、圍巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變：本隧道穿越II、III、IV、V級(jí)圍巖。所經(jīng)地區(qū)巖石節(jié)理發(fā)育，小斷層較多、圍巖變化頻繁。c、圍巖滲水量大，加之圍巖裂隙發(fā)育，給掘進(jìn)施工帶來(lái)困難。d、隧道施工通風(fēng)難度大，最小通風(fēng)段長(zhǎng)度3012米。e、安全風(fēng)險(xiǎn)大：由于獨(dú)頭掘進(jìn)長(zhǎng)、埋置深、圍巖差等特點(diǎn)，在施工過(guò)程中有不可預(yù)見(jiàn)的安全隱患多。依據(jù)本隧道特殊的地形、地質(zhì)、地理環(huán)境和地質(zhì)條件復(fù)雜等因素，加之工期壓力大，因此該隧道被列為全線控制關(guān)鍵工程?，F(xiàn)就左線進(jìn)口段施工通風(fēng)、供水和配電方案選擇等方面總結(jié)如下：2、施工配電方案在特長(zhǎng)隧道施工中,隨著開(kāi)挖斷面的向前掘進(jìn),各種電器設(shè)備緊隨其后。380V三相五線供電線路越長(zhǎng),壓降就越大。為了各種電器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),10KV高壓市電就必須進(jìn)洞,在洞內(nèi)安裝動(dòng)力變壓器,再對(duì)各用電設(shè)備進(jìn)行電力分配。根據(jù)施工要求,發(fā)電機(jī)必須安裝在洞外配電室旁。一是因?yàn)樗淼纼?nèi)空氣質(zhì)量不好,會(huì)影響發(fā)電機(jī)的壽命；二是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)要排出大量的廢氣,會(huì)影響隧道內(nèi)空氣質(zhì)量。為了保證施工,如果把自發(fā)電直接送到洞內(nèi),在1000m范圍內(nèi)還可以實(shí)現(xiàn),但隨著隧道向前掘進(jìn),供電線路太長(zhǎng),將會(huì)導(dǎo)致電壓降過(guò)大,各種電器設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,我們就考慮把自發(fā)電升壓到10KV,再并聯(lián)到10KV市電線路上進(jìn)行供電。2.1隧道正洞供電2.1.1在隧道口一側(cè)，設(shè)置兩臺(tái)630KW變壓器，接入10KV高壓線。2.1.2施工現(xiàn)場(chǎng)低供線路分配箱分部情況：配電室：配電柜標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)GB7251，共7節(jié)，1、2柜為進(jìn)線柜；3、4、5為出線柜，柜內(nèi)空氣開(kāi)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)GTM1-630A，3柜4個(gè)，44個(gè)，5個(gè)2個(gè)；6、7為補(bǔ)償柜。3、4出線柜供給6臺(tái)空壓機(jī)用電，功率為660KW，采用120mm2鋁芯線，同時(shí)用50 mm2鋁芯線供給一臺(tái)50KW抽水泵。全部采用架空走線方式。同時(shí)預(yù)留一臺(tái)洞口用通風(fēng)機(jī)容量。5出線柜采用185mm2鋁芯線架空供給洞內(nèi)照明、電焊機(jī)使用，150KW。4出線柜供給鋼筋加工棚，采用50mm2鋁芯線電纜埋地敷設(shè)，使用3個(gè)250ANM10空氣開(kāi)關(guān)；3出線柜供給拌和站及生活區(qū)用電，采用120mm2鋁芯線架空敷設(shè)，功率100KW，生活區(qū)40KW。2.1.3當(dāng)隧道開(kāi)挖超過(guò)2000m后，2臺(tái)630KVA變壓器不能保證隧道作業(yè)面電力時(shí)，洞內(nèi)增設(shè)400KVA變壓器，專供襯砌臺(tái)車、砼輸送泵及掌子面裝碴機(jī)械用電，此變壓器設(shè)置防護(hù)設(shè)施，確保施工用電安全。具體位置設(shè)在已二次襯砌（含仰拱）施工完備的緊急停車帶安全地段。照明和動(dòng)力線路分開(kāi)、架空架設(shè)，確保隧道作業(yè)地段有足夠照明和洞內(nèi)動(dòng)力用電。2.2 3豎井供電在豎井口施工安裝400KVA變壓器從甲方專用高壓電線接入電源，供施工生活用電。2.3 備用電源在隧道出口配備2臺(tái)325KW柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，同時(shí)在3豎井配備一臺(tái)250KW發(fā)電機(jī)組作為備用電源。為了滿足需要,我們結(jié)合以往幾個(gè)工地的變配電方案,作了一些改進(jìn),下面簡(jiǎn)要介紹一下:兩臺(tái)F62756FC/325KVA的發(fā)電機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到要求,并且兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的型號(hào)是一樣,容量和輸出電壓都相同,因此,可以并聯(lián)發(fā)電。我們把兩臺(tái)發(fā)電機(jī)分別編為1和2,兩臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行并聯(lián)。并聯(lián)操作的方法是:當(dāng)1#和2#發(fā)電機(jī)啟動(dòng)到運(yùn)轉(zhuǎn)正常后,先要觀察頻率表,把兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的頻率都調(diào)到50Hz,然后分別把1#和2#發(fā)電機(jī)的電送入并機(jī)柜,因?yàn)閮膳_(tái)發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間不一致,初相角不一定同步。因此要先按下并機(jī)柜上1#合閘按扭,然后把同步選擇開(kāi)關(guān)撥到指示2#發(fā)電機(jī)的位置,觀察同步跟蹤表,當(dāng)表針旋轉(zhuǎn)到零位時(shí),表示這時(shí)候2#發(fā)電機(jī)與1#發(fā)電機(jī)的初相角已經(jīng)同步,就在這時(shí)按下2#發(fā)電機(jī)的合閘按扭,便完成了1#和2#發(fā)電機(jī)的并聯(lián)。如果先合上2#發(fā)電機(jī),就把同步選擇開(kāi)關(guān)撥到指示1#發(fā)電機(jī)的位置,其它操作方法與前面所述步驟相同,(注意:在安裝的時(shí)候兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的相序必須接成一致)。因?yàn)閯?dòng)力變壓器在供輸配電系統(tǒng)中具有升壓或降壓的作用。我們洞外配電室安裝有兩臺(tái)10KV/380V630KVA的動(dòng)力變壓器,可以利用其中一臺(tái)變壓器在市電停電的時(shí)候,把自發(fā)電切換到這臺(tái)變壓器上進(jìn)行反送升壓到10KV,再將這個(gè)10KV高壓送到洞內(nèi)外各并聯(lián)支路進(jìn)行供電。在10KV市電的輸入端安裝一臺(tái)高壓隔離刀閘(HD)和一臺(tái)高壓油浸開(kāi)關(guān)(DW)。當(dāng)10KV網(wǎng)電停電后,先把DW和HD拉下來(lái),切斷10KV網(wǎng)電的輸入,并進(jìn)行有效隔離后。這樣才能避免自發(fā)電反送到市電網(wǎng)上,造成安全隱患。當(dāng)確認(rèn)10KV高壓斷開(kāi)后,才能把自發(fā)電送入變壓器進(jìn)行升壓。采用變壓器反送升壓配電方案,實(shí)際就是采用了一套雙電源、單回路的配電方法。可以完全利用原配電回路,在麥積山隧道施工中,如果采用雙電源、雙回路配電方案的話,將給企業(yè)增加上百萬(wàn)元的成本投入。但這種方案也有它的弊病,那就是必須保證回路的正常運(yùn)行。特別是10KV高壓線路,決不能出現(xiàn)任何故障。一但10KV高壓線路出現(xiàn)故障,就會(huì)造成整個(gè)隧道內(nèi)停電,并且維修起來(lái)也特別困難,最快恢復(fù)也得在1小時(shí)以上。并且在安裝調(diào)試過(guò)程中就必須把相序調(diào)整好,以免停電的時(shí)候再來(lái)倒相。因此:我們?cè)诎惭b10KV高壓線路的時(shí)候就必須得認(rèn)真仔細(xì),決不能讓線路發(fā)生任何故障。高壓電纜必須做耐壓實(shí)驗(yàn)。在保證了線路正常的情況下,自發(fā)電要通過(guò)變壓器反送升壓,還必須得保證在停電的時(shí)候,以最快的速度,最短時(shí)間內(nèi)送上電。 3、隧道施工供水3.1 隧道正洞供水在隧道洞口山坡上修200m3高壓水池并鋪設(shè)抽水管道，在洞口小河修蓄水池，用多級(jí)泵提升到高壓水池，確保隧道施工用水和生活用水。因隧道縱坡為1.58（反向），在隧道掘進(jìn)3500左右，在3#豎井處修筑蓄水池，用于掌子面施工用水，能保證0.3mpa以上的水頭壓力，有效節(jié)省了水管投入量。3.2 3豎井供水利用豎井附近的溪水修蓄水池?cái)r蓄水，用多級(jí)泵提升到豎井山坡上修50m3的高壓水池中，并鋪設(shè)抽水管道，確保施工用水和生活用水。3.3 其他供水在拌和站、生活區(qū)附近是散岔河，地下水位較高，故就地鉆眼打井，確保施工用水和生活用水。3.4 洞內(nèi)抽水洞內(nèi)滲水和施工積水通過(guò)分級(jí)設(shè)置蓄水池，分級(jí)抽出洞外的辦法。在每個(gè)水池處安設(shè)限位啟動(dòng)裝置，達(dá)到自動(dòng)啟動(dòng)抽水。在正洞掘進(jìn)到4000m以后，從洞口排水距離長(zhǎng)、蓄水池設(shè)置數(shù)量多，分級(jí)導(dǎo)抽繁瑣，為有效解決此問(wèn)題，在隧道正洞掘進(jìn)至3#豎井后，在豎井處安設(shè)垂直排水管，將隧道內(nèi)掌子面段滲水和施工積水引至豎井下蓄水池，利用高壓水泵通過(guò)3#豎井抽出。3.5所有的水均經(jīng)取樣化驗(yàn)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后才能用于工程生產(chǎn)和生活用水。4、隧道通風(fēng)大坪里隧道設(shè)計(jì)4個(gè)通風(fēng)豎井的運(yùn)營(yíng)通風(fēng)方案，通風(fēng)方式與通風(fēng)距離見(jiàn)圖1。此隧道四個(gè)洞口分四個(gè)工作面，分別采取獨(dú)頭掘進(jìn)的方式進(jìn)行施工。在隧道施工期間，通風(fēng)難度最大的就是左線出口段，最長(zhǎng)通風(fēng)距離5178m（左線出口洞口至3#豎井），因此在施工通風(fēng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)具選型等方面顯得尤為重要，其直接關(guān)系到職業(yè)健康、施工安全以及施工能否順利地進(jìn)行。4.1、通風(fēng)方案的制定選擇4.1.1、通風(fēng)方案選擇根據(jù)隧道實(shí)際情況，選擇混合式通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合的方式。見(jiàn)圖2。壓入式和抽出式通風(fēng)時(shí)風(fēng)機(jī)根據(jù)掘進(jìn)深度采取不動(dòng)態(tài)方案，確保掌子面和二襯施工地段空氣新鮮。同時(shí)在自然通風(fēng)豎井安設(shè)軸流風(fēng)機(jī)，輔助污染空氣快速流動(dòng)。隧道施工通風(fēng)壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)運(yùn)營(yíng)豎井通風(fēng)臨時(shí)豎井通風(fēng)混合式通風(fēng)自然通風(fēng)圖2 隧道通風(fēng)方案4.1.2、風(fēng)量計(jì)算施工通風(fēng)的目的是改善洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，而爆破、噴錨、出渣、打眼、裝藥各工序污染量不一樣，通風(fēng)量還隨隧洞的延深而加大。因此，通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)分階段進(jìn)行，通風(fēng)量應(yīng)是動(dòng)態(tài)的，才經(jīng)濟(jì)合理?，F(xiàn)就最大送風(fēng)長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行供風(fēng)量計(jì)算。計(jì)算如下：按人數(shù)計(jì)算：Ql=504m3min人=200m3min按最小風(fēng)速：Q2=VmimS=0.1580=12m3s=720m3min按設(shè)備功率：Q.3=W3minkW=6003=1800m3min關(guān)于計(jì)算的幾點(diǎn)說(shuō)明：(1)其中Vmin表示最小風(fēng)速，它和施工方法有關(guān)系，上面計(jì)是按全斷面開(kāi)挖計(jì)算。這個(gè)公式是我國(guó)鐵路隧道在稀釋炮煙計(jì)算中的經(jīng)驗(yàn)公式。(2)W表示洞內(nèi)內(nèi)燃機(jī)械的最大功率，這主要取決于出渣時(shí)的施工情況。計(jì)算中是按無(wú)軌運(yùn)輸，內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)，洞內(nèi)有裝載機(jī)2臺(tái)，出渣車10臺(tái)。出渣時(shí)裝載機(jī)在掌子面不停的工作，而出碴車除了在掌子面有15min左右的裝渣時(shí)間外，還要在沿途不停的往復(fù)，隨著隧道的延伸，沿途排放的煙霧越多；在前次排煙尚未完成的情況下，下一循環(huán)又產(chǎn)生新的煙霧，因而要在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上再加上1.11.5的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)作為掌子面的通風(fēng)量。掌子面的供風(fēng)量為：18001.2=2160m3min。從計(jì)算結(jié)果可以看出，洞內(nèi)允許的最小供風(fēng)量為施工人員所需的750m3/min，機(jī)械達(dá)到最佳施工效率所需的供風(fēng)量為2160m3/min。4.1.3、風(fēng)機(jī)選型通過(guò)上述計(jì)算后，確定大坪里隧道左線出口選用SDF型軸流式和SSF型射流風(fēng)機(jī)，在豎井通風(fēng)口選擇SFC抽出式軸流風(fēng)機(jī)。4.2、根據(jù)掘進(jìn)深度采取的通風(fēng)措施因3#運(yùn)營(yíng)通風(fēng)豎井位置在隧道掘進(jìn)方向5178m以后，在此之前的通風(fēng)解決制定兩套組合通風(fēng)方案：從隧道洞口采取機(jī)械混合式通風(fēng)保證洞內(nèi)新鮮空氣；在隧道斷面里程XK32+925（距洞口1903米，地形低洼處）左側(cè)25m處增加臨時(shí)通風(fēng)豎井（井深70米），解決階段排風(fēng)出口。4.2.1、臨時(shí)通風(fēng)豎井投入使用前的通風(fēng)方案（0-2000m）臨時(shí)通風(fēng)豎井未投入使用前，采用送排風(fēng)并用串聯(lián)通風(fēng)的方式進(jìn)行通風(fēng)，具體方案如下。4.2.1.1、送風(fēng)在隧道口處安裝一臺(tái)264KW的軸流風(fēng)機(jī)，距離隧道洞口至掘進(jìn)方向1500米處串聯(lián)一臺(tái)110KW的軸流風(fēng)機(jī)向隧道掌子面送風(fēng)，經(jīng)計(jì)算此種串聯(lián)通風(fēng)方式風(fēng)壓能夠滿足隧道2000米內(nèi)的送風(fēng)要求，可保證掌子面的風(fēng)量和風(fēng)壓要求。4.2.1.2、排風(fēng)依靠?jī)膳_(tái)軸流風(fēng)機(jī)往掌子面送風(fēng)形成的風(fēng)壓，利用隧道洞身作為排煙通道，將煙塵從洞身排出。同時(shí)為了解決排煙時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，在襯砌臺(tái)車前后和掘進(jìn)距離的中部安設(shè)4臺(tái)22KW的射流風(fēng)機(jī)輔助排風(fēng)，以加快隧道內(nèi)污風(fēng)排出速度。見(jiàn)圖3。 4.2.2臨時(shí)通風(fēng)豎井投入使用后的通風(fēng)方案（2000-3000m）臨時(shí)豎井貫通后，將采用豎井排風(fēng)正洞送風(fēng)的方式進(jìn)行隧道通風(fēng)方案如下：4.2.2.1、送風(fēng)臨時(shí)通風(fēng)豎井投入使用后，此時(shí)將洞口風(fēng)機(jī)移至洞內(nèi)距洞口1800米處，向洞內(nèi)送風(fēng)，隨隧道掘進(jìn)的加深，一臺(tái)風(fēng)機(jī)是難以滿足施工送風(fēng)需要的，因此再向前掘進(jìn)1800米左右后，串聯(lián)一臺(tái)264KW風(fēng)機(jī)向工作面送風(fēng)。4.2.2.2、排風(fēng)臨時(shí)通風(fēng)豎井施工完畢后，在隧道臨時(shí)通風(fēng)豎井聯(lián)絡(luò)風(fēng)道內(nèi)，安裝一臺(tái)132KW抽出式軸流通風(fēng)機(jī)，封閉風(fēng)機(jī)口外的其余風(fēng)道斷面，利用臨時(shí)豎井向外排煙。 由于大量洞內(nèi)出碴行車排煙，仍需在臨時(shí)排風(fēng)豎井至洞口間安設(shè)射流風(fēng)機(jī)，保證此段的空氣質(zhì)量。見(jiàn)圖4。4.2.3、3000米至5200m的通風(fēng)方案當(dāng)隧道掌子面施工至3000米以上時(shí)，利用臨時(shí)豎井通風(fēng)方案效果變差，以無(wú)法滿足通風(fēng)要求。3000米至5200施工段采取利用4#運(yùn)營(yíng)豎井排風(fēng)方案。見(jiàn)圖5.4.2.3.1、送風(fēng)在1#軸流風(fēng)機(jī)位置不動(dòng)，根據(jù)隧道的掘進(jìn)，再在前端增加一臺(tái)110KW風(fēng)機(jī)（串接），向掌子面送風(fēng)。4.2.3.2、排風(fēng)在4#豎井附近行車橫洞處安裝一臺(tái)132KW軸流排風(fēng)機(jī)，利用風(fēng)筒將污風(fēng)引排至4#豎井口。在中部安放兩臺(tái)22KW射流風(fēng)機(jī)輔助排風(fēng)。4.2.4、5200米以后通風(fēng)方案掌子面掘進(jìn)至5200m以后利用3#豎井排風(fēng)，此時(shí)將1#軸流風(fēng)機(jī)移至距3#豎井1000米，向掌子面送風(fēng)。將132KW排風(fēng)機(jī)移至3#豎井聯(lián)絡(luò)道口排出污風(fēng)。4.3、二次襯砌臺(tái)車前后送排風(fēng)處理因二襯臺(tái)車處縮小了有效排風(fēng)斷面，往往在二襯臺(tái)車前后區(qū)段空氣質(zhì)量最差，施工中采取以下方法較好地克服了斷面縮頸后造成的缺陷。一方面是在臺(tái)車前后各安裝兩臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，加快排風(fēng)的流速。另一方面對(duì)臺(tái)車處送風(fēng)筒進(jìn)行改裝。目前施工使用的送風(fēng)筒基本都是軟質(zhì)的，優(yōu)點(diǎn)是施工方便，易更換。缺點(diǎn)是遇到轉(zhuǎn)折處風(fēng)筒直徑自然變小，嚴(yán)重阻礙了有效通風(fēng)量。特別是在二襯臺(tái)車處，針對(duì)此缺陷，施工中在二襯臺(tái)車處20m長(zhǎng)范圍風(fēng)筒采用硬質(zhì)