麥積山特長隧道施工通風(fēng)、供水、配電技術(shù).doc

麥積山特長隧道施工通風(fēng)、供水、配電技術(shù)孫鳳玲 曹運祥中鐵二十局集團五工程有限公司 昆明 650200【摘要】隨著公路建設(shè)和鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展,長大隧道越來越多,施工難度也越來越大。作為隧道施工配電、供水、通風(fēng)來講,也必須隨著隧道施工的難度加大和隧道實際情況采取合理的布設(shè)方案。我單位施工的麥積山特長隧道,隧道全長12290米,獨頭掘進達6200m，隧道設(shè)計為1.58/100的反坡,隧道內(nèi)又有大量滲水；為了施工正常進行,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例，詳細介紹了施工過程中通風(fēng)、供水和配電方面所采取的措施?！娟P(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)。隧道左線起訖樁號為ZK22+542ZK34+828，全長12286m，右線起訖樁號為YK22+518YK34+808，全長12290m，為亞洲第二長雙線公路隧道。設(shè)計為雙向四車道高速公路，設(shè)計行車速度：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，地形險峻，山高溝深，屬中山峽谷地貌，地形復(fù)雜，相對高差大，海拔介于1270.01840.0米之間,相對高差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：a、獨頭掘進長：該隧道四個工作面單口掘進長度均在5900m以上,在國內(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，給掘進施工帶來困難。d、隧道施工通風(fēng)難度大，最小通風(fēng)段長度3012米。e、安全風(fēng)險大：由于獨頭掘進長、埋置深、圍巖差等特點，在施工過程中有不可預(yù)見的安全隱患多。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隧道施工中,隨著開挖斷面的向前掘進,各種電器設(shè)備緊隨其后。380V三相五線供電線路越長,壓降就越大。為了各種電器設(shè)備的正常運轉(zhuǎn),10KV高壓市電就必須進洞,在洞內(nèi)安裝動力變壓器,再對各用電設(shè)備進行電力分配。根據(jù)施工要求,發(fā)電機必須安裝在洞外配電室旁。一是因為隧道內(nèi)空氣質(zhì)量不好,會影響發(fā)電機的壽命；二是因為發(fā)電機要排出大量的廢氣,會影響隧道內(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)還可以實現(xiàn),但隨著隧道向前掘進,供電線路太長,將會導(dǎo)致電壓降過大,各種電器設(shè)備無法正常運轉(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630KW變壓器，接入10KV高壓線。2.1.2施工現(xiàn)場低供線路分配箱分部情況：配電室：配電柜標準代號GB7251，共7節(jié)，1、2柜為進線柜；3、4、5為出線柜，柜內(nèi)空氣開關(guān)標準代號GTM1-630A，3柜4個，44個，5個2個；6、7為補償柜。3、4出線柜供給6臺空壓機用電，功率為660KW，采用120mm2鋁芯線，同時用50 mm2鋁芯線供給一臺50KW抽水泵。全部采用架空走線方式。同時預(yù)留一臺洞口用通風(fēng)機容量。5出線柜采用185mm2鋁芯線架空供給洞內(nèi)照明、電焊機使用，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250ANM10空氣開關(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當隧道開挖超過2000m后，2臺630KVA變壓器不能保證隧道作業(yè)面電力時，洞內(nèi)增設(shè)400KVA變壓器，專供襯砌臺車、砼輸送泵及掌子面裝碴機械用電，此變壓器設(shè)置防護設(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。照明和動力線路分開、架空架設(shè)，確保隧道作業(yè)地段有足夠照明和洞內(nèi)動力用電。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325KW柴油發(fā)電機組作為備用電源，同時在3豎井配備一臺250KW發(fā)電機組作為備用電源。為了滿足需要,我們結(jié)合以往幾個工地的變配電方案,作了一些改進,下面簡要介紹一下:兩臺F62756FC/325KVA的發(fā)電機容量已經(jīng)達到要求,并且兩臺發(fā)電機的型號是一樣,容量和輸出電壓都相同,因此,可以并聯(lián)發(fā)電。我們把兩臺發(fā)電機分別編為1和2,兩臺發(fā)電機進行并聯(lián)。并聯(lián)操作的方法是:當1#和2#發(fā)電機啟動到運轉(zhuǎn)正常后,先要觀察頻率表,把兩臺發(fā)電機的頻率都調(diào)到50Hz,然后分別把1#和2#發(fā)電機的電送入并機柜,因為兩臺發(fā)電機的啟動時間不一致,初相角不一定同步。因此要先按下并機柜上1#合閘按扭,然后把同步選擇開關(guān)撥到指示2#發(fā)電機的位置,觀察同步跟蹤表,當表針旋轉(zhuǎn)到零位時,表示這時候2#發(fā)電機與1#發(fā)電機的初相角已經(jīng)同步,就在這時按下2#發(fā)電機的合閘按扭,便完成了1#和2#發(fā)電機的并聯(lián)。如果先合上2#發(fā)電機,就把同步選擇開關(guān)撥到指示1#發(fā)電機的位置,其它操作方法與前面所述步驟相同,(注意:在安裝的時候兩臺發(fā)電機的相序必須接成一致)。因為動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10KV/380V630KVA的動力變壓器,可以利用其中一臺變壓器在市電停電的時候,把自發(fā)電切換到這臺變壓器上進行反送升壓到10KV,再將這個10KV高壓送到洞內(nèi)外各并聯(lián)支路進行供電。在10KV市電的輸入端安裝一臺高壓隔離刀閘(HD)和一臺高壓油浸開關(guān)(DW)。當10KV網(wǎng)電停電后,先把DW和HD拉下來,切斷10KV網(wǎng)電的輸入,并進行有效隔離后。這樣才能避免自發(fā)電反送到市電網(wǎng)上,造成安全隱患。當確認10KV高壓斷開后,才能把自發(fā)電送入變壓器進行升壓。采用變壓器反送升壓配電方案,實際就是采用了一套雙電源、單回路的配電方法?？梢酝耆迷潆娀芈?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,就會造成整個隧道內(nèi)停電,并且維修起來也特別困難,最快恢復(fù)也得在1小時以上。并且在安裝調(diào)試過程中就必須把相序調(diào)整好,以免停電的時候再來倒相。因此:我們在安裝10KV高壓線路的時候就必須得認真仔細,決不能讓線路發(fā)生任何故障。高壓電纜必須做耐壓實驗。在保證了線路正常的情況下,自發(fā)電要通過變壓器反送升壓,還必須得保證在停電的時候,以最快的速度,最短時間內(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攔蓄水，用多級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分級設(shè)置蓄水池，分級抽出洞外的辦法。在每個水池處安設(shè)限位啟動裝置，達到自動啟動抽水。在正洞掘進到4000m以后，從洞口排水距離長、蓄水池設(shè)置數(shù)量多，分級導(dǎo)抽繁瑣，為有效解決此問題，在隧道正洞掘進至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3#豎井抽出。3.5所有的水均經(jīng)取樣化驗符合相關(guān)標準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4個通風(fēng)豎井的運營通風(fēng)方案，通風(fēng)方式與通風(fēng)距離見圖1。此隧道四個洞口分四個工作面，分別采取獨頭掘進的方式進行施工。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、機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。見圖2。壓入式和抽出式通風(fēng)時風(fēng)機根據(jù)掘進深度采取不動態(tài)方案，確保掌子面和二襯施工地段空氣新鮮。同時在自然通風(fēng)豎井安設(shè)軸流風(fēng)機，輔助污染空氣快速流動。隧道施工通風(fēng)壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)運營豎井通風(fēng)臨時豎井通風(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)計應(yīng)分階段進行，通風(fēng)量應(yīng)是動態(tài)的，才經(jīng)濟合理。現(xiàn)就最大送風(fēng)長度來進行供風(fēng)量計算。計算如下：按人數(shù)計算：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)于計算的幾點說明：(1)其中Vmin表示最小風(fēng)速，它和施工方法有關(guān)系，上面計是按全斷面開挖計算。這個公式是我國鐵路隧道在稀釋炮煙計算中的經(jīng)驗公式。(2)W表示洞內(nèi)內(nèi)燃機械的最大功率，這主要取決于出渣時的施工情況。計算中是按無軌運輸，內(nèi)燃機械作業(yè)，洞內(nèi)有裝載機2臺，出渣車10臺。出渣時裝載機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，因而要在計算結(jié)果的基礎(chǔ)上再加上1.11.5的經(jīng)驗系數(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，機械達到最佳施工效率所需的供風(fēng)量為2160m3/min。4.1.3、風(fēng)機選型通過上述計算后，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，在豎井通風(fēng)口選擇SFC抽出式軸流風(fēng)機。4.2、根據(jù)掘進深度采取的通風(fēng)措施因3#運營通風(fēng)豎井位置在隧道掘進方向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處增加臨時通風(fēng)豎井（井深70米），解決階段排風(fēng)出口。4.2.1、臨時通風(fēng)豎井投入使用前的通風(fēng)方案（0-2000m）臨時通風(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264KW的軸流風(fēng)機，距離隧道洞口至掘進方向1500米處串聯(lián)一臺110KW的軸流風(fēng)機向隧道掌子面送風(fēng)，經(jīng)計算此種串聯(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)依靠兩臺軸流風(fēng)機往掌子面送風(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。同時為了解決排煙時間長的問題，在襯砌臺車前后和掘進距離的中部安設(shè)4臺22KW的射流風(fēng)機輔助排風(fēng)，以加快隧道內(nèi)污風(fēng)排出速度。見圖3。 4.2.2臨時通風(fēng)豎井投入使用后的通風(fēng)方案（2000-3000m）臨時豎井貫通后，將采用豎井排風(fēng)正洞送風(fēng)的方式進行隧道通風(fēng)方案如下：4.2.2.1、送風(fēng)臨時通風(fēng)豎井投入使用后，此時將洞口風(fēng)機移至洞內(nèi)距洞口1800米處，向洞內(nèi)送風(fēng)，隨隧道掘進的加深，一臺風(fēng)機是難以滿足施工送風(fēng)需要的，因此再向前掘進1800米左右后，串聯(lián)一臺264KW風(fēng)機向工作面送風(fēng)。4.2.2.2、排風(fēng)臨時通風(fēng)豎井施工完畢后，在隧道臨時通風(fēng)豎井聯(lián)絡(luò)風(fēng)道內(nèi)，安裝一臺132KW抽出式軸流通風(fēng)機，封閉風(fēng)機口外的其余風(fēng)道斷面，利用臨時豎井向外排煙。 由于大量洞內(nèi)出碴行車排煙，仍需在臨時排風(fēng)豎井至洞口間安設(shè)射流風(fēng)機，保證此段的空氣質(zhì)量。見圖4。4.2.3、3000米至5200m的通風(fēng)方案當隧道掌子面施工至3000米以上時，利用臨時豎井通風(fēng)方案效果變差，以無法滿足通風(fēng)要求。3000米至5200施工段采取利用4#運營豎井排風(fēng)方案。見圖5.4.2.3.1、送風(fēng)在1#軸流風(fēng)機位置不動，根據(jù)隧道的掘進，再在前端增加一臺110KW風(fēng)機（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132KW軸流排風(fēng)機，利用風(fēng)筒將污風(fēng)引排至4#豎井口。在中部安放兩臺22KW射流風(fēng)機輔助排風(fēng)。4.2.4、5200米以后通風(fēng)方案掌子面掘進至5200m以后利用3#豎井排風(fēng)，此時將1#軸流風(fēng)機移至距3#豎井1000米，向掌子面送風(fēng)。將132KW排風(fēng)機移至3#豎井聯(lián)絡(luò)道口排出污風(fēng)。4.3、二次襯砌臺車前后送排風(fēng)處理因二襯臺車處縮小了有效排風(fēng)斷面，往往在二襯臺車前后區(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。一方面是在臺車前后各安裝兩臺射流風(fēng)機，加快排風(fēng)的流速。另一方面對臺車處送風(fēng)筒進行改裝。目前施工使用的送風(fēng)筒基本都是軟質(zhì)的，優(yōu)點是施工方便，易更換。缺點是遇到轉(zhuǎn)折處風(fēng)筒直徑自然變小，嚴重阻礙了有效通風(fēng)量。特別是在二襯臺車處，針對此缺陷，施工中在二襯臺車處20m長范圍風(fēng)筒采用硬質(zhì)