麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术.doc

麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术孙凤玲 曹运祥中铁二十局集团五工程有限公司 昆明 650200【摘要】随着公路建设和铁路建设的不断发展,长大隧道越来越多,施工难度也越来越大。作为隧道施工配电、供水、通风来讲,也必须随着隧道施工的难度加大和隧道实际情况采取合理的布设方案。我单位施工的麦积山特长隧道,隧道全长12290米,独头掘进达6200m，隧道设计为1.58/100的反坡,隧道内又有大量渗水；为了施工正常进行,采取合理的排水和通风措施是关键，其中隧道施工配电系统的稳定是保证。本文结合麦积山隧道施工实例，详细介绍了施工过程中通风、供水和配电方面所采取的措施。【关键词】 隧道施工 通风 供水 配电 技术1、工程概况：麦积山隧道为一座上、下行分离的四车道高速公路特长隧道，隧道宝鸡端洞口位于甘肃省天水市北道区东岔镇境内，穿越秦玲主脊，天水端洞口位于甘肃省天水市北道区利桥乡境内。隧道左线起讫桩号为ZK22+542ZK34+828，全长12286m，右线起讫桩号为YK22+518YK34+808，全长12290m，为亚洲第二长双线公路隧道。设计为双向四车道高速公路，设计行车速度：80Km/h。隧道净宽：10.25m，隧道净高：5.0m，隧道纵坡为1.58。该隧道穿越秦岭之北麓，地形险峻，山高沟深，属中山峡谷地貌，地形复杂，相对高差大，海拔介于1270.01840.0米之间,相对高差570米。右线隧道最大埋深477米，左线隧道最大埋深489米。地质构造复杂，规模不等的断层、褶皱发育。 本隧道工程特点：a、独头掘进长：该隧道四个工作面单口掘进长度均在5900m以上,在国内公路隧道建设史上是前所未有的。b、围岩结构复杂多变：本隧道穿越II、III、IV、V级围岩。所经地区岩石节理发育，小断层较多、围岩变化频繁。c、围岩渗水量大，加之围岩裂隙发育，给掘进施工带来困难。d、隧道施工通风难度大，最小通风段长度3012米。e、安全风险大：由于独头掘进长、埋置深、围岩差等特点，在施工过程中有不可预见的安全隐患多。依据本隧道特殊的地形、地质、地理环境和地质条件复杂等因素，加之工期压力大，因此该隧道被列为全线控制关键工程。现就左线进口段施工通风、供水和配电方案选择等方面总结如下：2、施工配电方案在特长隧道施工中,随着开挖断面的向前掘进,各种电器设备紧随其后。380V三相五线供电线路越长,压降就越大。为了各种电器设备的正常运转,10KV高压市电就必须进洞,在洞内安装动力变压器,再对各用电设备进行电力分配。根据施工要求,发电机必须安装在洞外配电室旁。一是因为隧道内空气质量不好,会影响发电机的寿命；二是因为发电机要排出大量的废气,会影响隧道内空气质量。为了保证施工,如果把自发电直接送到洞内,在1000m范围内还可以实现,但随着隧道向前掘进,供电线路太长,将会导致电压降过大,各种电器设备无法正常运转。因此,我们就考虑把自发电升压到10KV,再并联到10KV市电线路上进行供电。2.1隧道正洞供电2.1.1在隧道口一侧，设置两台630KW变压器，接入10KV高压线。2.1.2施工现场低供线路分配箱分部情况：配电室：配电柜标准代号GB7251，共7节，1、2柜为进线柜；3、4、5为出线柜，柜内空气开关标准代号GTM1-630A，3柜4个，44个，5个2个；6、7为补偿柜。3、4出线柜供给6台空压机用电，功率为660KW，采用120mm2铝芯线，同时用50 mm2铝芯线供给一台50KW抽水泵。全部采用架空走线方式。同时预留一台洞口用通风机容量。5出线柜采用185mm2铝芯线架空供给洞内照明、电焊机使用，150KW。4出线柜供给钢筋加工棚，采用50mm2铝芯线电缆埋地敷设，使用3个250ANM10空气开关；3出线柜供给拌和站及生活区用电，采用120mm2铝芯线架空敷设，功率100KW，生活区40KW。2.1.3当隧道开挖超过2000m后，2台630KVA变压器不能保证隧道作业面电力时，洞内增设400KVA变压器，专供衬砌台车、砼输送泵及掌子面装碴机械用电，此变压器设置防护设施，确保施工用电安全。具体位置设在已二次衬砌（含仰拱）施工完备的紧急停车带安全地段。照明和动力线路分开、架空架设，确保隧道作业地段有足够照明和洞内动力用电。2.2 3竖井供电在竖井口施工安装400KVA变压器从甲方专用高压电线接入电源，供施工生活用电。2.3 备用电源在隧道出口配备2台325KW柴油发电机组作为备用电源，同时在3竖井配备一台250KW发电机组作为备用电源。为了满足需要,我们结合以往几个工地的变配电方案,作了一些改进,下面简要介绍一下:两台F62756FC/325KVA的发电机容量已经达到要求,并且两台发电机的型号是一样,容量和输出电压都相同,因此,可以并联发电。我们把两台发电机分别编为1和2,两台发电机进行并联。并联操作的方法是:当1#和2#发电机启动到运转正常后,先要观察频率表,把两台发电机的频率都调到50Hz,然后分别把1#和2#发电机的电送入并机柜,因为两台发电机的启动时间不一致,初相角不一定同步。因此要先按下并机柜上1#合闸按扭,然后把同步选择开关拨到指示2#发电机的位置,观察同步跟踪表,当表针旋转到零位时,表示这时候2#发电机与1#发电机的初相角已经同步,就在这时按下2#发电机的合闸按扭,便完成了1#和2#发电机的并联。如果先合上2#发电机,就把同步选择开关拨到指示1#发电机的位置,其它操作方法与前面所述步骤相同,(注意:在安装的时候两台发电机的相序必须接成一致)。因为动力变压器在供输配电系统中具有升压或降压的作用。我们洞外配电室安装有两台10KV/380V630KVA的动力变压器,可以利用其中一台变压器在市电停电的时候,把自发电切换到这台变压器上进行反送升压到10KV,再将这个10KV高压送到洞内外各并联支路进行供电。在10KV市电的输入端安装一台高压隔离刀闸(HD)和一台高压油浸开关(DW)。当10KV网电停电后,先把DW和HD拉下来,切断10KV网电的输入,并进行有效隔离后。这样才能避免自发电反送到市电网上,造成安全隐患。当确认10KV高压断开后,才能把自发电送入变压器进行升压。采用变压器反送升压配电方案,实际就是采用了一套双电源、单回路的配电方法。可以完全利用原配电回路,在麦积山隧道施工中,如果采用双电源、双回路配电方案的话,将给企业增加上百万元的成本投入。但这种方案也有它的弊病,那就是必须保证回路的正常运行。特别是10KV高压线路,决不能出现任何故障。一但10KV高压线路出现故障,就会造成整个隧道内停电,并且维修起来也特别困难,最快恢复也得在1小时以上。并且在安装调试过程中就必须把相序调整好,以免停电的时候再来倒相。因此:我们在安装10KV高压线路的时候就必须得认真仔细,决不能让线路发生任何故障。高压电缆必须做耐压实验。在保证了线路正常的情况下,自发电要通过变压器反送升压,还必须得保证在停电的时候,以最快的速度,最短时间内送上电。 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高压水池并铺设抽水管道，在洞口小河修蓄水池，用多级泵提升到高压水池，确保隧道施工用水和生活用水。因隧道纵坡为1.58（反向），在隧道掘进3500左右，在3#竖井处修筑蓄水池，用于掌子面施工用水，能保证0.3mpa以上的水头压力，有效节省了水管投入量。3.2 3竖井供水利用竖井附近的溪水修蓄水池拦蓄水，用多级泵提升到竖井山坡上修50m3的高压水池中，并铺设抽水管道，确保施工用水和生活用水。3.3 其他供水在拌和站、生活区附近是散岔河，地下水位较高，故就地钻眼打井，确保施工用水和生活用水。3.4 洞内抽水洞内渗水和施工积水通过分级设置蓄水池，分级抽出洞外的办法。在每个水池处安设限位启动装置，达到自动启动抽水。在正洞掘进到4000m以后，从洞口排水距离长、蓄水池设置数量多，分级导抽繁琐，为有效解决此问题，在隧道正洞掘进至3#竖井后，在竖井处安设垂直排水管，将隧道内掌子面段渗水和施工积水引至竖井下蓄水池，利用高压水泵通过3#竖井抽出。3.5所有的水均经取样化验符合相关标准后才能用于工程生产和生活用水。4、隧道通风大坪里隧道设计4个通风竖井的运营通风方案，通风方式与通风距离见图1。此隧道四个洞口分四个工作面，分别采取独头掘进的方式进行施工。在隧道施工期间，通风难度最大的就是左线出口段，最长通风距离5178m（左线出口洞口至3#竖井），因此在施工通风方案设计、机具选型等方面显得尤为重要，其直接关系到职业健康、施工安全以及施工能否顺利地进行。4.1、通风方案的制定选择4.1.1、通风方案选择根据隧道实际情况，选择混合式通风和自然通风相结合的方式。见图2。压入式和抽出式通风时风机根据掘进深度采取不动态方案，确保掌子面和二衬施工地段空气新鲜。同时在自然通风竖井安设轴流风机，辅助污染空气快速流动。隧道施工通风压入式通风抽出式通风运营竖井通风临时竖井通风混合式通风自然通风图2 隧道通风方案4.1.2、风量计算施工通风的目的是改善洞内作业环境，而爆破、喷锚、出渣、打眼、装药各工序污染量不一样，通风量还随隧洞的延深而加大。因此，通风设计应分阶段进行，通风量应是动态的，才经济合理。现就最大送风长度来进行供风量计算。计算如下：按人数计算：Ql=504m3min人=200m3min按最小风速：Q2=VmimS=0.1580=12m3s=720m3min按设备功率：Q.3=W3minkW=6003=1800m3min关于计算的几点说明：(1)其中Vmin表示最小风速，它和施工方法有关系，上面计是按全断面开挖计算。这个公式是我国铁路隧道在稀释炮烟计算中的经验公式。(2)W表示洞内内燃机械的最大功率，这主要取决于出渣时的施工情况。计算中是按无轨运输，内燃机械作业，洞内有装载机2台，出渣车10台。出渣时装载机在掌子面不停的工作，而出碴车除了在掌子面有15min左右的装渣时间外，还要在沿途不停的往复，随着隧道的延伸，沿途排放的烟雾越多；在前次排烟尚未完成的情况下，下一循环又产生新的烟雾，因而要在计算结果的基础上再加上1.11.5的经验系数作为掌子面的通风量。掌子面的供风量为：18001.2=2160m3min。从计算结果可以看出，洞内允许的最小供风量为施工人员所需的750m3/min，机械达到最佳施工效率所需的供风量为2160m3/min。4.1.3、风机选型通过上述计算后，确定大坪里隧道左线出口选用SDF型轴流式和SSF型射流风机，在竖井通风口选择SFC抽出式轴流风机。4.2、根据掘进深度采取的通风措施因3#运营通风竖井位置在隧道掘进方向5178m以后，在此之前的通风解决制定两套组合通风方案：从隧道洞口采取机械混合式通风保证洞内新鲜空气；在隧道断面里程XK32+925（距洞口1903米，地形低洼处）左侧25m处增加临时通风竖井（井深70米），解决阶段排风出口。4.2.1、临时通风竖井投入使用前的通风方案（0-2000m）临时通风竖井未投入使用前，采用送排风并用串联通风的方式进行通风，具体方案如下。4.2.1.1、送风在隧道口处安装一台264KW的轴流风机，距离隧道洞口至掘进方向1500米处串联一台110KW的轴流风机向隧道掌子面送风，经计算此种串联通风方式风压能够满足隧道2000米内的送风要求，可保证掌子面的风量和风压要求。4.2.1.2、排风依靠两台轴流风机往掌子面送风形成的风压，利用隧道洞身作为排烟通道，将烟尘从洞身排出。同时为了解决排烟时间长的问题，在衬砌台车前后和掘进距离的中部安设4台22KW的射流风机辅助排风，以加快隧道内污风排出速度。见图3。 4.2.2临时通风竖井投入使用后的通风方案（2000-3000m）临时竖井贯通后，将采用竖井排风正洞送风的方式进行隧道通风方案如下：4.2.2.1、送风临时通风竖井投入使用后，此时将洞口风机移至洞内距洞口1800米处，向洞内送风，随隧道掘进的加深，一台风机是难以满足施工送风需要的，因此再向前掘进1800米左右后，串联一台264KW风机向工作面送风。4.2.2.2、排风临时通风竖井施工完毕后，在隧道临时通风竖井联络风道内，安装一台132KW抽出式轴流通风机，封闭风机口外的其余风道断面，利用临时竖井向外排烟。 由于大量洞内出碴行车排烟，仍需在临时排风竖井至洞口间安设射流风机，保证此段的空气质量。见图4。4.2.3、3000米至5200m的通风方案当隧道掌子面施工至3000米以上时，利用临时竖井通风方案效果变差，以无法满足通风要求。3000米至5200施工段采取利用4#运营竖井排风方案。见图5.4.2.3.1、送风在1#轴流风机位置不动，根据隧道的掘进，再在前端增加一台110KW风机（串接），向掌子面送风。4.2.3.2、排风在4#竖井附近行车横洞处安装一台132KW轴流排风机，利用风筒将污风引排至4#竖井口。在中部安放两台22KW射流风机辅助排风。4.2.4、5200米以后通风方案掌子面掘进至5200m以后利用3#竖井排风，此时将1#轴流风机移至距3#竖井1000米，向掌子面送风。将132KW排风机移至3#竖井联络道口排出污风。4.3、二次衬砌台车前后送排风处理因二衬台车处缩小了有效排风断面，往往在二衬台车前后区段空气质量最差，施工中采取以下方法较好地克服了断面缩颈后造成的缺陷。一方面是在台车前后各安装两台射流风机，加快排风的流速。另一方面对台车处送风筒进行改装。目前施工使用的送风筒基本都是软质的，优点是施工方便，易更换。缺点是遇到转折处风筒直径自然变小，严重阻碍了有效通风量。特别是在二衬台车处，针对此缺陷，施工中在二衬台车处20m长范围风筒采用硬质