辅助供风、水、电、通讯系统施工工艺工法.doc

辅助供风、水、电、通讯系统施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0317-2011 第五工程有限公司 张海龙 常亚1 前言1.1 工艺工法概况在隧道施工中，开挖、支护与衬砌等称为基本作业。为了确保基本作业各工序的顺利进行，为其提供必要的施工条件和直接服务的其他作业，称为辅助作业，其内容包括供风、供水、供电、通讯系统等。我们通过多年隧道施工经验，不断摸索、完善，经总结形成本工法。1.2 工艺原理隧道施工供风系统通过供风量计算、供风设备选择及安装、供风管道选择及设置、供风系统维护及安全注意事项；供水系统通过用水量估算、供水方案选择、供水设备配置及安装、供水管道选择及布置、供水系统维护及安全注意事项；供电系统通过用电量计算、供电方式选择及布置、供电设备配置及安装、供电线路选择与架设、照明布置、安全用电等；洞内各工作面与洞外调度始终保持通讯畅通，确保各工序衔接正常及突发事故应急处理等。2 工艺工法特点合理的压缩空气、水量、电力供应，既能达到隧道内正常工作，又能达到降低消耗、节约能源、降低成本及保证施工质量。3 适用范围本工法适用铁路、公路、水工等隧道（瓦斯隧道除外）。4 主要引用标准4.1铁路隧道工程施工技术指南（TZ 204）4.2电业安全工作规程（电力线路部分）（DL 409）4.3 铁路工程施工技术手册 隧道下册。5 施工工艺5.1 供风5.1.1 工艺流程：计算空压机站的供风能力空压机的选择空压机站的布置风管的选择管道安装。5.1.2 操作步骤及方法：1 计算空压机的供风能力空压机的供风能力取决于耗风量的大小，并考虑一定的备用系数。耗风量包括隧道内同时工作的各种风动机具的生产耗风量和由储气筒到风动机具沿途的损失。空压机站总耗风量Q总可用下式来计算：Q总=Q（1+）KKm （m3/min） (5.1.2-1)式中：空压机使用安全系数，电动空压机为1.31.5，内燃空压机为1.361.6； K空压机本身磨损而引起效率降低的修正系数，一般采用1.051.1； Km空压机所处海拔高度对空压机供风能力的影响系数，见表5.1.2-1； Q风动机具同时工作耗风量总和。 Q=q qn （m3/min） (5.1.2-2)其中 qn管道漏风系数，见表5.1.2-2；q同时工作的各种风动机具耗风量。 q=NqK同K磨 （m3/min） (5.1.2-3)其中 N使用台数； q每台耗风量，可参阅相关风动机械的技术性能表； K同风动机具同时工作系数，见表5.1.2-3； K磨风动机具磨损系数，对凿岩机取1.15，其他取1.1.表1 海拔高度影响系数Km海拔高度0305610914121915241829213424382743304836584572Km1.01.031.071.101.141.171.221.271.311.361.401.511.66表2 管道漏风系数qn管路总长度（km）1.0122漏风系数/qn1.101.151.2表3 风动机具同时工作系数 K同 凿岩机（包括风镐）其他风动工具（包括凿岩台车）同时工作台数K同同时工作台数K同11010.85 11.011300.850.75210.75300.750.65 30.750.60 40.600.552 空压机的选择根据计算确定的隧道总耗风量，选择合适的空压机和适当容量的储风筒。当一台空压机不能满足供风需要时，可选择多台空压机组或大功率空压机。为便于操作和维修，宜采用同类型的空压机，考虑到施工中风量负荷的不均匀，为避免空压机的回风空转，可选择一台小容量（一般为其他空压机容量的一半）的空压机进行组合。空压机一般分有电力和内燃两类，一般采用电力空压机，在电力缺乏或电力安装过渡时期采用内燃空压机。3 空压机站的布置空压机站应设在空气洁净、通风良好、地基稳固且便于设备搬运之处，并应尽量靠近洞口，以缩短管路，减少管道漏风损耗。在大断面长大隧道施工时，一般考虑将空压机设置在洞内距开挖面较近的地方。当有多个洞口需集中供风时，应选择在适当位置，使管路损耗尽量减少。4 风管的选择风管的选择应满足工作风压不小于0.5MPa的要求。为保证工作风压，根据供风最长距离计算，选择风管口径，同时满足钢管终端的风压不得小于0.6MPa，通过胶皮风管输送至风动机具的工作风压不得小于0.5MPa。空压机生产的压缩空气在运输过程中，由于管壁摩擦、接头、阀门等产生阻力，其压力会损失，尤其是连接钢管与风动机具的胶皮风管，其压力损失较大，一般应尽量缩短其使用的长度。5 管道的安装管道的安装应符合下列要求：1）管道敷设应平顺、接头严密、防止漏风，凡有裂纹、创伤、凹陷等现象的钢管不能使用。2）在洞外地段，风管长度超过300m、温度变化较大时，宜安装伸缩器；靠近空压机150m以内，风管的法兰盘接头宜用耐热材料制成垫片，如石棉衬垫等。3）压风管道在总输出管道上，必须安装总闸阀，以便控制和维修管道；主管上每隔300500m应分装闸阀；按施工要求，在适当地段（一般每隔60m）加设一个三通接头备用；管道前端至开挖面距离宜保持在30m左右，并用高压软管接分风器；分部开挖法通往各工作面的软管长度不宜大于50m，与分风器联结的胶皮软管长度不宜大于10m。4）主管长度大于1000m时，应在管道最低处设置油水分离器，定期放出管中聚积的油水，以保持管内清洁与干燥。5）管道安装前应进行检查，钢管内不得留有残杂物和其他脏物；各种闸阀在安装前应拆开清洗，并进行水压强度试验，合格者方能使用。6）管道在洞内敷设在电缆、电线的另一侧，并与运输轨道有一定距离，管道高度一般不应超过运输轨道的轨面，若管径较大而超过轨面，应适当增大距离。如与水沟同侧时，不应影响水沟排水。5.2 供水5.2.1工艺流程：估算用水量选择水源确定供水方式修筑（安装）供水设备水管的选择与布置。5.2.2 操作步骤及方法：1 估算用水量总用水量包括生产、生活、消防所需的耗水量。1）生产用水 隧道施工用水根据工程规模大小、机械化程度、施工进度、施工人员数量和气候条件等确定。其中隧道内施工用水主要分为：开挖时凿岩机用水、混凝土搅拌用水、混凝土喷射用水、注浆用水及清洁用水等几个方面，在初步概略估算时，可参考表5.2.1来估算一昼夜的总用水量。表4 隧道施工用水量估算表用途单位耗水量（m3）说明凿岩机用水t/(h.台)0.2喷雾洒水用水t/(min.台)0.03按每次放炮后喷雾30min衬砌用水t/h1.5包括洗石、拌和、养生空压机用水t/(d.台)5按其循环使用考虑浴池用水t/d15生活用水t/(d.人)0.12） 生活用水 一般可按下列参考指标估算，并与上表生活耗水量估算对照。一般生产工人平均每人耗水量0.10.15 m3/d；对于非生产工人平均每人耗水量0.080.12 m3/d.3） 消防用水由于施工工地住房为临时住房，相应标准较低，除按消防要求在设计、施工及临房布置等方面做好防火工作外，还应按临时房屋每3000m2、消防耗水量（1520）L/s、灭火时间0.51h计算消防用水量，以防不测。2 选择水源隧道施工常用的水源有高山自然水、山上泉水、河水、钻井抽水、洞内地下水源等。应根据工程的实际情况选用水源，选择原则如下：1）当生活、生产用水位置高差很大，系统供水有困难时，可采用分别选择水源。2）当水源低于蓄水池最低高程要求，则需建立抽水站、高压水池等，抽水设置可采用自动上水无塔增压装置，通过改变水箱内水面气压的大小，而达到水面上升高度，既可完成低水高调，又能实现高压供水。3）当水源高于最低高程要求，则无需建立抽水站，但要注意水源是否充足，如在枯水季节，自然水不能满足要求时，采用浅井或管井取地下水。3 确定供水方式供水方式主要根据水源实际情况选定。将水源的水自然引导或采用机械提升到蓄水池储蓄，并通过水管送达使用地点。在高寒山区及缺水地区，则可采用汽车安装水箱运水，或分级抽水长距离管路供水。4 修筑（安装）供水设备1）蓄水池 蓄水池一般修建在洞口附近上方，但应避免设在隧道顶上或其他危及隧道安全的部位，其高差应能保证最高用水点的水压要求。当采用机械或部分机械提升时，应备有抽水机。水池结构应尽量简单，确保不漏水，一般采用石砌，根据地形条件用埋置式或半埋置式。当地形条件受限制不能埋置时，也可采用修建水塔或用钢板焊接水箱等方式。水池的容量结合水源流量考虑，当水源供给流量大于用水高峰流量，池存水能及时补给，其容积一般有2030m3即可满足；若水源流量小于隧道施工用水量，则根据每班最大用水量并考虑必要储备来计算水池容积，如下式： V=24ac(Qc+Qs) (m3) (5.2.2-1)式中 V水池容积(m3)； a调节水量系数，一般用1.11.2； c储水系数（为水池容量/昼夜用水量），昼夜用水量小于1000 m3时，用1/41/6；昼夜用水量小于10002000 m3时，用1/61/8； Qc生产用水量（m3/h)； Qs生产用水量（m3/h)。 消防用水在用水低谷时注满消防池，故计算时不予考虑。 水池位置至配水点的高差H（m）可按下式计算： H1.2h+ahf (5.2.2-2)式中 h配水点要求水头（m），例如湿式凿岩需要水压为0.3MPa，则h=30m； a水头损失系数（按管道水头损失510计算），a=1.051.10； hf管道内水头损失（m），确定用水量后（一般按m3/h计）选用钢管内径，按钢管水力计算而得。2）水泵与抽水泵设置扬程计算 H=h+ahf (5.2.2-3)式中 h水池与水源之间的高差（m）； a及hf意义同前。泵房设置临时抽水泵房的要求，按临时房屋有关规定办理。水泵在安装前，按图纸检查基础的位置，预留管道孔洞等各部分尺寸是否符合要求，水泵底座位置经校核后，方能灌注水泥砂浆并固定地脚螺栓。5 水管的选择与布置供水管道的管径可根据下列公式计算：D=1.13 (m) (5.2.2-4) 式中 Q用水点总用水量（m3/h)； V在管道内的流速，一般不大于3m3/s、不小于0.5m3/s。 供水管道的布置应符合下列要求：1） 管道敷设要求平顺、短直且弯头少，干路管径尽可能一致，接头严密不漏水。2） 管道沿山顺坡敷设悬空跨距较大时，应根据计算来设立支柱承托，支撑点与水管之间加木垫。3） 水池的输出管应设总闸阀，干路管道每隔300500m应安装闸阀一个，以便维修和控制管道。管道闸阀布置还应考虑一旦发生管道故障能够暂时由水池或水泵房供水的布置方案。4） 给水管道应安设在电线路的异侧，不应妨碍运输和行人，并设专人负责检查养护。5） 管道前端至开挖面，一般保持的距离为30m，用直径50mm高压软管接分水器，中间预留异径三通，至其他工作面供水使用软管连接，其长度不宜超过50m。6） 如利用高山水池，其自然压头超过所需水压时，应进行减压，一般是在管路中段设中间水池作为过渡站，也可直接利用减压阀来降低管道中水流的压力。7）冬季寒冷地带施工时，为防止管道冻结，采取深沟掩埋管道；雨季洪水冲刷的沙土要在冬季来临之前填土，防止土层过浅；埋设前在管道、地面包裹稻草、塑料泡沫、锯末等保温材料。5.3 供电隧道施工用电，包括生产用电及生活用电等。5.3.1工艺流程估算施工总用电量选择供电方式供电线路布置及导线选择施工照明和施工用电。5.3.2 操作步骤及方法：1 估算施工总用电量 根据估算用电量来选择变压器，其容量等于或稍大于施工总用电量，一般在实际使用时，使变压器承受的用电负荷达到额定容量的60左右为佳。具体可按下述两种方法进行估算：1） 同时考虑施工现场的动力和照明 S总=K(P1K1/cos)K2+P2K3式中 S总施工总用电量（kVA）； K备用系数，一般取1.051.10； P1整个工地动力设备的额定输出功率总和（kW）； P2整个工地照明用电量总和（kW）； 动力设备的平均效率，采用0.830.88；通常取0.85进行计算；cos平均功率因数，采用0.50.7；K1动力设备同时使用系数，通风机的同时用电系数为0.80.9，施工电动机械同时用电系数为0.650.75；K2动力负荷系数，主要考虑不同类型设备带负荷工作时的情况，一般取0.751；K3照明设备同时使用系数，一般取0.60.9。2） 只考虑动力负荷 当照明用电相对于用电而言，所占比例较少时，为简化计算，可在动力用电量之外加1020，作为总用电量，公式如下：S动= (Pi/cos)K1K2 S总=(1.11.2) S动式中 S动现场动力设备所需的用电量；其他符号同上，当采用大型用电设备时，K1可取1.0进行计算。2 选择供电方式供电方式可采用自设发电站供电或利用地方电网供电。一般只有在地方供电不能满足施工用电需要，或施工现场距离地方电网太远时，才采用自设发电站供电。根据估算的施工总用电量选择变压器，其容量应等于或稍大于施工总用电量，在实际使用时，以变压器承受的用电负荷达到额定容量的60左右为佳。变压器位置设在便于运输、运行、检修和地基稳固、安全可靠的地方，具体布置满足以下要求：1） 隧道洞外变点站宜设在洞口附近，并应靠近负荷集中地点和设在电源来线一侧。2） 变电站（变压器）应选择在高压线附近。3） 变压器应安设在供电范围的负荷中心，使其投入运行时线路损耗最小，并能满足电压要求。当配电电压在380V时，供电半径不宜大于700m，一般供电半径以500m为宜。即高压变电站之间的距离一般为1000m左右。4） 洞内变压器应安设在干燥的避车洞或不用的横向通道处，变压器与周围上下洞壁的距离不得小于30cm，并按规定设置安全防护。3 供电线路布置及导线选择隧道施工供电电压一般采用三相五线400/230（V）。长大隧道可用610kV，动力机械的电压标准是380V；成动地段照明可采用220V，工作地段照明和手持电动工具按规定选用安全电压供电。供电线路布置和安装的技术要求如下：1）成洞地段固定的电线路，应使用绝缘良好的胶皮线架设；施工地段的临时电线路宜采用橡套电缆；竖井、斜井宜采用铠装电缆。2）照明和动力线路安装在同一侧时，必须分层架设。电线悬挂高度距人行地面的距离，110V以下时，不应小于2m；400V时，应大于2.5m；610kV时，应大于3.5m。3）涌水隧道的电动排水设备、竖井内的电气装置，应采用双回路供电，并有可靠的切换装置。4）36V低压变压器应设在安全、干燥处，机壳接地，供电线路长度不应大于100m。5）动力干线上的每一支线，必须装设开关及保险丝具。严禁在动力线路上加挂照明设施。6）输电干线或动力、照明线路安装，在同一侧分层架设的原则是：高压线在上、低压线在下，支线在下；动力线在上，照明线在下。且应在风、水管路相对的一侧。4 长大隧道高压供电（1）高压系统布置当隧道独头掘进2000m以上，采用10kV高压送电进洞，在洞外高压线路T接点下端安装隔离开关、高压负荷开关及阀型避雷器各一组，高压铠装电缆由负荷开关出线端接入，洞内采用箱式变电站，铁路单线隧道应在洞内1000米左右左侧开挖宽5米,深3米,高3米的变配电洞室,喷锚支护,底部高出地面0.5米，并用围栏遮护。高压电缆的洞外段有两种敷设方法，一是埋地引入，二是架空引入；电缆进入隧道内沿低压线路上方敷设，与低压线路保持1m距离，电缆可通过在隧道边墙上设置的挂钩来支承，为保持电缆的顺直，挂钩每35m左右设置一个为宜，挂钩与电缆接触部位套上塑料绝缘管，防止挂伤电缆表皮。（2）线路架设一般要求1）洞内10kV供电线路选用应选用YJLV交联阻燃高压电缆，电缆线路终端使用热缩终端电缆头或预铸型终端电缆头；2）洞内敷设的高压电缆，在洞外与架空高压线连接时，安装相同电压等级的阀型避雷器一组及相应开关设备；3）成洞地段用10kV高压电缆送电以及洞内设置10kV变电站时，除符合铁道部现行的铁路电力施工规范的有关规定外，并制定保证安全的措施；4）高压电缆终端头及电缆接头的制作，严格遵守制作工艺规程，由经过培训并持证上岗的专业电气人员进行操作；5）电力电缆接地线采用铜绞线或镀锡铜编织线，其截面面积一般不小于16mm2；电缆终端上作明显的相色标志，且必须与系统的相位一致。6）洞内接地装置：沿水沟方向在水沟内锚入8根长1.2米的40钢管锚杆，用钢条焊接连接，并和洞内就近钢拱架、锚杆连接，组成洞内接地系统，接地电阻应小于4欧。5 施工照明隧道施工一般采用电灯照明。在满足隧道照明的前提下尽量采用采用高压钠灯、钪钠灯、钠铊铟灯等节能新光源。要求光线充足均匀。施工作业地段照明，必须使用安全变压器配电，其规格为：输入电压为380V，输出电压为36V，根据作业面照度要求选用变压器容量。表5 隧道施工各地段的照明标准工作地段灯头距离（m）悬挂高度（m）灯具容量（W）施工作业面不少于15W/m2（断面较大可适当采用投光灯）开挖地段和作业地段422.560运输巷道52.5360特殊作业地段或不安全因素较多地段2335100成洞地段：用白炽灯时 用日光灯照明时68101545456040竖井内360表6 新光源洞内外照明布置工作地段照明布置开挖面后40m以内作业段两侧用36V、500W卤钨灯各2盏（或300W卤钨灯7盏，以不大于2000W为准），灯炮距离隧道底面4m开挖面后40100m区段安设2盏400W高压钠灯和2盏400W钠铊灯，间距15m，灯泡距隧道底面高5m开挖面后的100m至成洞末端每隔40m左右各设计400W高压钠灯1盏模板台车衬砌作业段台车前后1015m，增设400W高压钠灯各1盏，台车上亮度不足时，增设36V、300W或500W卤钨灯成洞地段每隔40m安装400W高压钠灯1盏斜井、竖井井身掌子面及喷砼作业面使用36V、500W卤钨灯，已施工井身部分选用小功率220V高压钠灯，间距：混合井30m安装1盏，主副井每25m安装1盏洞外场地每隔200m安装高压钠灯1盏5.4 通讯隧道施工手机信号无法覆盖，短距离采用对讲机，长距离有线电话与洞外调度联系，确保施工正常有序。5.4.1工艺流程：选择信号方式信号线路布置电话机移动。5.4.2 操作步骤及方法：1 选择信号方式隧道刚进洞，选择对讲机与洞外调度联系，随着隧道施工深入，选择有线电话与洞外调度联系，或和当地移动部门联系，采用接线方式，在最近洞室安装接收器，确保联络畅通。2 信号线路布置1）保护电话电线的线管采用钢管，布置在不易被机械、落石损伤的地方，并宜顺着风、水管路布置。2）电话机采用防水、防震、防火的防爆电话，电话机宜安装在距工作面最近的洞室或有防护设施的台架上。3 电话机、移动信号接收器移动随着隧道施工深入，应及时将电话机、移动信号接收器移动至距离掌子面最近的洞室或有防护设施的台架上，并确保每次移动线路连接正常。6 劳动力组织表7 劳动力组织表序号名 称人 数职 责1副经理1指挥、协调2空压机司机3检查机器作业过程、保养等3管路工3检查、养护风水、信号线管路4电工班3施工用电检查、维护、接线等7 质量控制7.1 空压机站应有防水、降温、保温、防雷击设施。隧道工作面使用风压应不小于0.5MPa，水压不小于0.3MPa。7.2 隧道施工用水应符合水质要求，生活用水应符合国家饮水的水质标准。7.3 风、水管路使用中应有专人负责检查、养护；冬季应注意管道保温。7.4 隧道供电电压应符合下列要求：7.4.1 隧道应采用400/230V三相五线系统供电。7.4.2 动力设备应采用三相380V。7.4.3 隧道照明、成洞地段和不作业地段可用220V，一般作业地段不宜大于36V，手提作业灯为1224V。7.4.4 选用的导线截面应使线路末端的电压降不得大于10；36V及24V线不得大于5。7.4.5 对各种电气设备和输电线路应有专人经常进行检查维修。8 安全措施8.1 隧道施工用水及生活用水必须进行化验鉴定，并采取相应的处理和防护措施，合格者才能使用。8.2 应遵守电工安全作业规程的有关规定，电工必须持岗位合格证书上岗。通风机有备用量，宜为计算风力的50。8.3 线路及接头不许有裸露，要经常检查，发现裸露应立即包扎。8.4 各种过电流保护装置不应加大