・隧道/地下工程・
麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术
孙凤玲
(中铁二十局集团第五工程有限公司,昆明 650200)
摘 要:随着我国公路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、通风系统,应根据隧道施工的难度和隧道实际情况采取合理的布设方案,为顺利施工创造良好环境。结合麦积山隧道施工实例,详细介绍施工过程中通风、供水和配电方面的措施。关键词:公路隧道;通风;供水;配电;施工中图分类号:U45514 文献标识码:B文章编号:1004-2954(2010)04-0071-03
发电机必须安装在洞外配电室旁。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,就考虑把自发电升压到10kV,再并联到10。211 (,2台630kVA变压器,接(2)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、混凝土输送泵及掌子面装砟机械用电,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)施工完毕的紧急停车带安全地段。照明和动力线路分开、架空布设,确保隧道作业地段有足够照明和洞内动力用电。212 3号竖井供电
在竖井口施工安装400kVA变压器从高压电线接入电源,供施工生活用电。213 备用电源在隧道出口配备2台325kW柴油发电机和3号竖井配备1台250kW发电机组作为备用电源。为了满足需要对变配电方案作了一些改进,2台325kVA的发电机容量已经达到要求,并且2台发电机的型号、容量和输出电压都相同,因此可以并联发电。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,将会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。一旦10kV高压线路出现故障,就会造成整个隧道内停电,维修起来也特别困难,最快恢复也需要1h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。在安装10kV高压线路时必须认真,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时,以最快的速度,最短时间内送上电。3 隧道施工供水311 隧道正洞供水
1 工程概况
,,穿越秦
岭主脊,出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+542～ZK34+828,全长12286m,右线起讫桩号为YK22+518～YK34+808,全长12290m,为亚洲第二长双线公路隧道。设计为双向四车道,设计行车速度80km/h。隧道净宽10125m,净高510m,纵坡为1158%,最大埋深489m。该隧道穿越秦岭北麓,地形复杂,相对高差大,海拔1270～1840m。地质构造复杂,规模不等的断层、褶皱发育。
本隧道有以下几个工程特点:独头掘进长,该隧道4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;围岩结构复杂多变,本隧道穿越Ⅱ～Ⅴ级围岩。岩石节理发育,渗水量大,给掘进施工带来困难;隧道施工通风难度大,最小通风段长度3012m;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。加之工期紧,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配电、供水和通风方案的选择进行介绍。2 施工配电
在特长隧道施工中,随着开挖断面的向前掘进,各种用电设备紧随其后。为了保证各种用电设备的正常运转,10kV高压电就必须进洞。根据施工要求,备用
收稿日期:2010-01-12
作者简介:孙凤玲(1971—),女,工程师,1999年毕业于兰州铁道学院。
在隧道洞口山坡上修200m高压水池并铺设抽
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(4)
3
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・隧道/地下工程孙凤玲—麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术
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。因麦积山隧道纵坡为1158%(反向),在隧道掘进3500m左右,在3号竖井处修筑蓄水池,用于掌子面施工用水,能保证013MPa以上的水头压力,有效节省了水管投入量。312 3号竖井供水
利用竖井附近的溪水修蓄水池拦蓄水,用多级泵
3
提升到竖井山坡上修50m的高压水池,并铺设抽水管道,确保施工用水和生活用水。313 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号竖井后,处安设垂直排水管,井下蓄水池,利用高压水泵通过34 隧道通风
压入式和抽出式通风时,风机根据掘进深度采取动态方案,确保掌子面和二衬施工地段空气新鲜。同
时在通风竖井安设轴流风机辅助自然通风,使污染空气快速流动。41112 风机选型
通过计算洞内允许的最小供风量为施工人员所需的750m/min,机械达到最佳施工效率所需的供风量
3
为2160m/min。确定麦积山隧道左线出口选用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。412 根据掘进深度采取的通风措施因35178m以后,:从隧道洞口采;在隧道XK32+m,地形低洼处)左侧25m处增加临时(井深70m),解决阶段排风出口。41211 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。
(1)送风在隧道口处安装1台264kW的轴流风机,距离隧道洞口至掘进方向1500m处串联1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2000m内的送风要求,可保证掌子面的风量和风压要求。
(2)排风依靠2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(图3)
。
3
麦积山隧道运营通风方案设计了4个通风竖井(图1)。此隧道采用4个洞口4个工作面独头掘进的方式进行施工,在施工时,通风难度最大的就是左线出口段,最长通风距离5178m,因此通风方案的设计、机具选型等方面对施工安全、职业健康、施工能否顺利显得尤为重要
。
图1 运营通风竖井布置(单位:m)
411 通风方案的制定41111 通风方案选择
选择混合式通风和自然通风相结合的方式(图
2)
。
图3 2000m内通风方案(单位:m)
41212 临时通风竖井投入使用后的通风方案(2000
图2 隧道通风方案
～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。
(1)送风
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(4)
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孙凤玲—麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术
・隧道/地下工程・
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1800m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1800m左右后,串联1台264kW风机向工作面送风。
(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1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。由于大量洞内出砟行车排烟,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(图4)
。
污风。
413 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2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风筒,根据台车外形尺寸直径加工成折线行,,同时软,以便台车移动能很好通过方案实施,麦积山隧道左线出口在3000m以前采取混合机械通风和临时竖井排风措施,洞内环境非常良好;但在3000～5000m利用4号竖井进行排烟,虽然能保证掌子面和二衬地段空气质量良好外,在二衬距临时竖井间仍涡旋着污染空气,施工中采取增加射流风机数量,也解决了此区间行车的空气质量。隧道施工中影响通风效果的其他因素很多,如洞外气候、工序的配合、并行隧道施工的相互串烟以及人为的片面节省意图等,也直接影响着隧道洞内通风效果。采用以上通风措施,基本保证了施工通风标准,为隧道顺利掘进创造了条件。5 结语
图4 2000～3000(单位:m)
41213 3000～5200m的通风方案
3000～5200m施工段采取利用4号运营竖井排
风方案(图5)
。
特长隧道的施工,关键是施工前期做好三大系统(风、水、电)的方案选定工作,尤其是独头掘进在5000m以上隧道,三大系统方案选择好坏直接关系到隧道施工安全、质量和掘进速度。笔者认为,独头掘进超过5km的隧道施工,应考虑采取有轨运输,这样才能有效保证洞内施工环境、安全、质量和进度。本文重点介绍了麦积山隧道左线进口段施工中采取的通风、供水和配电措施,以供同类隧道施工以借鉴。参考文献:
[1] 李良洪,等.电工手册[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2] 史天生,等.井巷设计基础[M].北京:中国矿业大学出版
图5 3000～5200m区间通风方案(单位:m)
(1)送风
在1号轴流风机位置不动,根据隧道的掘进,再在
前端增加1台110kW风机(串接)向掌子面送风。
(2)排风在4号竖井附近行车横洞处安装1台132kW轴流排风机,利用风筒将污风引排至4号竖井口。在中部安放2台22kW射流风机辅助排风。41214 5200m以后通风方案
掌子面掘进至5200m以后利用3号竖井排风,此时将1号轴流风机移至距3号竖井1000m向掌子面送风。将132kW排风机移至3号竖井联络道口排出
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(4)
社,1990.
[3] 赵军喜.通风技术对隧道快速施工影响的研究[J].铁道标准设
计,2005(4).
[4] 赖涤泉.隧道施工通风与防尘[M].北京:中国铁道出版社,1994.[5] 黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001.[6] 冯跃龙.夹活岩隧道通风方案计算分析[J].铁道标准设计,2006
(10).
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麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术
孙凤玲
(中铁二十局集团第五工程有限公司,昆明 650200)
摘 要:随着我国公路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、通风系统,应根据隧道施工的难度和隧道实际情况采取合理的布设方案,为顺利施工创造良好环境。结合麦积山隧道施工实例,详细介绍施工过程中通风、供水和配电方面的措施。关键词:公路隧道;通风;供水;配电;施工中图分类号:U45514 文献标识码:B文章编号:1004-2954(2010)04-0071-03
发电机必须安装在洞外配电室旁。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,就考虑把自发电升压到10kV,再并联到10。211 (,2台630kVA变压器,接(2)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、混凝土输送泵及掌子面装砟机械用电,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)施工完毕的紧急停车带安全地段。照明和动力线路分开、架空布设,确保隧道作业地段有足够照明和洞内动力用电。212 3号竖井供电
在竖井口施工安装400kVA变压器从高压电线接入电源,供施工生活用电。213 备用电源在隧道出口配备2台325kW柴油发电机和3号竖井配备1台250kW发电机组作为备用电源。为了满足需要对变配电方案作了一些改进,2台325kVA的发电机容量已经达到要求,并且2台发电机的型号、容量和输出电压都相同,因此可以并联发电。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,将会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。一旦10kV高压线路出现故障,就会造成整个隧道内停电,维修起来也特别困难,最快恢复也需要1h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。在安装10kV高压线路时必须认真,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时,以最快的速度,最短时间内送上电。3 隧道施工供水311 隧道正洞供水
1 工程概况
,,穿越秦
岭主脊,出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+542～ZK34+828,全长12286m,右线起讫桩号为YK22+518～YK34+808,全长12290m,为亚洲第二长双线公路隧道。设计为双向四车道,设计行车速度80km/h。隧道净宽10125m,净高510m,纵坡为1158%,最大埋深489m。该隧道穿越秦岭北麓,地形复杂,相对高差大,海拔1270～1840m。地质构造复杂,规模不等的断层、褶皱发育。
本隧道有以下几个工程特点:独头掘进长,该隧道4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;围岩结构复杂多变,本隧道穿越Ⅱ～Ⅴ级围岩。岩石节理发育,渗水量大,给掘进施工带来困难;隧道施工通风难度大,最小通风段长度3012m;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。加之工期紧,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配电、供水和通风方案的选择进行介绍。2 施工配电
在特长隧道施工中,随着开挖断面的向前掘进,各种用电设备紧随其后。为了保证各种用电设备的正常运转,10kV高压电就必须进洞。根据施工要求,备用
收稿日期:2010-01-12
作者简介:孙凤玲(1971—),女,工程师,1999年毕业于兰州铁道学院。
在隧道洞口山坡上修200m高压水池并铺设抽
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(4)
3
71
・隧道/地下工程孙凤玲—麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术
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。因麦积山隧道纵坡为1158%(反向),在隧道掘进3500m左右,在3号竖井处修筑蓄水池,用于掌子面施工用水,能保证013MPa以上的水头压力,有效节省了水管投入量。312 3号竖井供水
利用竖井附近的溪水修蓄水池拦蓄水,用多级泵
3
提升到竖井山坡上修50m的高压水池,并铺设抽水管道,确保施工用水和生活用水。313 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号竖井后,处安设垂直排水管,井下蓄水池,利用高压水泵通过34 隧道通风
压入式和抽出式通风时,风机根据掘进深度采取动态方案,确保掌子面和二衬施工地段空气新鲜。同
时在通风竖井安设轴流风机辅助自然通风,使污染空气快速流动。41112 风机选型
通过计算洞内允许的最小供风量为施工人员所需的750m/min,机械达到最佳施工效率所需的供风量
3
为2160m/min。确定麦积山隧道左线出口选用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。412 根据掘进深度采取的通风措施因35178m以后,:从隧道洞口采;在隧道XK32+m,地形低洼处)左侧25m处增加临时(井深70m),解决阶段排风出口。41211 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。
(1)送风在隧道口处安装1台264kW的轴流风机,距离隧道洞口至掘进方向1500m处串联1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2000m内的送风要求,可保证掌子面的风量和风压要求。
(2)排风依靠2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(图3)
。
3
麦积山隧道运营通风方案设计了4个通风竖井(图1)。此隧道采用4个洞口4个工作面独头掘进的方式进行施工,在施工时,通风难度最大的就是左线出口段,最长通风距离5178m,因此通风方案的设计、机具选型等方面对施工安全、职业健康、施工能否顺利显得尤为重要
。
图1 运营通风竖井布置(单位:m)
411 通风方案的制定41111 通风方案选择
选择混合式通风和自然通风相结合的方式(图
2)
。
图3 2000m内通风方案(单位:m)
41212 临时通风竖井投入使用后的通风方案(2000
图2 隧道通风方案
～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。
(1)送风
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(4)
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孙凤玲—麦积山特长隧道施工通风、供水、配电技术
・隧道/地下工程・
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1800m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1800m左右后,串联1台264kW风机向工作面送风。
(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1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。由于大量洞内出砟行车排烟,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(图4)
。
污风。
413 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2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风筒,根据台车外形尺寸直径加工成折线行,,同时软,以便台车移动能很好通过方案实施,麦积山隧道左线出口在3000m以前采取混合机械通风和临时竖井排风措施,洞内环境非常良好;但在3000～5000m利用4号竖井进行排烟,虽然能保证掌子面和二衬地段空气质量良好外,在二衬距临时竖井间仍涡旋着污染空气,施工中采取增加射流风机数量,也解决了此区间行车的空气质量。隧道施工中影响通风效果的其他因素很多,如洞外气候、工序的配合、并行隧道施工的相互串烟以及人为的片面节省意图等,也直接影响着隧道洞内通风效果。采用以上通风措施,基本保证了施工通风标准,为隧道顺利掘进创造了条件。5 结语
图4 2000～3000(单位:m)
41213 3000～5200m的通风方案
3000～5200m施工段采取利用4号运营竖井排
风方案(图5)
。
特长隧道的施工,关键是施工前期做好三大系统(风、水、电)的方案选定工作,尤其是独头掘进在5000m以上隧道,三大系统方案选择好坏直接关系到隧道施工安全、质量和掘进速度。笔者认为,独头掘进超过5km的隧道施工,应考虑采取有轨运输,这样才能有效保证洞内施工环境、安全、质量和进度。本文重点介绍了麦积山隧道左线进口段施工中采取的通风、供水和配电措施,以供同类隧道施工以借鉴。参考文献:
[1] 李良洪,等.电工手册[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2] 史天生,等.井巷设计基础[M].北京:中国矿业大学出版
图5 3000～5200m区间通风方案(单位:m)
(1)送风
在1号轴流风机位置不动,根据隧道的掘进,再在
前端增加1台110kW风机(串接)向掌子面送风。
(2)排风在4号竖井附近行车横洞处安装1台132kW轴流排风机,利用风筒将污风引排至4号竖井口。在中部安放2台22kW射流风机辅助排风。41214 5200m以后通风方案
掌子面掘进至5200m以后利用3号竖井排风,此时将1号轴流风机移至距3号竖井1000m向掌子面送风。将132kW排风机移至3号竖井联络道口排出
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2010(4)
社,1990.
[3] 赵军喜.通风技术对隧道快速施工影响的研究[J].铁道标准设
计,2005(4).
[4] 赖涤泉.隧道施工通风与防尘[M].北京:中国铁道出版社,1994.[5] 黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001.[6] 冯跃龙.夹活岩隧道通风方案计算分析[J].铁道标准设计,2006
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