輔助供風、水、電、通訊系統(tǒng)施工工藝工法.doc

輔助供風、水、電、通訊系統(tǒng)施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0317-2011 第五工程有限公司 張海龍 常亞1 前言1.1 工藝工法概況在隧道施工中，開挖、支護與襯砌等稱為基本作業(yè)。為了確?；咀鳂I(yè)各工序的順利進行，為其提供必要的施工條件和直接服務的其他作業(yè)，稱為輔助作業(yè)，其內(nèi)容包括供風、供水、供電、通訊系統(tǒng)等。我們通過多年隧道施工經(jīng)驗，不斷摸索、完善，經(jīng)總結(jié)形成本工法。1.2 工藝原理隧道施工供風系統(tǒng)通過供風量計算、供風設備選擇及安裝、供風管道選擇及設置、供風系統(tǒng)維護及安全注意事項；供水系統(tǒng)通過用水量估算、供水方案選擇、供水設備配置及安裝、供水管道選擇及布置、供水系統(tǒng)維護及安全注意事項；供電系統(tǒng)通過用電量計算、供電方式選擇及布置、供電設備配置及安裝、供電線路選擇與架設、照明布置、安全用電等；洞內(nèi)各工作面與洞外調(diào)度始終保持通訊暢通，確保各工序銜接正常及突發(fā)事故應急處理等。2 工藝工法特點合理的壓縮空氣、水量、電力供應，既能達到隧道內(nèi)正常工作，又能達到降低消耗、節(jié)約能源、降低成本及保證施工質(zhì)量。3 適用范圍本工法適用鐵路、公路、水工等隧道（瓦斯隧道除外）。4 主要引用標準4.1鐵路隧道工程施工技術(shù)指南（TZ 204）4.2電業(yè)安全工作規(guī)程（電力線路部分）（DL 409）4.3 鐵路工程施工技術(shù)手冊 隧道下冊。5 施工工藝5.1 供風5.1.1 工藝流程：計算空壓機站的供風能力空壓機的選擇空壓機站的布置風管的選擇管道安裝。5.1.2 操作步驟及方法：1 計算空壓機的供風能力空壓機的供風能力取決于耗風量的大小，并考慮一定的備用系數(shù)。耗風量包括隧道內(nèi)同時工作的各種風動機具的生產(chǎn)耗風量和由儲氣筒到風動機具沿途的損失?？諌簷C站總耗風量Q總可用下式來計算：Q總=Q（1+）KKm （m3/min） (5.1.2-1)式中：空壓機使用安全系數(shù)，電動空壓機為1.31.5，內(nèi)燃空壓機為1.361.6； K空壓機本身磨損而引起效率降低的修正系數(shù)，一般采用1.051.1； Km空壓機所處海拔高度對空壓機供風能力的影響系數(shù)，見表5.1.2-1； Q風動機具同時工作耗風量總和。 Q=q qn （m3/min） (5.1.2-2)其中 qn管道漏風系數(shù)，見表5.1.2-2；q同時工作的各種風動機具耗風量。 q=NqK同K磨 （m3/min） (5.1.2-3)其中 N使用臺數(shù)； q每臺耗風量，可參閱相關風動機械的技術(shù)性能表； K同風動機具同時工作系數(shù)，見表5.1.2-3； K磨風動機具磨損系數(shù)，對鑿巖機取1.15，其他取1.1.表1 海拔高度影響系數(shù)Km海拔高度0305610914121915241829213424382743304836584572Km1.01.031.071.101.141.171.221.271.311.361.401.511.66表2 管道漏風系數(shù)qn管路總長度（km）1.0122漏風系數(shù)/qn1.101.151.2表3 風動機具同時工作系數(shù) K同 鑿巖機（包括風鎬）其他風動工具（包括鑿巖臺車）同時工作臺數(shù)K同同時工作臺數(shù)K同11010.85 11.011300.850.75210.75300.750.65 30.750.60 40.600.552 空壓機的選擇根據(jù)計算確定的隧道總耗風量，選擇合適的空壓機和適當容量的儲風筒。當一臺空壓機不能滿足供風需要時，可選擇多臺空壓機組或大功率空壓機。為便于操作和維修，宜采用同類型的空壓機，考慮到施工中風量負荷的不均勻，為避免空壓機的回風空轉(zhuǎn)，可選擇一臺小容量（一般為其他空壓機容量的一半）的空壓機進行組合?？諌簷C一般分有電力和內(nèi)燃兩類，一般采用電力空壓機，在電力缺乏或電力安裝過渡時期采用內(nèi)燃空壓機。3 空壓機站的布置空壓機站應設在空氣潔凈、通風良好、地基穩(wěn)固且便于設備搬運之處，并應盡量靠近洞口，以縮短管路，減少管道漏風損耗。在大斷面長大隧道施工時，一般考慮將空壓機設置在洞內(nèi)距開挖面較近的地方。當有多個洞口需集中供風時，應選擇在適當位置，使管路損耗盡量減少。4 風管的選擇風管的選擇應滿足工作風壓不小于0.5MPa的要求。為保證工作風壓，根據(jù)供風最長距離計算，選擇風管口徑，同時滿足鋼管終端的風壓不得小于0.6MPa，通過膠皮風管輸送至風動機具的工作風壓不得小于0.5MPa?？諌簷C生產(chǎn)的壓縮空氣在運輸過程中，由于管壁摩擦、接頭、閥門等產(chǎn)生阻力，其壓力會損失，尤其是連接鋼管與風動機具的膠皮風管，其壓力損失較大，一般應盡量縮短其使用的長度。5 管道的安裝管道的安裝應符合下列要求：1）管道敷設應平順、接頭嚴密、防止漏風，凡有裂紋、創(chuàng)傷、凹陷等現(xiàn)象的鋼管不能使用。2）在洞外地段，風管長度超過300m、溫度變化較大時，宜安裝伸縮器；靠近空壓機150m以內(nèi)，風管的法蘭盤接頭宜用耐熱材料制成墊片，如石棉襯墊等。3）壓風管道在總輸出管道上，必須安裝總閘閥，以便控制和維修管道；主管上每隔300500m應分裝閘閥；按施工要求，在適當?shù)囟危ㄒ话忝扛?0m）加設一個三通接頭備用；管道前端至開挖面距離宜保持在30m左右，并用高壓軟管接分風器；分部開挖法通往各工作面的軟管長度不宜大于50m，與分風器聯(lián)結(jié)的膠皮軟管長度不宜大于10m。4）主管長度大于1000m時，應在管道最低處設置油水分離器，定期放出管中聚積的油水，以保持管內(nèi)清潔與干燥。5）管道安裝前應進行檢查，鋼管內(nèi)不得留有殘雜物和其他臟物；各種閘閥在安裝前應拆開清洗，并進行水壓強度試驗，合格者方能使用。6）管道在洞內(nèi)敷設在電纜、電線的另一側(cè)，并與運輸軌道有一定距離，管道高度一般不應超過運輸軌道的軌面，若管徑較大而超過軌面，應適當增大距離。如與水溝同側(cè)時，不應影響水溝排水。5.2 供水5.2.1工藝流程：估算用水量選擇水源確定供水方式修筑（安裝）供水設備水管的選擇與布置。5.2.2 操作步驟及方法：1 估算用水量總用水量包括生產(chǎn)、生活、消防所需的耗水量。1）生產(chǎn)用水 隧道施工用水根據(jù)工程規(guī)模大小、機械化程度、施工進度、施工人員數(shù)量和氣候條件等確定。其中隧道內(nèi)施工用水主要分為：開挖時鑿巖機用水、混凝土攪拌用水、混凝土噴射用水、注漿用水及清潔用水等幾個方面，在初步概略估算時，可參考表5.2.1來估算一晝夜的總用水量。表4 隧道施工用水量估算表用途單位耗水量（m3）說明鑿巖機用水t/(h.臺)0.2噴霧灑水用水t/(min.臺)0.03按每次放炮后噴霧30min襯砌用水t/h1.5包括洗石、拌和、養(yǎng)生空壓機用水t/(d.臺)5按其循環(huán)使用考慮浴池用水t/d15生活用水t/(d.人)0.12） 生活用水 一般可按下列參考指標估算，并與上表生活耗水量估算對照。一般生產(chǎn)工人平均每人耗水量0.10.15 m3/d；對于非生產(chǎn)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為臨時住房，相應標準較低，除按消防要求在設計、施工及臨房布置等方面做好防火工作外，還應按臨時房屋每3000m2、消防耗水量（1520）L/s、滅火時間0.51h計算消防用水量，以防不測。2 選擇水源隧道施工常用的水源有高山自然水、山上泉水、河水、鉆井抽水、洞內(nèi)地下水源等。應根據(jù)工程的實際情況選用水源，選擇原則如下：1）當生活、生產(chǎn)用水位置高差很大，系統(tǒng)供水有困難時，可采用分別選擇水源。2）當水源低于蓄水池最低高程要求，則需建立抽水站、高壓水池等，抽水設置可采用自動上水無塔增壓裝置，通過改變水箱內(nèi)水面氣壓的大小，而達到水面上升高度，既可完成低水高調(diào)，又能實現(xiàn)高壓供水。3）當水源高于最低高程要求，則無需建立抽水站，但要注意水源是否充足，如在枯水季節(jié)，自然水不能滿足要求時，采用淺井或管井取地下水。3 確定供水方式供水方式主要根據(jù)水源實際情況選定。將水源的水自然引導或采用機械提升到蓄水池儲蓄，并通過水管送達使用地點。在高寒山區(qū)及缺水地區(qū)，則可采用汽車安裝水箱運水，或分級抽水長距離管路供水。4 修筑（安裝）供水設備1）蓄水池 蓄水池一般修建在洞口附近上方，但應避免設在隧道頂上或其他危及隧道安全的部位，其高差應能保證最高用水點的水壓要求。當采用機械或部分機械提升時，應備有抽水機。水池結(jié)構(gòu)應盡量簡單，確保不漏水，一般采用石砌，根據(jù)地形條件用埋置式或半埋置式。當?shù)匦螚l件受限制不能埋置時，也可采用修建水塔或用鋼板焊接水箱等方式。水池的容量結(jié)合水源流量考慮，當水源供給流量大于用水高峰流量，池存水能及時補給，其容積一般有2030m3即可滿足；若水源流量小于隧道施工用水量，則根據(jù)每班最大用水量并考慮必要儲備來計算水池容積，如下式： V=24ac(Qc+Qs) (m3) (5.2.2-1)式中 V水池容積(m3)； a調(diào)節(jié)水量系數(shù)，一般用1.11.2； c儲水系數(shù)（為水池容量/晝夜用水量），晝夜用水量小于1000 m3時，用1/41/6；晝夜用水量小于10002000 m3時，用1/61/8； Qc生產(chǎn)用水量（m3/h)； Qs生產(chǎn)用水量（m3/h)。 消防用水在用水低谷時注滿消防池，故計算時不予考慮。 水池位置至配水點的高差H（m）可按下式計算： H1.2h+ahf (5.2.2-2)式中 h配水點要求水頭（m），例如濕式鑿巖需要水壓為0.3MPa，則h=30m； a水頭損失系數(shù)（按管道水頭損失510計算），a=1.051.10； hf管道內(nèi)水頭損失（m），確定用水量后（一般按m3/h計）選用鋼管內(nèi)徑，按鋼管水力計算而得。2）水泵與抽水泵設置揚程計算 H=h+ahf (5.2.2-3)式中 h水池與水源之間的高差（m）； a及hf意義同前。泵房設置臨時抽水泵房的要求，按臨時房屋有關規(guī)定辦理。水泵在安裝前，按圖紙檢查基礎的位置，預留管道孔洞等各部分尺寸是否符合要求，水泵底座位置經(jīng)校核后，方能灌注水泥砂漿并固定地腳螺栓。5 水管的選擇與布置供水管道的管徑可根據(jù)下列公式計算：D=1.13 (m) (5.2.2-4) 式中 Q用水點總用水量（m3/h)； V在管道內(nèi)的流速，一般不大于3m3/s、不小于0.5m3/s。 供水管道的布置應符合下列要求：1） 管道敷設要求平順、短直且彎頭少，干路管徑盡可能一致，接頭嚴密不漏水。2） 管道沿山順坡敷設懸空跨距較大時，應根據(jù)計算來設立支柱承托，支撐點與水管之間加木墊。3） 水池的輸出管應設總閘閥，干路管道每隔300500m應安裝閘閥一個，以便維修和控制管道。管道閘閥布置還應考慮一旦發(fā)生管道故障能夠暫時由水池或水泵房供水的布置方案。4） 給水管道應安設在電線路的異側(cè)，不應妨礙運輸和行人，并設專人負責檢查養(yǎng)護。5） 管道前端至開挖面，一般保持的距離為30m，用直徑50mm高壓軟管接分水器，中間預留異徑三通，至其他工作面供水使用軟管連接，其長度不宜超過50m。6） 如利用高山水池，其自然壓頭超過所需水壓時，應進行減壓，一般是在管路中段設中間水池作為過渡站，也可直接利用減壓閥來降低管道中水流的壓力。7）冬季寒冷地帶施工時，為防止管道凍結(jié)，采取深溝掩埋管道；雨季洪水沖刷的沙土要在冬季來臨之前填土，防止土層過淺；埋設前在管道、地面包裹稻草、塑料泡沫、鋸末等保溫材料。5.3 供電隧道施工用電，包括生產(chǎn)用電及生活用電等。5.3.1工藝流程估算施工總用電量選擇供電方式供電線路布置及導線選擇施工照明和施工用電。5.3.2 操作步驟及方法：1 估算施工總用電量 根據(jù)估算用電量來選擇變壓器，其容量等于或稍大于施工總用電量，一般在實際使用時，使變壓器承受的用電負荷達到額定容量的60左右為佳。具體可按下述兩種方法進行估算：1） 同時考慮施工現(xiàn)場的動力和照明 S總=K(P1K1/cos)K2+P2K3式中 S總施工總用電量（kVA）； K備用系數(shù)，一般取1.051.10； P1整個工地動力設備的額定輸出功率總和（kW）； P2整個工地照明用電量總和（kW）； 動力設備的平均效率，采用0.830.88；通常取0.85進行計算；cos平均功率因數(shù)，采用0.50.7；K1動力設備同時使用系數(shù)，通風機的同時用電系數(shù)為0.80.9，施工電動機械同時用電系數(shù)為0.650.75；K2動力負荷系數(shù)，主要考慮不同類型設備帶負荷工作時的情況，一般取0.751；K3照明設備同時使用系數(shù)，一般取0.60.9。2） 只考慮動力負荷 當照明用電相對于用電而言，所占比例較少時，為簡化計算，可在動力用電量之外加1020，作為總用電量，公式如下：S動= (Pi/cos)K1K2 S總=(1.11.2) S動式中 S動現(xiàn)場動力設備所需的用電量；其他符號同上，當采用大型用電設備時，K1可取1.0進行計算。2 選擇供電方式供電方式可采用自設發(fā)電站供電或利用地方電網(wǎng)供電。一般只有在地方供電不能滿足施工用電需要，或施工現(xiàn)場距離地方電網(wǎng)太遠時，才采用自設發(fā)電站供電。根據(jù)估算的施工總用電量選擇變壓器，其容量應等于或稍大于施工總用電量，在實際使用時，以變壓器承受的用電負荷達到額定容量的60左右為佳。變壓器位置設在便于運輸、運行、檢修和地基穩(wěn)固、安全可靠的地方，具體布置滿足以下要求：1） 隧道洞外變點站宜設在洞口附近，并應靠近負荷集中地點和設在電源來線一側(cè)。2） 變電站（變壓器）應選擇在高壓線附近。3） 變壓器應安設在供電范圍的負荷中心，使其投入運行時線路損耗最小，并能滿足電壓要求。當配電電壓在380V時，供電半徑不宜大于700m，一般供電半徑以500m為宜。即高壓變電站之間的距離一般為1000m左右。4） 洞內(nèi)變壓器應安設在干燥的避車洞或不用的橫向通道處，變壓器與周圍上下洞壁的距離不得小于30cm，并按規(guī)定設置安全防護。3 供電線路布置及導線選擇隧道施工供電電壓一般采用三相五線400/230（V）。長大隧道可用610kV，動力機械的電壓標準是380V；成動地段照明可采用220V，工作地段照明和手持電動工具按規(guī)定選用安全電壓供電。供電線路布置和安裝的技術(shù)要求如下：1）成洞地段固定的電線路，應使用絕緣良好的膠皮線架設；施工地段的臨時電線路宜采用橡套電纜；豎井、斜井宜采用鎧裝電纜。2）照明和動力線路安裝在同一側(cè)時，必須分層架設。電線懸掛高度距人行地面的距離，110V以下時，不應小于2m；400V時，應大于2.5m；610kV時，應大于3.5m。3）涌水隧道的電動排水設備、豎井內(nèi)的電氣裝置，應采用雙回路供電，并有可靠的切換裝置。4）36V低壓變壓器應設在安全、干燥處，機殼接地，供電線路長度不應大于100m。5）動力干線上的每一支線，必須裝設開關及保險絲具。嚴禁在動力線路上加掛照明設施。6）輸電干線或動力、照明線路安裝，在同一側(cè)分層架設的原則是：高壓線在上、低壓線在下，支線在下；動力線在上，照明線在下。且應在風、水管路相對的一側(cè)。4 長大隧道高壓供電（1）高壓系統(tǒng)布置當隧道獨頭掘進2000m以上，采用10kV高壓送電進洞，在洞外高壓線路T接點下端安裝隔離開關、高壓負荷開關及閥型避雷器各一組，高壓鎧裝電纜由負荷開關出線端接入，洞內(nèi)采用箱式變電站，鐵路單線隧道應在洞內(nèi)1000米左右左側(cè)開挖寬5米,深3米,高3米的變配電洞室,噴錨支護,底部高出地面0.5米，并用圍欄遮護。高壓電纜的洞外段有兩種敷設方法，一是埋地引入，二是架空引入；電纜進入隧道內(nèi)沿低壓線路上方敷設，與低壓線路保持1m距離，電纜可通過在隧道邊墻上設置的掛鉤來支承，為保持電纜的順直，掛鉤每35m左右設置一個為宜，掛鉤與電纜接觸部位套上塑料絕緣管，防止掛傷電纜表皮。（2）線路架設一般要求1）洞內(nèi)10kV供電線路選用應選用YJLV交聯(lián)阻燃高壓電纜，電纜線路終端使用熱縮終端電纜頭或預鑄型終端電纜頭；2）洞內(nèi)敷設的高壓電纜，在洞外與架空高壓線連接時，安裝相同電壓等級的閥型避雷器一組及相應開關設備；3）成洞地段用10kV高壓電纜送電以及洞內(nèi)設置10kV變電站時，除符合鐵道部現(xiàn)行的鐵路電力施工規(guī)范的有關規(guī)定外，并制定保證安全的措施；4）高壓電纜終端頭及電纜接頭的制作，嚴格遵守制作工藝規(guī)程，由經(jīng)過培訓并持證上崗的專業(yè)電氣人員進行操作；5）電力電纜接地線采用銅絞線或鍍錫銅編織線，其截面面積一般不小于16mm2；電纜終端上作明顯的相色標志，且必須與系統(tǒng)的相位一致。6）洞內(nèi)接地裝置：沿水溝方向在水溝內(nèi)錨入8根長1.2米的40鋼管錨桿，用鋼條焊接連接，并和洞內(nèi)就近鋼拱架、錨桿連接，組成洞內(nèi)接地系統(tǒng)，接地電阻應小于4歐。5 施工照明隧道施工一般采用電燈照明。在滿足隧道照明的前提下盡量采用采用高壓鈉燈、鈧鈉燈、鈉鉈銦燈等節(jié)能新光源。要求光線充足均勻。施工作業(yè)地段照明，必須使用安全變壓器配電，其規(guī)格為：輸入電壓為380V，輸出電壓為36V，根據(jù)作業(yè)面照度要求選用變壓器容量。表5 隧道施工各地段的照明標準工作地段燈頭距離（m）懸掛高度（m）燈具容量（W）施工作業(yè)面不少于15W/m2（斷面較大可適當采用投光燈）開挖地段和作業(yè)地段422.560運輸巷道52.5360特殊作業(yè)地段或不安全因素較多地段2335100成洞地段：用白熾燈時 用日光燈照明時68101545456040豎井內(nèi)360表6 新光源洞內(nèi)外照明布置工作地段照明布置開挖面后40m以內(nèi)作業(yè)段兩側(cè)用36V、500W鹵鎢燈各2盞（或300W鹵鎢燈7盞，以不大于2000W為準），燈炮距離隧道底面4m開挖面后40100m區(qū)段安設2盞400W高壓鈉燈和2盞400W鈉鉈燈，間距15m，燈泡距隧道底面高5m開挖面后的100m至成洞末端每隔40m左右各設計400W高壓鈉燈1盞模板臺車襯砌作業(yè)段臺車前后1015m，增設400W高壓鈉燈各1盞，臺車上亮度不足時，增設36V、300W或500W鹵鎢燈成洞地段每隔40m安裝400W高壓鈉燈1盞斜井、豎井井身掌子面及噴砼作業(yè)面使用36V、500W鹵鎢燈，已施工井身部分選用小功率220V高壓鈉燈，間距：混合井30m安裝1盞，主副井每25m安裝1盞洞外場地每隔200m安裝高壓鈉燈1盞5.4 通訊隧道施工手機信號無法覆蓋，短距離采用對講機，長距離有線電話與洞外調(diào)度聯(lián)系，確保施工正常有序。5.4.1工藝流程：選擇信號方式信號線路布置電話機移動。5.4.2 操作步驟及方法：1 選擇信號方式隧道剛進洞，選擇對講機與洞外調(diào)度聯(lián)系，隨著隧道施工深入，選擇有線電話與洞外調(diào)度聯(lián)系，或和當?shù)匾苿硬块T聯(lián)系，采用接線方式，在最近洞室安裝接收器，確保聯(lián)絡暢通。2 信號線路布置1）保護電話電線的線管采用鋼管，布置在不易被機械、落石損傷的地方，并宜順著風、水管路布置。2）電話機采用防水、防震、防火的防爆電話，電話機宜安裝在距工作面最近的洞室或有防護設施的臺架上。3 電話機、移動信號接收器移動隨著隧道施工深入，應及時將電話機、移動信號接收器移動至距離掌子面最近的洞室或有防護設施的臺架上，并確保每次移動線路連接正常。6 勞動力組織表7 勞動力組織表序號名 稱人 數(shù)職 責1副經(jīng)理1指揮、協(xié)調(diào)2空壓機司機3檢查機器作業(yè)過程、保養(yǎng)等3管路工3檢查、養(yǎng)護風水、信號線管路4電工班3施工用電檢查、維護、接線等7 質(zhì)量控制7.1 空壓機站應有防水、降溫、保溫、防雷擊設施。隧道工作面使用風壓應不小于0.5MPa，水壓不小于0.3MPa。7.2 隧道施工用水應符合水質(zhì)要求，生活用水應符合國家飲水的水質(zhì)標準。7.3 風、水管路使用中應有專人負責檢查、養(yǎng)護；冬季應注意管道保溫。7.4 隧道供電電壓應符合下列要求：7.4.1 隧道應采用400/230V三相五線系統(tǒng)供電。7.4.2 動力設備應采用三相380V。7.4.3 隧道照明、成洞地段和不作業(yè)地段可用220V，一般作業(yè)地段不宜大于36V，手提作業(yè)燈為1224V。7.4.4 選用的導線截面應使線路末端的電壓降不得大于10；36V及24V線不得大于5。7.4.5 對各種電氣設備和輸電線路應有專人經(jīng)常進行檢查維修。8 安全措施8.1 隧道施工用水及生活用水必須進行化驗鑒定，并采取相應的處理和防護措施，合格者才能使用。8.2 應遵守電工安全作業(yè)規(guī)程的有關規(guī)定，電工必須持崗位合格證書上崗。通風機有備用量，宜為計算風力的50。8.3 線路及接頭不許有裸露，要經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)裸露應立即包扎。8.4 各種過電流保護裝置不應加大