孫鳳玲

(中鐵二十局集團(tuán)第五工程有限公司,昆明 650200)

1 工程概況

麥積山隧道為寶天高速公路上一座特長隧道,進(jìn)口位于甘肅省天水市北道區(qū)東岔鎮(zhèn)境內(nèi),穿越秦嶺主脊,出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(hào)為ZK22+542～ZK34+828,全長12 286 m,右線起訖樁號(hào)為YK22+518～YK34+808,全長12 290 m,為亞洲第二長雙線公路隧道。設(shè)計(jì)為雙向四車道,設(shè)計(jì)行車速度80 km/h。隧道凈寬10.25 m,凈高5.0 m,縱坡為1.58%,最大埋深489 m。該隧道穿越秦嶺北麓,地形復(fù)雜,相對(duì)高差大,海拔1 270～1 840 m。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,規(guī)模不等的斷層、褶皺發(fā)育。

本隧道有以下幾個(gè)工程特點(diǎn)：獨(dú)頭掘進(jìn)長,該隧道4個(gè)工作面單口掘進(jìn)長度均在5 900 m以上,在國內(nèi)公路隧道建設(shè)史上是前所未有的；圍巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,本隧道穿越Ⅱ～Ⅴ級(jí)圍巖。巖石節(jié)理發(fā)育,滲水量大,給掘進(jìn)施工帶來困難；隧道施工通風(fēng)難度大,最小通風(fēng)段長度3 012 m；安全風(fēng)險(xiǎn)大,由于獨(dú)頭掘進(jìn)長、埋置深、圍巖差等特點(diǎn),在施工過程中有不可預(yù)見的安全隱患多。加之工期緊,壓力大,因此，該隧道被列為全線控制關(guān)鍵工程。現(xiàn)就左線進(jìn)口段施工配電、供水和通風(fēng)方案的選擇進(jìn)行介紹。

2 施工配電

在特長隧道施工中,隨著開挖斷面的向前掘進(jìn),各種用電設(shè)備緊隨其后。為了保證各種用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),10 kV高壓電就必須進(jìn)洞。根據(jù)施工要求,備用發(fā)電機(jī)必須安裝在洞外配電室旁。如果把自發(fā)電直接送到洞內(nèi),在1 000 m范圍內(nèi)還可以實(shí)現(xiàn),但隨著隧道向前掘進(jìn),供電線路太長,將會(huì)導(dǎo)致電壓降過大,各種電器設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,就考慮把自發(fā)電升壓到10 kV,再并聯(lián)到10 kV市電線路上進(jìn)行供電。

2.1 隧道正洞供電

(1)在隧道口一側(cè),設(shè)置2臺(tái)630 kVA變壓器,接入10 kV高壓線。

(2)當(dāng)隧道開挖超過2 000 m后,2臺(tái)630 kVA變壓器不能保證隧道作業(yè)面電力時(shí),洞內(nèi)增設(shè)400 kVA變壓器,專供襯砌臺(tái)車、混凝土輸送泵及掌子面裝砟機(jī)械用電,此變壓器設(shè)置防護(hù)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)施工完畢的緊急停車帶安全地段。照明和動(dòng)力線路分開、架空布設(shè),確保隧道作業(yè)地段有足夠照明和洞內(nèi)動(dòng)力用電。

2.2 3號(hào)豎井供電

在豎井口施工安裝400 kVA變壓器從高壓電線接入電源,供施工生活用電。

2.3 備用電源

在隧道出口配備2臺(tái)325 kW柴油發(fā)電機(jī)和3號(hào)豎井配備1臺(tái)250 kW發(fā)電機(jī)組作為備用電源。為了滿足需要對(duì)變配電方案作了一些改進(jìn),2臺(tái)325 kVA的發(fā)電機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到要求,并且2臺(tái)發(fā)電機(jī)的型號(hào)、容量和輸出電壓都相同,因此可以并聯(lián)發(fā)電。

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,將會(huì)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(yùn)行。特別是10 kV高壓線路,決不能出現(xiàn)任何故障。一旦10 kV高壓線路出現(xiàn)故障,就會(huì)造成整個(gè)隧道內(nèi)停電,維修起來也特別困難,最快恢復(fù)也需要1 h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(shí)候再來倒相。在安裝10 kV高壓線路時(shí)必須認(rèn)真,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時(shí),以最快的速度,最短時(shí)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200 m3高壓水池并鋪設(shè)抽水管道,在洞口小河修蓄水池,用多級(jí)泵提升到高壓水池,確保隧道施工用水和生活用水。因麥積山隧道縱坡為1.58%(反向),在隧道掘進(jìn)3 500 m左右,在3號(hào)豎井處修筑蓄水池,用于掌子面施工用水,能保證0.3 MPa以上的水頭壓力,有效節(jié)省了水管投入量。

3.2 3號(hào)豎井供水

利用豎井附近的溪水修蓄水池?cái)r蓄水,用多級(jí)泵提升到豎井山坡上修50 m3的高壓水池,并鋪設(shè)抽水管道,確保施工用水和生活用水。

3.3 洞內(nèi)抽水

洞內(nèi)滲水和施工積水通過分級(jí)設(shè)置蓄水池,分級(jí)抽出洞外的辦法。在每個(gè)水池安設(shè)限位啟動(dòng)裝置,達(dá)到自動(dòng)啟動(dòng)抽水。在正洞掘進(jìn)到4 000 m以后,從洞口排水距離長、蓄水池設(shè)置數(shù)量多,分級(jí)導(dǎo)抽繁瑣。為有效解決此問題,在隧道正洞掘進(jìn)至3號(hào)豎井后,在豎井處安設(shè)垂直排水管,將掌子面滲水和施工積水引至豎井下蓄水池,利用高壓水泵通過3號(hào)豎井抽出。

4 隧道通風(fēng)

麥積山隧道運(yùn)營通風(fēng)方案設(shè)計(jì)了4個(gè)通風(fēng)豎井(圖1)。此隧道采用4個(gè)洞口4個(gè)工作面獨(dú)頭掘進(jìn)的方式進(jìn)行施工,在施工時(shí),通風(fēng)難度最大的就是左線出口段,最長通風(fēng)距離5 178 m,因此通風(fēng)方案的設(shè)計(jì)、機(jī)具選型等方面對(duì)施工安全、職業(yè)健康、施工能否順利顯得尤為重要。

圖1 運(yùn)營通風(fēng)豎井布置(單位：m)

4.1 通風(fēng)方案的制定

4.1.1 通風(fēng)方案選擇

選擇混合式通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合的方式(圖2)。

圖2 隧道通風(fēng)方案

壓入式和抽出式通風(fēng)時(shí),風(fēng)機(jī)根據(jù)掘進(jìn)深度采取動(dòng)態(tài)方案,確保掌子面和二襯施工地段空氣新鮮。同時(shí)在通風(fēng)豎井安設(shè)軸流風(fēng)機(jī)輔助自然通風(fēng),使污染空氣快速流動(dòng)。

4.1.2 風(fēng)機(jī)選型

通過計(jì)算洞內(nèi)允許的最小供風(fēng)量為施工人員所需的750 m3/min,機(jī)械達(dá)到最佳施工效率所需的供風(fēng)量為2 160 m3/min。確定麥積山隧道左線出口選用SDF型軸流式和SSF型射流風(fēng)機(jī),在豎井通風(fēng)口選擇SFC抽出式軸流風(fēng)機(jī)。

4.2 根據(jù)掘進(jìn)深度采取的通風(fēng)措施

因3號(hào)運(yùn)營通風(fēng)豎井位置在隧道掘進(jìn)5 178 m以后,在此之前的通風(fēng)制定兩套組合通風(fēng)方案：從隧道洞口采取機(jī)械混合式通風(fēng)保證洞內(nèi)新鮮空氣；在隧道XK32+925(距洞口1 903 m,地形低洼處)左側(cè)25 m處增加臨時(shí)通風(fēng)豎井(井深70 m),解決階段排風(fēng)出口。

4.2.1臨時(shí)通風(fēng)豎井投入使用前的通風(fēng)方案(0～2000m)

臨時(shí)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(jìn)行通風(fēng)。

(1)送風(fēng)

在隧道口處安裝1臺(tái)264 kW的軸流風(fēng)機(jī),距離隧道洞口至掘進(jìn)方向1 500 m處串聯(lián)1臺(tái)110 kW的軸流風(fēng)機(jī)向隧道掌子面送風(fēng)。經(jīng)計(jì)算，此種串聯(lián)通風(fēng)方式風(fēng)壓能夠滿足隧道2 000 m內(nèi)的送風(fēng)要求,可保證掌子面的風(fēng)量和風(fēng)壓要求。

(2)排風(fēng)

依靠2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)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(shí)為了解決排煙時(shí)間長的問題,在襯砌臺(tái)車前后和掘進(jìn)距離的中部安設(shè)4臺(tái)22 kW的射流風(fēng)機(jī)輔助排風(fēng),以加快隧道內(nèi)污風(fēng)排出速度(圖3)。

圖3 2 000 m內(nèi)通風(fēng)方案(單位：m)

4.2.2臨時(shí)通風(fēng)豎井投入使用后的通風(fēng)方案(2000～3000m)

臨時(shí)豎井貫通后,將采用豎井排風(fēng),正洞送風(fēng)的方式進(jìn)行隧道通風(fēng)。

(1)送風(fēng)

臨時(shí)通風(fēng)豎井投入使用后,此時(shí)將洞口風(fēng)機(jī)移至洞內(nèi)距洞口1 800 m處,向洞內(nèi)送風(fēng),隨隧道掘進(jìn)的加深,一臺(tái)風(fēng)機(jī)是難以滿足施工送風(fēng)需要的,因此再向前掘進(jìn)1 800 m左右后,串聯(lián)1臺(tái)264 kW風(fēng)機(jī)向工作面送風(fēng)。

(2)排風(fēng)

臨時(shí)通風(fēng)豎井施工完畢后,在隧道臨時(shí)通風(fēng)豎井聯(lián)絡(luò)風(fēng)道內(nèi),安裝1臺(tái)132 kW抽出式軸流通風(fēng)機(jī),封閉風(fēng)機(jī)口外的其余風(fēng)道斷面,利用臨時(shí)豎井向外排煙。 由于大量洞內(nèi)出砟行車排煙,仍需在臨時(shí)排風(fēng)豎井至洞口間安設(shè)射流風(fēng)機(jī),保證此段的空氣質(zhì)量(圖4)。

圖4 2 000～3 000 m區(qū)間通風(fēng)方案(單位：m)

4.2.3 3 000～5 200 m的通風(fēng)方案

3 000～5 200 m施工段采取利用4號(hào)運(yùn)營豎井排風(fēng)方案(圖5)。

圖5 3 000～5 200 m區(qū)間通風(fēng)方案(單位：m)

(1)送風(fēng)

在1號(hào)軸流風(fēng)機(jī)位置不動(dòng),根據(jù)隧道的掘進(jìn),再在前端增加1臺(tái)110 kW風(fēng)機(jī)(串接)向掌子面送風(fēng)。

(2)排風(fēng)

在4號(hào)豎井附近行車橫洞處安裝1臺(tái)132 kW軸流排風(fēng)機(jī),利用風(fēng)筒將污風(fēng)引排至4號(hào)豎井口。在中部安放2臺(tái)22 kW射流風(fēng)機(jī)輔助排風(fēng)。

4.2.4 5 200 m以后通風(fēng)方案

掌子面掘進(jìn)至5 200 m以后利用3號(hào)豎井排風(fēng),此時(shí)將1號(hào)軸流風(fēng)機(jī)移至距3號(hào)豎井1 000 m向掌子面送風(fēng)。將132 kW排風(fēng)機(jī)移至3號(hào)豎井聯(lián)絡(luò)道口排出污風(fēng)。

4.3 二次襯砌臺(tái)車前后送排風(fēng)處理

因二襯臺(tái)車處縮小了有效排風(fēng)斷面,往往在二襯臺(tái)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(tái)車前后各安裝2臺(tái)射流風(fēng)機(jī),加快排風(fēng)的流速；另一方面對(duì)臺(tái)車處送風(fēng)筒進(jìn)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(diǎn)是施工方便,易更換。缺點(diǎn)是遇到轉(zhuǎn)折處風(fēng)筒直徑自然變小,嚴(yán)重阻礙了有效通風(fēng)量。特別是在二襯臺(tái)車處,針對(duì)此缺陷,施工中在二襯臺(tái)車處20 m長范圍風(fēng)筒采用硬質(zhì)風(fēng)筒,根據(jù)臺(tái)車外形尺寸直徑加工成折線行,在折角處過風(fēng)斷面不改變,同時(shí)軟質(zhì)風(fēng)筒定做不同長度的調(diào)節(jié)段,以便臺(tái)車移動(dòng)能很好地與硬質(zhì)風(fēng)筒對(duì)接。

4.4 實(shí)際通風(fēng)效果

通過方案實(shí)施,麥積山隧道左線出口在3 000 m以前采取混合機(jī)械通風(fēng)和臨時(shí)豎井排風(fēng)措施,洞內(nèi)環(huán)境非常良好；但在3 000～5 000 m利用4號(hào)豎井進(jìn)行排煙,雖然能保證掌子面和二襯地段空氣質(zhì)量良好外,在二襯距臨時(shí)豎井間仍渦旋著污染空氣,施工中采取增加射流風(fēng)機(jī)數(shù)量,也解決了此區(qū)間行車的空氣質(zhì)量。

隧道施工中影響通風(fēng)效果的其他因素很多,如洞外氣候、工序的配合、并行隧道施工的相互串煙以及人為的片面節(jié)省意圖等, 也直接影響著隧道洞內(nèi)通風(fēng)效果。采用以上通風(fēng)措施,基本保證了施工通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn),為隧道順利掘進(jìn)創(chuàng)造了條件。

5 結(jié)語

特長隧道的施工,關(guān)鍵是施工前期做好三大系統(tǒng)(風(fēng)、水、電)的方案選定工作,尤其是獨(dú)頭掘進(jìn)在5 000 m以上隧道,三大系統(tǒng)方案選擇好壞直接關(guān)系到隧道施工安全、質(zhì)量和掘進(jìn)速度。筆者認(rèn)為,獨(dú)頭掘進(jìn)超過5 km的隧道施工,應(yīng)考慮采取有軌運(yùn)輸,這樣才能有效保證洞內(nèi)施工環(huán)境、安全、質(zhì)量和進(jìn)度。本文重點(diǎn)介紹了麥積山隧道左線進(jìn)口段施工中采取的通風(fēng)、供水和配電措施,以供同類隧道施工以借鑒。

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