小断面隧洞施工技术浅谈

1、小断面引水小断面引水隧洞施工技术浅谈隧洞施工技术浅谈中铁十二局集团第一工程中铁十二局集团第一工程二一七年三月二一七年三月主要内容主要内容 1. 1.工程概况及特点工程概况及特点 2. 2.反坡小断面引水隧洞施工抽排水技术反坡小断面引水隧洞施工抽排水技术 3. 3.长距离独头掘进小断面隧洞施工供配电技术长距离独头掘进小断面隧洞施工供配电技术 4. 4.反坡小断面隧洞长距离独头掘进施工通风技术反坡小断面隧洞长距离独头掘进施工通风技术第一章工程的概况及特点第一章工程的概况及特点 1.1 1.1 隧道概况隧道概况 山西省小浪底引黄工程的任务是解决运城市的盐湖区、夏县、闻喜县、绛县、垣曲县五县农业灌溉、

2、工业及城镇生活、生态用水问题。年引水量为2.47亿m3,其中农业灌溉1.16亿m3,工业和城镇生活供水1.16亿m3，生态用水0.15亿m3,设计流量20 m3/S，灌溉面积63.58万亩。 引水干线起始于垣曲县境内板涧河河口右岸的小浪底水库库区，终止于闻喜县境内的吕庄水库，线路总的走向为东南西北向，总长度59.6km。 本标段隧洞总长11.908km，为新开挖隧洞，设计纵坡1/3000，其中2#隧洞桩号为8+11311+210段设计流量20.0m3/s、13+95720+250段设计流量16.25 m3/s，长9.39km，垣曲支线桩号Y0+0002+518段设计流量3.94 m3/s，长2

3、.518km。隧洞洞身横断面为城门洞形，按围岩类别及流量进行断面设计，桩号8+11311+210段洞身段断面尺寸宽*高为4m*5.4m，13+95720+250段洞身段断面尺寸宽*高为3.8m*5m，垣曲支线桩号Y0+0002+518洞身段断面尺寸2.5m*4.035m。 根据开挖后的实际情况，对隧洞类围岩在顶拱、侧墙喷8cm素混凝土；对类围岩洞段，顶拱布设系统锚杆，锚杆直径25mm，间排距1m，长2.0m，梅花型布置，顶拱、侧墙喷10cm厚C20混凝土；对类围岩洞段，根据地质情况随机布置钢拱架结合超前小导管或超前锚杆，一次支护锚杆布置同类围岩洞段，顶拱、侧墙挂网喷12cm厚C20混凝土，挂1

4、5*15cm钢筋网片8mm。 隧洞衬砌采用C25钢筋混凝土，衬砌厚度根据围岩类别计算确定，2#隧洞类、类和类围岩衬砌厚度分别为30cm、35cm和40cm厚钢筋混凝土衬砌；垣曲支线隧洞类、类围岩衬砌厚度分别为30cm、35cm厚钢筋混凝土衬砌。 3#施工支洞位于主洞桩号9+785处，与主洞斜交，交角6，支洞口底高程558m，与主洞相交处洞底高程493.7m，为斜井，斜井长度433m，坡度8.5，与主洞衔接处设25m的平洞段，支洞总长458m。 4#施工支洞位于主洞桩号15+896处，与主洞正交，支洞口底高程584m，与主洞相交处洞底高程491.9m，为斜井，斜井长度619.8m，坡度8.8，与

5、主洞衔接处设25m的平洞段，支洞总长644.8m。 5#施工支洞位于主洞桩号17+716处，与主洞斜交，交角19，支洞口底高程582.2m，与主洞相交处洞底高程491m，为斜井，斜井长度617.8m，坡度8.8，与主洞衔接处设25m的平洞段，支洞总长642.8m。1.2 1.2 隧洞地质情况隧洞地质情况 小浪底引水工程主要位于运城市东部的垣曲县和闻喜县境内。主体小浪底引水工程主要位于运城市东部的垣曲县和闻喜县境内。主体工程源于垣曲县境内中条山南麓的黄河左岸，经中条山至闻喜县境内的工程源于垣曲县境内中条山南麓的黄河左岸，经中条山至闻喜县境内的吕庄水库。区内东部为近东西向延伸的中条山脉，山顶高程一

6、般在吕庄水库。区内东部为近东西向延伸的中条山脉，山顶高程一般在1000100013001300之间，最顶峰为同善以北的舜王坪，高程之间，最顶峰为同善以北的舜王坪，高程2322m2322m，属构造剥蚀中，属构造剥蚀中山区，山顶一般多呈浑圆状。山间沟壑纵横，河谷发育快，河谷形态多山区，山顶一般多呈浑圆状。山间沟壑纵横，河谷发育快，河谷形态多为为“V V型谷。中条山南北两侧发育山前洪积倾斜平原和洪积扇裙，北型谷。中条山南北两侧发育山前洪积倾斜平原和洪积扇裙，北侧有洪积扇叠加，南侧的黄土塬被侧有洪积扇叠加，南侧的黄土塬被“V V型冲沟切割的支离破碎，塬高型冲沟切割的支离破碎，塬高沟深，高差可达沟深，高

7、差可达390m390m。区内中部的垣曲支线及灌区位于垣曲山间盆地的。区内中部的垣曲支线及灌区位于垣曲山间盆地的黄土丘陵区及盆地与山脉之间为起伏不平的黄土台源区。区内西部的闻黄土丘陵区及盆地与山脉之间为起伏不平的黄土台源区。区内西部的闻喜、绛县、夏县及盐湖区的灌区位于运城地盆东缘的黄土台塬区、黄土喜、绛县、夏县及盐湖区的灌区位于运城地盆东缘的黄土台塬区、黄土丘陵区、山前倾斜平原区。丘陵区、山前倾斜平原区。第二章反坡小断面引水隧洞施工抽排水技术第二章反坡小断面引水隧洞施工抽排水技术2.1 2.1 方案设计说明方案设计说明引水隧洞的特点一般是断面小、洞线长、工序多、干引水隧洞的特点一般是断面小、洞线

8、长、工序多、干扰大、施工条件差、工期较长。由于洞线长，不可防止要扰大、施工条件差、工期较长。由于洞线长，不可防止要设置支洞进行分段施工，支洞一般坡度较大，高差较大。设置支洞进行分段施工，支洞一般坡度较大，高差较大。在涌水量较大的大反坡引水隧洞施工中，排水方案的合理在涌水量较大的大反坡引水隧洞施工中，排水方案的合理性显得尤其重要，也是隧洞施工成败的关键控制性因素。性显得尤其重要，也是隧洞施工成败的关键控制性因素。如果处理不当，轻那么影响施工效率，重那么导致平安质如果处理不当，轻那么影响施工效率，重那么导致平安质量事故。在制定排水方案时，主要考虑的因素有：涌水量量事故。在制定排水方案时，主要考虑的

9、因素有：涌水量的大小、水的成份、泵站的位置、水泵的选型、管道的材的大小、水的成份、泵站的位置、水泵的选型、管道的材料及大小、电力供给等。料及大小、电力供给等。2.2 2.2 工程概况工程概况2.2.1 2.2.1 设计技术条件设计技术条件 小浪底引黄工程引水小浪底引黄工程引水2#2#隧洞隧洞13+95713+95720+25020+250里程范围内设有里程范围内设有4#4#、5#5#两个支洞，两个支洞，其中其中5#5#支洞与主洞交叉点里程支洞与主洞交叉点里程17+697.817+697.8，底板高程为，底板高程为491.4m491.4m，支洞口底板高程，支洞口底板高程582.6m582.6m，

10、坡度，坡度i=15.5%i=15.5%，倾角，倾角a=8.8a=8.8，长度，长度L=621mL=621m，高差，高差H=90.2mH=90.2m，与主洞夹角为，与主洞夹角为5050。主洞纵坡。主洞纵坡1/30001/3000，毛洞宽，毛洞宽4.56m4.56m级及级及4.84m4.84m级，开挖长度级，开挖长度2552m2552m。2.2.2 2.2.2 施工水文地质情况施工水文地质情况 支洞主要为渗滴水，局部有线状水，暂不考虑其涌水量。支洞主要为渗滴水，局部有线状水，暂不考虑其涌水量。 该段隧洞底高程位于地下水位以下该段隧洞底高程位于地下水位以下8080130m130m，推测施工可能存在渗

11、水或少量涌，推测施工可能存在渗水或少量涌水现象，局部裂隙发育和岩组接触带段可能存在涌水问题。估算正洞正常涌水量水现象，局部裂隙发育和岩组接触带段可能存在涌水问题。估算正洞正常涌水量3000 m3/d3000 m3/d，最大涌水量约为，最大涌水量约为6200m3/d6200m3/d。2.32.3方案设计及施工运行方案设计及施工运行2.3.1 2.3.1 泵站设计泵站设计 考虑到隧洞的具体条件、抽排水管理、水泵的费用、抽排水费用考虑到隧洞的具体条件、抽排水管理、水泵的费用、抽排水费用及电力供给等因素，本隧洞拟采用一级泵站排水。在斜井与正洞交叉及电力供给等因素，本隧洞拟采用一级泵站排水。在斜井与正洞

12、交叉口下游侧设泵站，直接抽排至洞外。由于正洞内纵坡较缓，每隔口下游侧设泵站，直接抽排至洞外。由于正洞内纵坡较缓，每隔300m300m设置一处集水井，由大排量、低扬程污水泵分级排至泵站水仓。水仓设置一处集水井，由大排量、低扬程污水泵分级排至泵站水仓。水仓容量设置为容量设置为20min20min储量储量, ,即即45m345m3。2.3.2 2.3.2 确定管路系统、计算管径确定管路系统、计算管径 1 1管路趟数确定管路趟数确定 ? ?煤矿平安规程煤矿平安规程? ?第二百七十八条规定：第二百七十八条规定： “ “排水管路应当有工作和备用水管。工作排水管路的能力，应当能配合工作水泵在排水管路应当有工

13、作和备用水管。工作排水管路的能力，应当能配合工作水泵在20h20h内排出内排出矿井矿井24h24h的正常涌水量。工作和备用排水管路的总能力，应当能配合工作和备用水泵在的正常涌水量。工作和备用排水管路的总能力，应当能配合工作和备用水泵在20h20h内排出内排出矿井矿井24h24h的最大涌水量。的最大涌水量。 由由? ?煤矿平安规程煤矿平安规程? ?可知：正常涌水时期一台泵工作，最大涌水时期两台泵工作，另外一台水可知：正常涌水时期一台泵工作，最大涌水时期两台泵工作，另外一台水泵作为备用检修水泵。根据各涌水期投入工作的水泵台数，选用两趟排水管路，正常涌水期时可泵作为备用检修水泵。根据各涌水期投入工作

14、的水泵台数，选用两趟排水管路，正常涌水期时可任意使用一趟排水管工作，另一趟备用，最大涌水期时，两管同时排水，单泵单管工作。任意使用一趟排水管工作，另一趟备用，最大涌水期时，两管同时排水，单泵单管工作。 2 2管路材料和管径的选择管路材料和管径的选择 根据排水高度选用焊接钢管，壁厚根据排水高度选用焊接钢管，壁厚5mm5mm。 初选管径初选管径 选择排水管径是针对一定的流量寻找运转费用和初期投资费用两者之和最低的管径。由于管选择排水管径是针对一定的流量寻找运转费用和初期投资费用两者之和最低的管径。由于管路的初期投资费用与管径成正比，而运转费所需的电耗与管径成反比。路的初期投资费用与管径成正比，而运

15、转费所需的电耗与管径成反比。 离心泵的流速一般在1.53 m/s，考虑到经济性，流速取1.5 m/s； 排水管直径d按下式计算： 式中： d管道内直径，mm； Vf流体体积流量，m3/h； u流体平均流速，m/s； W流体质量流量，kg/h； 流体密度，kg/m3。 一般涌水时量时：经计算得d=175mm，最大涌水量时：经计算得d=247mm，由此可选管内径为200mm。 吸水管内径的选择,为了提高吸水性能，防止气蚀发生，吸水管直径一般比排水管直径大一级，因此吸水管内径为250mm。5.05.0u8.18u8.18WVdf2.3.32.3.3水泵的选择水泵的选择 1 1水泵选型依据水泵选型依据

16、 ? ?水工建筑物地下开挖工程施工标准水工建筑物地下开挖工程施工标准?SL378-2007?SL378-2007第第12.2.712.2.7第第4 4条规定：排水条规定：排水泵的容量应比最大涌水量大泵的容量应比最大涌水量大30%-50%30%-50%。使用一台水泵排水时，应有与排水泵相同。使用一台水泵排水时，应有与排水泵相同容量的备用水泵；使用两台水泵排水时，应有容量的备用水泵；使用两台水泵排水时，应有50%50%的备用量。重要部位应设备用的备用量。重要部位应设备用电源。电源。 2 2水泵选型根本参数水泵选型根本参数 正常涌水量：正常涌水量： QZ=129m3/h QZ=129m3/h； 最大

17、涌水量：最大涌水量： Qmax=258m3/h Qmax=258m3/h； 排水高度：泵站高差排水高度：泵站高差+ +支洞高差支洞高差+ +洞外集水池高度洞外集水池高度=91m=91m 排水长度：排水长度： 支洞长度支洞长度+ +主洞长度主洞长度+ +洞外长度洞外长度=621+200+20=841m=621+200+20=841m 3初选水泵 由于隧洞内一般随着掘进长度的加深出水量逐步增大，根据正常涌水量及最大涌水量拟采用两台泵排水的方案，即正常涌水时期一台泵工作，最大涌水时期两台泵工作。初选水泵时主要考虑水泵的排量及扬程两个因素。 水泵的排量 根据排水泵的容量应比最大涌水量大30%-50%。

18、本次取30%可得单台水泵排量 Qmax=1.3*258/2=168m3/h水泵总扬程 主要由地形扬程、沿程阻力扬程、局部阻力扬程、水泵管道阻力扬程、设备扬程等组成。估算公式如下： 水泵总扬程=地形扬程+ (1+K)每米阻力管长/1000+水泵管道扬程+设备扬程式中： 地形扬程根据实际地形计算得出，取91m， K管道的局部阻力占沿程阻力比值，一般取0.2，如管道比较短而复杂的情况，可能比 0.2 略高，如管道比较长，比较简单时，可改用0.1； 水泵管道扬程水泵管道产生的阻力损失，取3m； 设备扬程即末端压力，取0； 每米阻力可查?给排水工程设计手册?水力计算表，根据流速及管径即可查得。 查表得每

19、米阻力为22.3 水泵总扬程=91+1.1*22.3*841/1000+3=115(m) 根据排水量Q和排水扬程，查?水泵选型手册?得MD155-304型号水泵额定流量Qe=119191 m3/h，额定扬程He=110130m，额定效率为77%，电机额定功率90KW。 2.3.4 2.3.4校验计算校验计算 1 1计算管路特性计算管路特性 管道长度管道长度 根据以上计算可得：排水管长度根据以上计算可得：排水管长度841m841m，吸水管长度可估算为，吸水管长度可估算为4m4m。 计算沿程阻力系数，对于吸、排水管路分别为：计算沿程阻力系数，对于吸、排水管路分别为： X=0.021/DX0.3=0

20、.021/0.250.3=0.032 X=0.021/DX0.3=0.021/0.250.3=0.032 P=0.021/DP0.3=0.021/0.20.3=0.034 P=0.021/DP0.3=0.021/0.20.3=0.034 沿程阻力沿程阻力Hf=HX+HP=X v2/(dXHf=HX+HP=X v2/(dX* *2g)2g)* *KXKX* *lX + P v2/(dPlX + P v2/(dP* *2g) 2g) * *KPKP* *lP =0.052+13.735=13.79lP =0.052+13.735=13.79 修正系数修正系数KXKX取取0.81, KP0.81,

21、KP取取0.760.76 计算局部阻力损失 a吸水管局部阻力系数由阻力损失系数查手册列出下表2.3.4-1： 吸水管局部阻力损失：H=v2/2g=0.87+0.19+3*0.115=0.47m b排水管局部阻力序号序号名称名称数量数量阻力损失系数阻力损失系数(x)(x)1 19090焊接弯头焊接弯头1 10.870.872 2渐缩管渐缩管1 10.190.193 3滤水网滤水网1 13 3 阻力损失系数查手册列出下表表2.3.4-2： 排水管阻力系数表 表2.3.4-2 排水管局部阻力损失：H=v2/2g=0.1+1.44+3.52+4+3*0.115=1.39m 管道局部阻力损失为：Hj=0

22、.47+1.39=1.86m。 管道总扬程损失=91+14.3+1.86+3=110m水泵扬程120m。平均扬程 序号排水管：名称数量阻力损失系数(p)1手动闸阀10.11290焊接弯头20.722345焊接弯头80.4484止回阀1415直流三通21.52 2)水泵排水时间计算 正常涌水时，采用单泵单管排水，排水时间 T=24*(129/155)=19.97h20h 最大涌水时，采用两泵两管工作，排水时间 T=24*(258/155*2)=19.97h20h2.3.5 2.3.5 水泵数量水泵数量 排水管道选择两路，因此水泵选择两台，分别安装在两路管道上，排水管道选择两路，因此水泵选择两台，

23、分别安装在两路管道上，备用一台水泵，共计三台水泵。备用一台水泵，共计三台水泵。 由以上计算可知，所选水泵型号满足洞内排水要求。由以上计算可知，所选水泵型号满足洞内排水要求。2.3.62.3.6电力供给电力供给 配电设备的能力应当与工作、备用和检修水泵的能力相匹配，能够配电设备的能力应当与工作、备用和检修水泵的能力相匹配，能够保证全部水泵同时运转。本工程采用独立线路为水泵供电，为了防止断保证全部水泵同时运转。本工程采用独立线路为水泵供电，为了防止断电造成淹井事故，备用一台电造成淹井事故，备用一台300KW300KW发电机。发电机。2.3.72.3.7平安保证措施平安保证措施 对于排水系统的运转，

24、机械队安排专人值班，发现异常情况及时进行对于排水系统的运转，机械队安排专人值班，发现异常情况及时进行协调解决，确保设备及人员的平安。协调解决，确保设备及人员的平安。 在集水坑处挂设彩灯及警示牌，并对设备进行挡护，防止车辆及人员在集水坑处挂设彩灯及警示牌，并对设备进行挡护，防止车辆及人员触碰。触碰。 如掌子面发生大涌水，水量超过了排水系统的工作能力。调度应立即如掌子面发生大涌水，水量超过了排水系统的工作能力。调度应立即组织人员撤离掌子面。组织人员撤离掌子面。 注意设备的使用、保养、维修，注意用电平安，经常进行检查，杜绝注意设备的使用、保养、维修，注意用电平安，经常进行检查，杜绝漏电，并派专人操作

25、和维修，非机电修理人员不得随意拆卸设备。漏电，并派专人操作和维修，非机电修理人员不得随意拆卸设备。 准备好抢险物资、材料，做好抢险准备工作，确保发生异常或险情时准备好抢险物资、材料，做好抢险准备工作，确保发生异常或险情时能够及时处理物资、设备能够提供到位，保证处理的及时性，防止事态的进能够及时处理物资、设备能够提供到位，保证处理的及时性，防止事态的进一步扩大。一步扩大。 所有用电设备必须采用所有用电设备必须采用“一机、一箱、一闸、一漏保的接线方式，一机、一箱、一闸、一漏保的接线方式，并做好接地保护，严禁用同一个开关、开关箱直接控制二台及二台以上用电并做好接地保护，严禁用同一个开关、开关箱直接控

26、制二台及二台以上用电设备含插座。设备含插座。 各种电气设备用的闸刀、插头、插座、空气开关不得有裸露、漏电现各种电气设备用的闸刀、插头、插座、空气开关不得有裸露、漏电现象。象。 设备的负荷线、保护零线和开关箱应定期检查，发现问题立即报告专设备的负荷线、保护零线和开关箱应定期检查，发现问题立即报告专职电工维修。职电工维修。2.42.4小结小结 反坡高扬程隧洞抽排水是一项耗时长、费用高的工程，抽排水设计反坡高扬程隧洞抽排水是一项耗时长、费用高的工程，抽排水设计的合理与否直接影响着隧洞的施工效率、平安质量，进而影响工程的经的合理与否直接影响着隧洞的施工效率、平安质量，进而影响工程的经济及社会效益。抽排

27、水设计是一项比较复杂的系统工程，影响因素很多济及社会效益。抽排水设计是一项比较复杂的系统工程，影响因素很多。本文只是对大反坡小断面隧洞抽排水技术进行了初步探讨，还有待于。本文只是对大反坡小断面隧洞抽排水技术进行了初步探讨，还有待于进一步的研究及总结。虽然本抽排水设计较好地解决了隧洞内涌水问题进一步的研究及总结。虽然本抽排水设计较好地解决了隧洞内涌水问题，但是在应用过程中也不可防止产生一些细节问题。现将大反坡小断面，但是在应用过程中也不可防止产生一些细节问题。现将大反坡小断面隧洞抽排水技术总结如下：隧洞抽排水技术总结如下： 排水方案的设计要充分考虑到隧道施工的特点，如：涌水特点、坡度大小、洞断面

28、大小、工期长短等。只有考虑全面才能既平安又经济的解决隧道涌水问题。 排水管道要随隧道的进尺及时布设，切忌“无水不布、有水再布的侥幸思想，一旦出现大涌水，后患无穷。 制定排水方案时，要尽可能适应多种形式排水以节约排水费用。 为了节约排水管理人员费用，可在增加水泵自动开启装置，本工程中因为该装置的应用大大节约了水泵的管理费用。 实际施工过程中，由于隧道内涌水多为污水，水仓易发生淤积现象，解决方法一是及时去除仓内淤泥，二是备用水仓。 做好应急准备，当隧道施工中发生突然涌水，设计排水量达不到排水要求时，可使用高压风管临时改装成排水管路。 第三章长距离独头掘进小断面隧洞施工供配电技术第三章长距离独头掘进

29、小断面隧洞施工供配电技术3.1说明说明 随着国家根底设施建设战略的实施，国内水电站建设、随着国家根底设施建设战略的实施，国内水电站建设、引水工程、各种管道工程迅猛开展，不可防止要建设大量小引水工程、各种管道工程迅猛开展，不可防止要建设大量小断面隧洞，如引水洞、输油、输气管道、城市污水、电力管断面隧洞，如引水洞、输油、输气管道、城市污水、电力管道等道等,以上隧洞的特点一般是断面小、洞线长、施工干扰大以上隧洞的特点一般是断面小、洞线长、施工干扰大、条件差、工期较长、独头掘进距离大。隧洞内用电设备因、条件差、工期较长、独头掘进距离大。隧洞内用电设备因供电线路距离增加，电压损失也加大，造成用电设备无法

30、正供电线路距离增加，电压损失也加大，造成用电设备无法正常使用，甚至无法启动，影响施工生产正常进行。常使用，甚至无法启动，影响施工生产正常进行。3.2 3.2 工程概况工程概况 小浪底引黄工程垣曲支线隧洞独头掘进距离小浪底引黄工程垣曲支线隧洞独头掘进距离2518m2518m。总体施工方案。总体施工方案为掘进完成后再施工二次衬砌。断面尺寸：为掘进完成后再施工二次衬砌。断面尺寸：2.5m(2.5m(宽宽) )4.0m4.0m高，开高，开挖采用光面爆破法，装碴采用挖采用光面爆破法，装碴采用45KW45KW扒碴机，出碴采用自卸汽车。照明采扒碴机，出碴采用自卸汽车。照明采用用40WLED40WLED灯，洞

31、内使用两台灯，洞内使用两台7.5KW7.5KW水泵抽水。二次衬砌采用先施工铺底水泵抽水。二次衬砌采用先施工铺底再施工拱墙的施工工艺，台车采用再施工拱墙的施工工艺，台车采用10m10m长整体走行式液压台车，混凝土长整体走行式液压台车，混凝土浇筑采用浇筑采用HBT40C-1408AHBT40C-1408A三一重工输送泵，额定功率三一重工输送泵，额定功率55KW55KW。 3.3 3.3 施工供电方案选择施工供电方案选择 序号序号施工工序施工工序名称名称设备名称设备名称功功 率（率（KWKW） 设备数量（台）设备数量（台） 功率合计（功率合计（KWKW）备注备注1 1开挖开挖 及支护及支护扒碴机扒碴

32、机45451 14545 2 2喷砼机喷砼机7.57.51 17.57.5 3 3电焊机电焊机15151 11515 4 4水泵水泵7.57.52 21515 5 5照明照明5 5 5 5 6 6合合 计计87.587.57 7二次二次 衬砌衬砌衬砌台车衬砌台车15151 11515 8 8砼输送泵砼输送泵55551 15555 9 9电焊机电焊机15151 11515 1010水泵水泵7.57.52 21515 1111照明照明5 5 5 5 1212合合 计计 1051053.3.2电压损失估算 根据施工方案可得，开挖与初支分开施工，因此，洞内同时用电功率最大为65KW。二次衬砌时，洞内同

33、时用电功率最大为75KW，因此，计算最大用电负荷选取75KW。 根据?建筑施工计算手册?，估算负荷在末端的线路电压损失的公式如下： = L(CS) 1其中：电压降%，一般照明允许2.5%5%；电动机电压降不超过5%；对工地临时网路取7%。 各段线路负荷计算功率kw，L各段线路长度mS导线截面mm2， C材料内部系数，三相四线：铜芯导线，C=77，铝芯导线，C=46.3。 由于有局部185mm2的铝芯旧电缆可利用，因此，动力线路采用的是185mm2的铝芯电缆，由公式1计算可得：= 752600(46.3185)=22.8%，远大于7%，后期施工中供电方案要解决电压损失过大的问题。3.3.33.3

34、.3降低电压损失方案降低电压损失方案 1 1增大线径法增大线径法 采用增大线径，使线路末端的混凝土生产设备输入电压在设备最低工作采用增大线径，使线路末端的混凝土生产设备输入电压在设备最低工作电压以上，保证生产设备正常运转。电压损失计算取值如下：电压以上，保证生产设备正常运转。电压损失计算取值如下： P=75kw P=75kw，L=2600mL=2600m，允许，允许=7%=7%，C=46.3C=46.3。 由公式由公式1 1换算得：换算得：S= PS= PL L C C=(75=(752600) 2600) (46.3(46.37)=602mm27)=602mm2 选用选用1 1根根3 330

35、0mm2300mm2铝芯电缆，铝芯电缆，1 1根根3 3300+1300+1150mm2150mm2铝芯电缆。照明线铝芯电缆。照明线单独走线，计算电压降可得单独走线，计算电压降可得 = P = PL L(C(CS)=(70S)=(702600) 2600) (46.3(46.3600)=6.6% 600)=6.6% 符合要求。符合要求。 2改变导线材质法 采用铜芯电缆P=75kw，L=2600m，允许=7%，C=77。由公式1换算得： S= PL C=(752600) (777)=362mm2 选用2根185mm2铜芯电缆。 = PL(CS)=(752600) (77370)=6.8% 符合要

36、求。 3高压进洞法 采用高压电缆进洞方案，洞内安装变压器，容量160KVA，380V动力供电线路采用240mm2铝芯导线，掘进施工时，布线最大长度L计算如下： L=(CS)P=7(46.3240)/65=1197m； 二次衬砌施工时，布线最大长度L计算如下： L=(CS)P=7(46.3240)/75=1037m； 由以上计算可知，掘进施工时，在施工里程0+1000处布置一次变压器，在施工里程0+2000处布置一次变压器。二次衬砌施工时同样移动一次变压器。 选用高压电缆1600m，240mm2铝芯电缆1000m，50mm2照明铝芯电缆1600m，160KVA变压器一台。 4采用大功率补偿式电力

37、稳压器法 1.SBW三相全自动补偿式电力稳压器工作原理和特点简介 SBW稳压器是引进国外先进技术，结合电网电压波动大的特点而设计的。不管是电网电压波动或负载变化引起的电压波动稳压器均能保证供电电压的稳定，广泛适用于工业、交通、邮电、军事、科研等领域的大型机电设备。 SBW稳压器是由变压器T1、补偿变压器T2、伺服电机MS、采样比较控制电路及机械传动局部等为主体，组成输出电压自动调整系统。主要特点： 特高的能源效率：电能转换效率在98%以上，是理想的节能型交流稳压器。 超大容量的输出功率：额定输出功率从10KVA2000KVA。 特宽的输入电压范围：20% 广泛适用各种性质的负载：能适应功率因数

38、从+0.1+1的各种负载，因此对阻性、感性、容性等各种负载都正常使用。 微小的附加波形失真：输出的正弦波形几乎与输入的电网波形完全一样，波形畸度：0.1%。 电压调节平稳：采用补偿方式机电结合，电压自动调节，连续平稳，不会产生突变，能承受瞬间起动负载，可长时间连续工作，稳压精度5%以内。 SBW三相全自动补偿式电力稳压器使用条件 环境温度 -10+40 相对湿度 90% 海拔高度 1000m 无严重影响稳压器绝缘的气体，蒸汽、化学沉积、灰尘、污垢及其它爆炸和腐蚀性介质, 安装场所无严重振动或颠簸。 稳压器位置估算 由稳压器特点可知，输入端，稳压器与电网变压器间的布线长度 取7%，S=185 m

39、m2，C=46.3。由公式1计算得： Lmax=(CS)P=800m； 输出端，稳压器与负载间的布线长度 取20%，S=185 mm2，C=46.3。由公式1计算得： Lmax=(CS)P=2284m； 根据以上计算可得，稳压器布置在距离掘进终点800m处，L1=800m，L2=1800m。 线路末端电压损失估算 第一步：计算电网变压器至稳压器的压降 电压损失公式1中取值如下：P=75kw考虑线路和设备功率损失，L2=1800m， S=185 mm2，C=46.3。由公式1计算得： =PL CS=75180046.3185=15.8% 20%，稳压器仍可正常工作。 第二步：计算稳压器至负载的电

40、压损失 电压损失公式1中取值如下：P=75kw，L=800m， S=185 mm2，C=46.3。由公式1计算得： =PL CS=7580046.3185=7% 7%，负载如输送泵可正常启动、运转。3.3.4 3.3.4 方案比照分析方案比照分析 注：材料及设备单价取自网上报价注：材料及设备单价取自网上报价方案序号方案序号 方案内容方案内容材料型号材料型号材料用量材料用量单价（元）单价（元） 合价（元）合价（元）备备 注注方案一方案一增大线径法增大线径法3 3300mm2300mm2铝芯电缆铝芯电缆2600m2600m81.881.8212680212680 3 3300+1300+1150m

41、m150mm2 2铝芯电缆铝芯电缆2600m2600m92.292.2239720239720 合合 计计 452400452400 方案二方案二改变导线材质改变导线材质3 3185mm185mm2 2铜芯电缆铜芯电缆5200m5200m40040020800002080000 方案三方案三高压进洞高压进洞160KVA160KVA变压器变压器1 1台台19500195001950019500 配电柜配电柜1 1套套25000250002500025000 50mm250mm2高压铝芯电缆高压铝芯电缆1600m1600m50508000080000 3 3240+1240+1120mm2120m

42、m2铝芯电缆铝芯电缆1000m1000m80808000080000 3 350+150+125mm225mm2铝芯电缆铝芯电缆1600m1600m21213360033600照明及水泵用照明及水泵用增容费增容费 2500025000 安拆费安拆费 2000020000 合合 计计 283100283100 方案四方案四电力稳压器法电力稳压器法250KVA250KVA稳压器稳压器1 1台台28000280002800028000 3 3185+1185+195mm295mm2铝芯电缆铝芯电缆2600m2600m6363163800163800 合合 计计 1918001918002方案优缺点比

43、照 方案一 优点：操作简单易行，平安风险低，能耗低。 缺点：材料用量大，方案造价相对高。 方案二 优点：操作简单易行，平安风险低，能耗低。 缺点：材料用量大，方案造价高昂。 方案三 优点：电压稳定，受客观条件影响小，电损小。 缺点：操作复杂，手序繁多，需要专业人员安装，平安风险高。材料用量大，造价相对高。 方案四 优点：操作简单，平安风险低，施工造价相对低。 缺点：电压稳定性较差，受客观条件影响较大，能耗较大3.3.53.3.5方案选用方案选用 经过以上计算分析，四个方案中，方案一和方案二费用较高，予以排除。经过以上计算分析，四个方案中，方案一和方案二费用较高，予以排除。应中选用方案三或方案四

44、，在方案选用时，方案三操作复杂，手序繁多，需要专应中选用方案三或方案四，在方案选用时，方案三操作复杂，手序繁多，需要专业人员安装，平安风险高，材料用量大，造价相对高。方案四虽然能耗较大，但业人员安装，平安风险高，材料用量大，造价相对高。方案四虽然能耗较大，但因为隧洞施工周期相对较短，一般因为隧洞施工周期相对较短，一般2 23 3年，电损可以忽略不计，因此，方案四为年，电损可以忽略不计，因此，方案四为垣曲支线施工最正确供电方案，费用相比高压进洞法而言节约垣曲支线施工最正确供电方案，费用相比高压进洞法而言节约1010万元以上。万元以上。3.3.6 3.3.6 原理原理 将将SBWSBW三相全自动补

45、偿式电力稳压器安装在低压供电线路中的适宜位置，解三相全自动补偿式电力稳压器安装在低压供电线路中的适宜位置，解决由于输电距离过长，用电设备启动时导致的电压降过大，电压不稳的问题。稳决由于输电距离过长，用电设备启动时导致的电压降过大，电压不稳的问题。稳压器的安装位置根据负载端用电设备功率来计算，稳压器输入端电压降不超过压器的安装位置根据负载端用电设备功率来计算，稳压器输入端电压降不超过380V380V20%20%。 SBW SBW系列稳压器由三相补偿变压器系列稳压器由三相补偿变压器TBTB、三相调压变压器、三相调压变压器TUVTUV电压检测单元、电电压检测单元、电动机控制与传动机构，电控操作电路，

46、保护电路等组成。调压变压器动机控制与传动机构，电控操作电路，保护电路等组成。调压变压器TUVTUV的一次的一次绕组接成绕组接成Y Y形连接在稳压器的输出端，二次绕组连接补偿变压器形连接在稳压器的输出端，二次绕组连接补偿变压器TBTB的一次绕组，的一次绕组，而补偿变压器工作原理，假设不计补偿变压器阻抗压降，而补偿变压器工作原理，假设不计补偿变压器阻抗压降， Uao=Uai+Uac Uao=Uai+Uac 式中：式中：Uai-Uai-稳压器稳压器A A相输入电压；相输入电压；Uao-Uao-稳压器稳压器A A相输出电压；相输出电压； Uac- Uac-稳压器稳压器A A相相补偿电压。补偿电压。 其

47、原理是:当A相输出电压Uai增加Uai时，补偿电压Uac也相应改变Uac且Uac=-Uai时，使A相输出电压Uao保持不变，同理B相、C相也是如此。 其稳压过程是：根据输出电压的变化，由电压检测单元采样，检测并输出信号控制电动机SM转动，经减速机构并有链条带动调压变压器TUV上的电刷组滑动或滚动来调节调压器的第二次电压，以改变补偿电压的极性和大小，实现输出电压自动稳定在稳压精度允许的范围内，从而到达自动稳压的目的。 SBW三相全自动补偿式电力稳压器工作原理及施工布置如图3.3.6-1、3.3.6-2所示。图3.3.6-1 SBW三相全自动补偿式电力稳压器工作原理图3.3.6-2 隧洞施工供电线

48、路布置示意图用 电 设 备低 压 动 力 电 缆低 压 动 力 电 缆洞 外 变 压 器高 压 电 缆作业面SBW稳 压 器洞 口图3.3.6-3 稳压器内部图3.3.7 3.3.7 操作步骤及要点操作步骤及要点1 1操作流程见图操作流程见图3.3.7-13.3.7-1图图3.3.7-1 SBW3.3.7-1 SBW三相全自动补偿式电力稳压器施工供电工艺流程图三相全自动补偿式电力稳压器施工供电工艺流程图人、材、机组织方案设计施工准备设备检验设备安装设备调试验收使用基座施工预留硐室开挖2 2操作要点操作要点 方案设计方案设计根据隧道施工机械设备的功率及同时用电设备数量，计算出最大用电功根据隧道施

49、工机械设备的功率及同时用电设备数量，计算出最大用电功率，选择适宜的稳压器型号，再根据供电距离计算出电缆线型号及稳压率，选择适宜的稳压器型号，再根据供电距离计算出电缆线型号及稳压器安装范围。器安装范围。 施工准备施工准备根据方案设计在隧洞适当位置开挖稳压器硐室，并做好硐室支护，做好根据方案设计在隧洞适当位置开挖稳压器硐室，并做好硐室支护，做好防水设施，再平整场地，做好稳压器安放平台，以免隧底的水浸泡稳压防水设施，再平整场地，做好稳压器安放平台，以免隧底的水浸泡稳压器，之后进行人、材、机组织：配备专业电工器，之后进行人、材、机组织：配备专业电工2 2名，杂工数名，机械设备名，杂工数名，机械设备完好

50、，各种电缆及支架准备齐全。完好，各种电缆及支架准备齐全。 设备检验 设备到货后，需进行开箱前的检查，主要检查内容如下： a.箱体在运输过程中有无损坏。 b.稳压器上的名牌应是需方所要购的稳压器品种规格。 c.面板上的表头、指示灯、按钮、转换开关、补偿变压器、按触调压器及其它无器件是否完好无损。 d.紧固件是否松动移位各部份连接线是否松动或接触不良。 e.调压系统，传动机构的装置是否平安可靠，如有碳刷错位或者有残缺断裂，应及时纠正列换。 设备安装 变压器及电缆线的安装不再表达，只介绍SBW三相全自动补偿式电力稳压器的安装接线工作。只有开箱检查合格的产品，才允许安装接线。 a.稳压器开箱检查合格后

51、，应立即就位，就位过程中，要保证稳压器箱体及柜内电气设备不受损坏，就位后，要保证稳压器底盘受力均匀，箱体不会摇动。 b.检查绝缘电阻。 c.连接进线。 d.连接输出线。 e.连接接地线。设备调试 变压器设备的调试参照相关标准进行调试工作，在此不再表达。调试人员的第一步工作也就是最重要的一项工作是检查接地，这项工作是确保稳压器可靠运行的关键，必须认真做好。具体工作内容如下： a.检查主回路接线是否牢固可靠，尤其对QA电控开关，QN刀形转换开关与KM接触器触点是否松脱现象，如有松动，必须拧紧； b.检查面板上的各电器元器件，如电流表，电压表指示灯，按钮，转换开关的接点连线是否有虚接现象，如有松动，

52、必须拧紧； c.检查控制电路板是否虚焊，如有请重新焊接； d.检查电控开关的控制电路及电机的C45电源开关是否合上，如没有请先给电控电路的控制开关合上。当稳压器安装、接线完成以后，就可以进行通电调试了。通电前的操作：通电前的操作： a. a.面板上的手动、自动选择开关置放在面板上的手动、自动选择开关置放在“手动挡位置，接好线路。手动挡位置，接好线路。 b. b.送上电源，按下停止按钮，合上空气开关，这时候面板上的三相电送上电源，按下停止按钮，合上空气开关，这时候面板上的三相电源指示灯亮，输入电压表有读数，转动面板上的线电压换相开关，分别测源指示灯亮，输入电压表有读数，转动面板上的线电压换相开关

53、，分别测出三相输入线电压的大小，并做好记录，如果发现输入电压缺相，必须检出三相输入线电压的大小，并做好记录，如果发现输入电压缺相，必须检查原因直到排除为止。查原因直到排除为止。 c. c.置选择开关于置选择开关于“电网位置，再松开停止按钮，输入电压表电网位置，再松开停止按钮，输入电压表VOVO有读有读数，面板上的市电指示灯黄色亮，转动面板上的线电压换相开关，输数，面板上的市电指示灯黄色亮，转动面板上的线电压换相开关，输入电压表入电压表V1V1和输出电压表和输出电压表VOVO应该有相同的读数应该有相同的读数 d.手动稳压试验： 按下停止按钮，把选择开关设置在“手动位置再松开停止按钮，接触器吸合，

54、面板上黄色市电指示灯熄灭，绿色稳压指示灯亮，然后根据输入电压表V1的读数，按升压按钮或降压按钮，使输出电压调整到380V或是某一个指定的电压值。 e.限位开关撞击试验，上述操作过程完成以后，即可做限位撞击试验，具体试验方法如下： 按降压按钮使输出电压下降，欠压警铃响了以后继续下降并记下欠压报警电压值直至撞开下限限位开关DWK装在调压变压器左、右下侧面伺服电动机不能动为止。 按升压按钮使输出电压上升，过压警铃响了的时候记下过压报警电压值，并继续升压到撞开上限限位开关UWK为止UWK装在调压变压器左、右下侧伺服电动机不能动为止。该试验完成后，必须立即将输出电压降至380V。 在撞击试验中，如果发现

55、某个限位开关失灵或过早过晚动作，必须校正撞板的位置，直至适宜为止。自动稳压试验 a 将选择开关置放在“手动挡位置，然后按SUA升压按钮，使输出电压到395V左右，然后把选择开关转拨到“自动位置稳压器输出电压应随之恢复到380V左右。 b 将选择开关重新置放在“手动位置挡，按降压按钮，使输出电压为365V左右，然后把选择开关拨到“自动位置，输出电压应随之上升到380V左右。 3)验收使用 调试完成，各项指标合格后，即可投入正常使用，负载运行时注意以下几点： 1.负载必须逐步参加，要严格防止过载现象的出现。 2.稳压器的负载应不超过80%的额定值为好，这时候稳压器的效率最高，可靠性也最好，如果稳压

56、器的负载率很高，必须加强冷却措施。 3.稳压器带载运行的过程中，如果出现断电，那么恢复供电的时候，要求负载逐步参加，严防数台大容量鼠笼式交流电动机同时使用，过大的冲击电流回损坏稳压器。 4)SBW4)SBW三相全自动补偿式电力稳压器使用条件三相全自动补偿式电力稳压器使用条件 1.环境温度 -10+40 2. 相对湿度 90% 3.海拔高度 1000m 4.无严重影响稳压器绝缘的气体，蒸汽、化学沉积、灰尘、污垢及其它爆炸和腐蚀性介质, 安装场所无严重振动或颠簸。3.4 3.4 本章小结本章小结 小浪底引黄工程垣曲支线单口掘进小浪底引黄工程垣曲支线单口掘进2518m2518m、3#3#支洞上游单口

57、掘进支洞上游单口掘进2100m2100m，二次衬砌施工动力线均采用，二次衬砌施工动力线均采用185 mm2185 mm2铝芯电缆，实践证明采用铝芯电缆，实践证明采用SBWSBW补偿式补偿式全自动电力稳压器解决动力线路电压损失是可行的。解决长距离供电电压全自动电力稳压器解决动力线路电压损失是可行的。解决长距离供电电压损失大的问题的方法很多，需要因地制宜，确定平安、经济、合理的方案损失大的问题的方法很多，需要因地制宜，确定平安、经济、合理的方案。 在小断面水工隧洞施工动力供电线路设计中，在本文所列条件下动在小断面水工隧洞施工动力供电线路设计中，在本文所列条件下动力电缆采用力电缆采用240mm224

58、0mm2，当隧道独头掘进小于，当隧道独头掘进小于1.4km1.4km布线长布线长1.4km1.4km时，应时，应当采用适当增大导线线径的方法解决负载电压损失过大的问题。当隧洞独当采用适当增大导线线径的方法解决负载电压损失过大的问题。当隧洞独头掘进大于头掘进大于1.4km1.4km而小于而小于2.6km2.6km布线长布线长2.6km2.6km时，应当采用增设大功率自时，应当采用增设大功率自动补偿式稳压器方案解决；当独头掘进超过动补偿式稳压器方案解决；当独头掘进超过2.6km2.6km时，可考虑采用时，可考虑采用“高压进高压进洞方式解决负载电压损失过大的问题。洞方式解决负载电压损失过大的问题。第

59、四章反坡小断面隧洞长距离独头掘进施工通风技术第四章反坡小断面隧洞长距离独头掘进施工通风技术4.14.1概况概况 小浪底引黄工程引水小浪底引黄工程引水2#2#隧洞隧洞13+95713+95720+25020+250里程范围内设里程范围内设有有4#4#、5#5#两个支洞，其中两个支洞，其中4#4#支洞与主洞交叉点里程支洞与主洞交叉点里程15+942.315+942.3，底板高程为底板高程为491.99m491.99m，支洞口底板高程，支洞口底板高程581.1m581.1m，坡度，坡度i=15.5%i=15.5%，倾角倾角a=8.8a=8.8，长度，长度L=598.8mL=598.8m，高差，高差H

60、=89.12mH=89.12m，与主洞夹角为，与主洞夹角为9090。上游开挖长度。上游开挖长度1957m1957m，下游开挖长度，下游开挖长度1089m1089m。5#5#支洞与主支洞与主洞交叉点里程洞交叉点里程17+697.817+697.8，底板高程为，底板高程为491.4m491.4m，支洞口底板高程，支洞口底板高程582.6m582.6m，坡度，坡度i=15.5%i=15.5%，倾角，倾角a=8.8a=8.8，长度，长度L=621mL=621m，高差，高差H=90.2mH=90.2m，与主洞夹角为，与主洞夹角为5050。上游开挖长度。上游开挖长度689m689m，下游开挖，下游开挖长度