隧道施工供风、水、电作业

1、 工艺概述

在隧道施工中，开挖、支撑与衬砌等称为基本作业。为了确保隧道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、供电与照明以及施工通风、防尘、防有害气体等。

2、 作业内容

施工供风；

施工供水；

供电与照明。

3、 质量标准及验收方法

3.1 施工供风

隧道掘进应采用空压机供风，空压机的功率应能满足同时工作的各种风动机具的最大耗风量的要求。

隧道工作面风压不应小于 0.5MPa，其高压风管的直径应根据最大送风量、风管长度、闸阀等条件计算确定，独头供风长度大于 2000m 时宜考虑设洞内压风站。

3.2 施工供水

隧道工作面的水压不应小于 0.3MPa，水管的直径应根据最大供水量、管路长度、弯头、闸阀等条件，计算确定。

隧道施工对水质要求

凡无臭味、不含有害矿物质的洁净天然水均可作施工用水，但仍应做水质化验工作；生活用水要求符合国家饮水的水质标准。

3.3 供电隧道供电电压应符合下列要求：

① 供电线路可采用 400V/230V 三相四线系统。

② 动力设备应采用三相 380V。

③ 照明电压：作业地段不得大于 36V，成洞和不作业地段可采用 220V。

④ 线路末端的电压降不得大于 10%。

变压器容量应按电气设备总用量确定。当单台电动设备容量超过变压器容量 1/3 时，应适当考虑增加起动附加容量。

洞外变电站宜设在洞口附近，并应靠近负荷集中地点和设在电源来线一侧。变电站电源线当需跨越施工地区时，其最低点距人行道和运输线路的最小高度应满足：电压 35kV 时 7.5m， 6～10kV 时 6.5m，400V 时 6m。

隧道施工作业地段应有足够的照明。采用普通光源照明时，其照度应满足表 3 的要求。

表 3 隧道施工照明标 准

不安全因素较大的地段可加大照度。

在主要交通道路、洞内抽水机站或竖井等重要处所，应有安全照明。漏水地段照明应采用防水灯头和灯罩。

4、工艺流程图

作业工艺流程如下：

施工供风：调查统计以压缩空气为动力的风动机具及其需风参数 →确定空压机站供风能力→高压风管内径选择→高压风管道安装；

施工供水：施工用水量估算 →供水方案选择→供水设备配备→供水管道安装；

施工供电：隧道施工总用电量估算 →施工供电方式选择→供电线路布置。

5、工序步骤及质量控制说明

5.1施工准备

查阅已掌握的设计文件和资料，对工程环境和施工条件详细调查，编制实时性施工组织设计，确定施工总平面布置。

学习了解施工供风、供水及供电方面专业知识，详细制定技术交底文件。

做好人员的组织与培训工作，及时完成材料的调查和储备及机械设备的调转和调试，，为施工风水电施工做好资源准备。

5.2施工供风

5.2.1空压机站供风能力

在隧道施工中，以压缩空气为动力的风动机具广泛应用。应选择低消耗、节约能源、低成本及保证施工的空压机具。螺杆式空压机应推广使用。

空压机的生产能力（或供风能力） Q 可用下式计算：

Q =（1 + K 备）（· ? qK＋q漏）K m

式中： K —— 同时工作系数，见表4；

K备 —— 空压机的备用系数，一般采用 75%～90%；

Σq —— 风动机具所需风量，m3/min，（可查阅风动机具比能表 YT 型凿岩机一般为

3 m3/min ，PZ 型喷射机一般为 10m3/min，SP 型喷射机一般为 5 m3/min）；

q漏
—— 管路及附件的漏耗损失，其值为：

q漏＝d·? L ，m3/min；

其中： d ——每公里漏风量，平均为 1.5～2.0 m3/min；L ——管路总长（km）；

Km ——空压机所处海拔高度对空压机生产能力的影响系数，见表 5。

表 4 同时工作系数   K

表 5
海拔高度影响系数
Km

空气压缩机站设在洞口附近，以减少洞外管路长度，避免风压损失过多。

为充分发挥设备潜力，应综合考虑电动、内燃空气压缩机的优缺点，合理配备使用。一般对于 1000m 以下隧道，宜以内燃空气压缩机为主；对于 1000m 以上隧道宜以电动空气压缩机为主。空压机站处要求空气洁净，通风良好，地基稳固且便于设备搬运等。

5.2.2高压风管道安装

高压风管内径选择

① 隧道开挖面工作风压，应不小于 0.5 MPa。空气压缩机产生的压缩空气的压力一般为 0.7～

0.8 MPa 左右。为保证风动机具的风压，要求钢风管终端的风压不得小于已 0.6 MPa，这样通过

胶皮管输送至风动机具的工作风压才不小于 0.5 MPa。

② 压缩空气在输送过程中，由于管壁摩擦接头、阀门等产生沿程阻力，使其压力减少，一般称为风压力损失。钢管的风压力损失 ΔP 可由下式计算：

L V 2

ΔP =λ

d

·

·γ′10－6 2g

（ MPa）

式中： λ —— 摩阻系数，见表6；

L —— 输送高压风管管路长度（包括配件当量长度，见表 2.10-7）（m）；

d —— 送风管内径（m）；

g —— 重力加速度，g =9.81m/s2；

γ —— 压缩空气的容重，在大气压下，温度为 0℃时，空气容重为 12.90 N/m3；

温度为 t℃时，其容重为γt ＝12.9×

273 （N/m3），此时，压力为P的压缩

273 + t

空气的容重 γ应为γ＝γt（P＋0.1）（N/m3），P为压缩机生产的压缩空气的

0.1

压力，由空压机性能可知，单位为 MPa；

V ——压缩空气在风管中的速度（m/s），根据风量和风管面积可求得。

以上计算的风压力损失值若过大，则应选用较大管径 d 值的风管，以达到减少压力损失值，使钢管末端风压不得小于 0.6 MPa。

表 6 风管摩阻系数   λ   值

表 7
配件折合成管路长度

③ 胶皮风管连接钢管与风动机具，由于其压力损失较大，一般应尽量缩短其长度，从而保 证压缩空气的工作气压不小于 0.5 MPa 。胶皮管的压力损失值见表 8。

表 8 压缩空气通过胶皮风管的压力损失 （ MPa）

高压风管路安装使用注意事项

① 管路应敷设平顺，接头密封，防止漏风，凡有裂纹、创伤、凹陷等现象的差质钢管不能使用；

② 洞内风管路宜敷设在电缆、电线相对的另一侧，并与运输轨道有一定距离，管道高度不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，以免妨碍运输，不影响边沟施工和排水；

③ 洞外地段，当风管长度超过 500m，温度变化较大时，应安装伸缩器；靠近空压机 150m以内，风管的法兰盘接头宜用耐热材料石棉衬垫；

④ 压风管道在总输出管道上，应安装总闸阀以便控制和维修管道，主管道上每隔 300～500m应分装闸阀；按施工要求，在适当地段（一般侮隔 60 m）加设一个三通接头备用；管道前端至开挖面距离直保持在 30 m 左右，并用高压软管接分风器；分部开挖法中通往上导坑开挖面使用的软管长度不宜大于 50 m；分风器与凿岩机间连接的胶皮管长度不宜大于 10 m；上导坑、马口、挖底地段不宜大于 15 m；

⑤ 长度大于 1000 m 时，应在高压风管最低处设置油水分离器，定时放出管中的积油和水；

⑥ 管道安装前应进行检查，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，并进行风压或水压强度试验，合格的方能使用；

⑦ 管路使用中，应有专人负责检查、养护；冬季施工时，应注意管道的保温措施。5.3施工供水

5.3.1隧道施工用水量估算

隧道施工用水

施工用水量应根据工程规模大小、机械用水量、施工进度、施工人员数量和气候条件等确定，在初步概略估算时，可参考表 9 来估算一昼夜的总用水量。

表 9   隧道施工用水量估算表

生活用水

一般对生产工人平均耗水量（ 0.1～0.15）m3/天；对于非生产工人平均耗水量（0.08～0.12）m3/天。

消防用水

供消防用的水量、水压应满足消防的有关要求，同时水龙头距离应近一些。

5.3.2供水方案选择

主要根据水源实际情况选定。隧道施工常用水源分别有：高山自然水、山上泉水、河水、钻井抽水、洞内地下水源等。

上述水源自流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管。

5.3.3供水设备配置

贮水池

① 水池位置

水池高度应能保证洞内最高用水点的水压及用水量的需要。水池位置至最高配水点的高差 H的计算，可按下式计算：

H ≥1.2h＋α·hf

式中： h——配水点要求水头高度（m），如湿式凿岩需要水压为 0.3MPa，则 h＝30m；

α——水头损失系数（按管道水头损失  5%～10%计算），α＝1.05～1.10；

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 水池容积

若利用高山自流水供水，水源流量大于用水高峰耗水量时，则水池容积约为 20～30 m3；若水源流量小于耗水量时，则需根据每台班最大耗水量，并考虑必要贮备，计算水池容积。

V＝24α·C·（Qc＋Qs） （m3）式中：V——水池容积；

α——调节系数，一般用 α＝1.1～1.2；

C ——贮水系数（为水池容量／昼夜用水量），昼夜用水量小于 1000 m3时，采用 1/4～1/6；昼夜用水量在 1000～2000 m3时，用 1/6～1/8。Qc——生产用水量，（m3/h）；

Qs——生活用水量，（m3/h）。

当然，水池的容量应有一定储备量，保证洞内外集中用水高峰的需要。应充分利用洞内地下水源，通过高压水箱送到工作面（采用机械站供水时，应有备用的抽水机具）。

水泵和泵水房

① 扬程 H 值计算

H ＝ h’＋α·hf

式中： h’——水池与水源之间的高差（m）；

α、hf 含义同水池位置计算公式。

根据扬程 H 和钢管内径 d 可选择合适的水泵（常用水泵种类有：单级悬臂式离心水泵、分段式多级离心水泵，其规格和性能可查阅有关施工技术手册）。

② 泵水房（站）

临时抽水泵房，可按临时生产用房的有关规定办理水泵在安装前，应按图纸检查基础位置、预留管道孔洞等各部分尺寸、水泵底座位置等均经校核之后，才能灌筑水泥砂浆，并固定地脚螺栓等。

5.3.4供水管道安装使用

管路应敷设平顺，接头严密，不漏水；

水池的总输出管路上应安装总闸阀；主管路上每隔 300～500 m 应分装闸阀；

洞内水管前端至开挖面宜保持 30 m 距离，并用高压软管连接分水器。洞内软管的长度，

一般情况下不宜大于 50 m；

洞内水管管路应敷设在电缆、电线相对的一侧，不得妨碍运输；当与水沟同侧时，不得影响排水；

钢管在安装前应进行检查，有裂纹、创伤、凹陷等现象时不得使用，管内不得保留有残余物和其他脏物；

管路使用中应有专人负责检查、养护。冬期应注意管道保温。

5.4施工供电

5.4.1隧道施工总用电量估算

施工现场动力和照明总用电量

S ＝K·? P1 ·K1 ·K ＋? P ·K

总
η·cosφ 2
2
3

式中： S总——隧道施工总用电量（kVA）；

C ——备用系数，一般取 1.05～1.10；

ΣP1 ——全工地动力设备的额定输出功率总和（kW）；

ΣP2 ——全工地照明用电量总和（kW）；

η  ——动力设备的平均效率，动力设备的平均效率，采用 0.83～0.88；通常取

η=0.85 进行计算；

cosφ——平均功率因素，采用 0.5～0.7；

K1
——动力设备同时使用系数（通风机的K1 ＝0.8~0.9；施工电动机械的K1 =0.65～ 0.75；

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

K2 =0.75～1.0；

K3
——照明设备同时使用系数，一般可取K3 =0.6～0.9。

单考虑动力用电量

当照明用电量相对于动力用电量所占比例较少时，为简化计算，可在动力用电量之外再加

10%～20%，作为施工总用电量，其计算式如下：

S ＝K· ? Pi ·K ·K

动
η·cosφ 2
2

则 S总＝（1.1～1.2）S动

式中： S动——施工现场动力设备所需的用电量。其他符号意义同上；但当使用大型用电设备时，Kl 可取 1.0 计算。

5.4.2隧道施工供电方式

隧道施工供电方式

① 自设发电站供电

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，才设自发电站供电。自发电可作为备用，在地方电网供电不稳定时，或在有些重要施工场所还需设置双回路供电网，以保证供电的稳定性。

② 用地方现有电网供电

一般应尽量采用地方现有电网供电，既方便又安全等。

施工供电变压器选用

一般变压器容量应按电气设备总用量确定，即应根据估算的施工总电量来选择变压器，其容量应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。具体可按下述方法进行计算确定：

① 配备电动机械的单台电动设备最大容量占总用量的 1/5 及以下时，变压器最大容量Se 为：

Se ＝ΣP1 ·K1 /η·cosφ  （kW）

② 配备电动机械的单台最大容量占总用电量的 1/5 以上时，变压器最大容量 Se 为：

Se ＝5ΣP1 ·K1 ·μ/η·cosφ  （kW）

式中： μ ——配备电动机械中最大一台的容量与总用电量的比值。式中其他符号意义同前。根据上述计算需要变压器的容量后，就可从变压器产品目录中选用适合型号和规格的配电变

压器即可。

变压器（变电站）位置的选择

变压器位置应设在便于运输运行、检修和地基稳固、安全可靠的地方，因此，应满足以下几个方面的要求：

① 隧道洞外变电站，宜设在洞口附近，并应靠近负荷集中地点和设在电源来线同一侧；

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重心，使其投人运行时线路损耗最小，并能满足电压要求。当配电电压在 380 V 时，供电半径不应大于 700m，一般供电半径以 500 m 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，变压器与周围及上下洞壁的距离不得小于 30m，并按规定设置安全防护。

5.4.3供电线路布置和安装的技术要求

供电线路电压等级

① 供电线路可采用 400V/230V 三相五线系统；长大隧道施工，电源采用 6～10 kV 供电，经过变压后对用电设备供电；

② 动力设备应采用三相 380V；照明电压：作业地段宜 36V，成洞和不作业地段可采用 220V；

③ 工作地段照明和手持电动工具，应按规定选用安全电压供电；

④ 线路末端的电压降不得大于 10%。

隧道施工供电线路布置和安装有关要求

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；瓦斯地段的输电线应使用密封电缆，不得使用皮线；

② 照明和动力线路安装在同一侧时，应分层架设；电线悬挂高度应满足：400 V 以下不小于 2.5 m，10 kV 不小于 3.5 m；

③ 变电站电源线当需跨越施工地区时，其最低点距人行道和运输线路的最小高度应满足：电压 35kV 时 7.5m，6～10kV 时 6.5m，400V 时 6m。

④ 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：干线在上，支线在下；动力线在上，照明线在下心风、水管道应输电线路的另一侧。

⑤ 涌水隧道的电动排水设备，瓦斯隧道的通风设备以及斜井、竖井内的电气装置应采用双回路输电，并有可靠的切换装置和防爆措施；瓦斯地段的电缆应沿侧壁铺设，不得悬空架设；

⑥ 36 V 低压变压器应设在安全、干燥处，机壳接地，输电线路长度不得大于 100 m；

⑦ 动力干线上的每一分支线，应装设开关及保险装置，严禁在动力线路上加挂照明设施。

⑧ 高压进洞（10kV）：洞内高压变电站，应设置在干燥的避车洞或不使用的横通道内，变压器与周围及上下洞壁的最小距离，不得小于 300 mm，同时应按规定要求设置安全防护设施；洞

内高压变电站之间的距离宜为 1000 m，由变电站分别向相反两方向供电，每一方供电距离不宜

超过 500 m；洞内高压变电站应采用井下高压配电装置或相同电压等级的油开关柜，不宜使用跌落式熔断器。低压则宜采用成套组合电器，也可采用带有空气断路器的井下低压配电盘或装设自动空气开关，并有防尘措施。

5.5施工照明

5.5.1照明安全变压器

隧道施工作业地段照明，应使用安全变压器配电，其容量：输人电压为 220 V，输出电压宜有 36 V、32 V、24V 、12 V 四个等级，便于根据作业工作面安全要求选用照明电压（成洞段和不作业地段可用 220 V，瓦斯地段不得超过 110 V，一般作业地段不宜大于 36 V，手提作业灯为 12～24 V）；隧道照明选用的导线截面应使线路末端的电压降不得大于 10%；36 V 及 24 V 线不得大于 5%。

5.5.2新光源洞内外照明

新光源一般使用低压卤钨灯、高压钠灯、钪钠灯、钠铊铟灯、镝灯及 LED 灯等。

表 10
新光源洞内外照明布置表

6、施工机械及工艺装备

本工序作业为辅助作业，不单独安排机械设备，一般使用起吊设备等，可单独调度协调进行。

7、作业组织

本作业指导书涉及内容与主体工程联系较为紧密，不单独安排人员组织施工。一般平行作业。可参考下表

8、安全生产及环境保护

8.1施工安全

施工机械使用、操作人员资格、检修保养、各种专用施工机具和料具、施工用电、特殊环境中作业、既有线施工等应严格执行《铁路工程施工安全技术规程》；

特殊工种应经考试合格以后方能上岗；

高空作业人员应佩戴安全帽，同时应系好安全带；

现场的高压、低压电力线路及变压器和通信线路应按有关规定统一布置；临时设施的布置应考虑突发性自然灾害，如洪水、泥石流、滑坡、火灾、疫情、地震，并制定相应的紧急预案；

施工机具应布置在安全地带，应定期检查电源线路和设备的电器部件，确保用电安全；

8.2环境保护

开始施工前，应进行环境因素识别，确定重要环境因素，制定相应的管理方案；

临时工程及场地布置应采取措施保护自然环境；

施工场地布置时，在水源保护地区内不得取土、弃土、破坏植被等，不得设置拌合站、洗车台、充电房等，并不得堆放任何含有害物质的材料或废弃物。

施工废水、生活污水和生活垃圾不得随意丢弃，并在生活区、生产区及洞门口设置污水处理池，生活污水或生产及洞内废水应经过污水处理池处理后排放到或倒置指定的地点。