电力隧道施工方案研究初稿.docx

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电力隧道施工方案研究初稿

目录

一、隧道结构设计及施工1

（一）、盾构管片外径6.2m方案研究1

1、隧道平面设计1

2、隧道纵断面设计1

3、管片结构设计1

（二）、盾构管片外径3.4m方案研究2

1、隧道平面设计2

2、隧道纵断面设计2

3、管片结构设计3

（三）、明挖结构方案方案研究3

1、6.2m外径盾构对应明挖结构3

2、3.4m外径盾构对应明挖结构5

（四）、经济指标分析7

1、盾构管片外径6.2m方案研究7

2、盾构管片外径3.4m方案研究7

二、给排水消防方案研究8

三、环控系统方案研究14

一、隧道结构设计及施工

（一）、盾构管片外径6.2m方案研究

1、隧道平面设计

延吉道电力隧道北侧部分分为引出明挖段、盾构隧道部分，隧道由延吉道变电站北侧引出后沿道路敷设由变电站北侧穿越铁路、外环线，下穿永定新河后到达盾构接收井，从盾构接收井引出地面。

区间转折点处设盾构始发竖井，盾构井内壁尺寸为13.5m×8.0m。

其中延吉道变电站～区间盾构始发井采用明挖法施工，该段长度186m，盾构始发井～盾构接收井采用盾构法施工，该段长度为1791m。

2、隧道纵断面设计

隧道纵断面设计主要根据地质条件、隧道施工和使用阶段的抗浮及受力要求确定。

下阶段建议与规划部门协调后，综合确定埋深。

纵断面设计建议由延吉道变电站侧盾构始发竖井沿道路向北至盾构接收竖井采用单面坡设计，考虑盾构区间排水盾构纵坡不小于3‰，其中盾构始发竖井侧盾构埋深考虑施工及抗浮要求，埋深按照4.5m设计。

纵坡坡率的设计同时考虑永定新河规划河底的控制，过永定新河段盾构管片外轮廓距离永定新河规划河底按照8.0m考虑。

3、管片结构设计

（1）管片厚度

根据本工程的具体技术条件，经工程类比确定管片厚度为350mm。

（2）管片的分块

衬砌圆环的分块主要由管片制作、运输、安装等方面的实践经验确定，但也应满足受力和防水的要求。

本次设计从管片的特点出发，兼顾盾构千斤顶的布置，按错缝拼装的原则，考虑了6等分块方式。

（3）管片的宽度

考虑到结构的防水、造价及盾构机的灵敏度，结合目前天津地铁的施工要求，经综合比较后，设计中采用1200mm的环宽。

（二）、盾构管片外径3.4m方案研究

1、隧道平面设计

延吉道电力隧道北侧部分分为引出明挖段、盾构隧道部分，隧道由延吉道变电站北侧引出后沿道路敷设由变电站北侧穿越铁路、外环线，下穿永定新河后到达盾构接收井，从盾构接收井引出地面。

区间转折点处设盾构始发竖井，盾构井内壁尺寸为7.0m×9.0m。

其中延吉道变电站～区间盾构始发井采用明挖法施工，该段长度182.2m，盾构始发井～盾构接收井采用盾构法施工，该段长度为1799.2m。

2、隧道纵断面设计

隧道纵断面设计主要根据地质条件、隧道施工和使用阶段的抗浮及受力要求确定。

下阶段建议与规划部门协调后，综合确定埋深。

纵断面设计建议由延吉道变电站侧盾构始发竖井沿道路向北至盾构接收竖井采用单面坡设计，考虑盾构区间排水盾构纵坡不小于3‰，其中盾构始发竖井侧盾构埋深考虑施工及抗浮要求，埋深按照4.0m设计。

纵坡坡率的设计同时考虑永定新河规划河底的控制。

3、管片结构设计

（1）管片厚度

根据本工程的具体技术条件，经工程类比确定管片厚度为250mm。

（2）管片的分块

衬砌圆环的分块主要由管片制作、运输、安装等方面的实践经验确定，但也应满足受力和防水的要求。

本次设计从管片的特点出发，兼顾盾构千斤顶的布置，按错缝拼装的原则，考虑了6等分块方式。

（3）管片的宽度

考虑到结构的防水、造价及盾构机的灵敏度，结合目前天津地铁的施工要求，经综合比较后，设计中采用1000mm的环宽。

（三）、明挖结构方案方案研究

1、6.2m外径盾构对应明挖结构

延吉道电力隧道由延吉路变电站至盾构始发竖井为明挖结构，为满足管线铺设及区间环控消防的需要，结构采用明挖矩形结构，结构的内轮廓设计为4.5m×4.7m，结构的侧墙厚0.6m，顶板厚0.6m，结构底板厚0.8m。

图1-1明挖结构断面图

隧道主体基坑开挖深度约10m左右，根据现场的实际情况，按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）的规定，确定基坑支护工程的安全等级为一级。

支护方案采用SMW工法桩，桩身直径为850mm，桩中心距600mm，两桩之间搭接厚度250mm，桩内插入H型钢（H700×300×14×24），由于H型钢可回收利用，造价低。

基坑竖向设置两道道支撑，支撑采用I20双拼型钢支撑（或者Φ609钢支撑），水平间距3m。

结构底铺设200mm厚C20混凝土垫层。

盾构井在施工期间作为盾构施工工作井，为满足盾构的施工工艺而设置；使用期间作为电力隧道的检修工作井，为满足使用功能要求而设置。

盾构始发井设置在盾构隧道开始掘进的地方，主要功能是为盾构吊装、井内调试、初始负环掘进、管片吊运、碴土外运用，盾构到达井设置在盾构隧道掘进结束的地方，主要功能是接收盾构机。

解体拆卸吊出。

盾构竖井的结构尺寸是根据盾构施工需要（组装、拆卸、进出洞、推进等）而拟定的，其结构除应满足其本身施工阶段强度、裂缝宽度要求外，还应保证竖井后靠井壁与土体稳定性。

盾构始发井采用矩形结构，按明挖法施工，围护结构采用Φ1000@1500m钻孔灌注桩+止水帷幕。

盾构接收井采用矩形结构，按明挖法施工，围护结构采用800mm厚地连墙。

盾构始发井平面净空尺寸为：

13.5m（沿线路方向）×8m（垂直线路方向），深度13.5m。

盾构到达井平面净空尺寸：

13.5（沿线路方向）×8m（垂直线路方向），深度约19.7m。

2、3.4m外径盾构对应明挖结构

隧道主体基坑开挖深度5.36～7.35m左右，根据现场的实际情况，按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）的规定，确定基坑支护工程的安全等级为一级。

支护方案采用SMW桩墙，桩身采用水泥搅拌桩，桩身直径为850mm，桩中心距600mm，两桩之间搭接厚度250mm，桩内插入H型钢（H700×300×14×24），由于H型钢可回收利用，造价低。

基坑竖向设置一道支撑，支撑采用I20双拼型钢支撑，水平间距3m。

结构底铺设100mm厚C15混凝土垫层+150mm厚碎石垫层。

图1-2明挖结构断面图

盾构竖井的结构尺寸是根据盾构施工需要（组装、拆卸、进出洞、推进等）而拟定的，其结构除应满足其本身施工阶段强度、裂缝宽度要求外，还应保证竖井后靠井壁与土体稳定性。

本阶段进出洞竖井采用矩形结构，按明挖法施工，围护结构采用Φ1000@1500m钻孔灌注桩+止水帷幕。

始发竖井平面净空尺寸为：

7m（沿线路方向）×7m（垂直线路方向），深度12.6m。

到达竖井平面净空尺寸：

7m（沿线路方向）×7m（垂直线路方向），深度8.9m。

盾构竖井基坑采用Φ1000@1500m钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩顶设钢筋混凝土冠梁，桩侧设置横撑和腰梁。

围护结构外设1～2排水泥土搅拌桩做止水帷幕。

（四）、经济指标分析

1、盾构管片外径6.2m方案研究

目前地铁区间设计盾构区间管片均采用6.2m管片设计，与3.4m盾构管片比较，盾构接的一次性购置费减少，管片模板的购置费、管片的生产及生产场地均可以与目前天津地铁管片共用。

盾构区间的工程费为4.0～4.5万元/延长米，明挖区间的工程费为6.0万元/延长米。

2、盾构管片外径3.4m方案研究

单纯从工程费用看，按目前设计方案确定的断面及施工长度，明挖法约5.0万元/延长米，盾构法约4.1万元/延长米（含盾构机购置费并一次摊销），盾构法较明挖法相对经济，但盾构法需购置盾构机械，设置管片生产厂，需资质等级较高的企业来承担；明挖法相对施工工艺较为简单。

附图：

图16.2m盾构外径隧道平面图

图23.4m盾构外径隧道平面图

图36.2m外径盾构标准衬砌环构造图

图43.4m外径盾构标准衬砌环构造图

二、

给排水消防方案研究

1、水源采用城市自来水并自建消防水池新增消防水泵，初步将消防泵房及水池设在盾构的始发井位置（若室外有空地也可以把水池放在室外，与泵房分开，但不能距离太远），面积大约15m*8m，房间最小净空3m。

2、隧道内消防系统方案：

考虑到本工程电缆隧道的重要性，建议在隧道内设置必要消防灭火设施，根据目前国内现有规范和技术，完全适用于电缆隧道的消防系统主要包括：

高压细水雾灭火系统，水喷雾灭火系统，气溶胶自动灭火系统。

上述各种方案比较如下：

高压细水雾方案

水喷雾方案

热气溶胶自动灭火装置

优点

是替代气体灭火系统的一种，具有冷却、窒息灭火的功能，其优点是用水量比较小，节省建筑和占地面积。

具有灭火和冷却功能，优点是比高压细水雾压力稍低、投资省。

有现行的国家规范可参照。

投资省，方便安装。

不用设消防泵房，占地省。

缺点

投资比其它系统高，系统压力高，没有现行的国家规范可参照。

设备安装比较困难。

系统用水量较大，占用建筑面积大，水池容积也大。

由于保护范围大，喷出的水雾是否均匀无法保证。

设备安装比较困难。

由于系统需要密闭空间，需在隧道长度范围内划分小的防火分区，对建筑结构影响比较大。

根据上述比较：

建议采用水喷雾方案。

3、水喷雾系统

（1）主要设计内容

水喷雾灭火系统主要由消防水池、消防泵组、稳压装置、雨淋阀、水雾喷头、试水装置、水泵接合器、管道等组成，本设计主要是地下电缆隧道的水喷雾消防系统。

（2）主要设计参数

内径2.9m盾构方案

内径5.5m盾构方案

设计喷雾强度

13L/min.m2，持续喷雾时间0.4h。

13L/min.m2，持续喷雾时间0.4h。

系统设计水量

77L/S

160L/S

水雾喷头

采用高速水雾喷头，布置间距2.3m。

采用高速水雾喷头，布置间距2m。

保护区分区长度

50m一个分区，共37个。

50m一个分区，共37个。

消防泵房

设2台主泵2台稳压泵1台稳压罐，平时由稳压泵和稳压罐稳压，火灾时启动主泵。

消防水池有效容积110m3。

设2台主泵2台稳压泵1台稳压罐，平时由稳压泵和稳压罐稳压，火灾时启动主泵。

消防水池有效容积230m3。

估算

392万元

468万元

水喷雾系统原理和断面示意图如下：

图2-1水喷雾原理图

图2-1暗挖段Φ2.9内径盾构水喷雾管道示意图

图2-3明挖段水喷雾管道示意图

图2-4暗挖段Φ5.5内径盾构水喷雾管道示意图

灭火器设置：

隧道内按中危险级设置手提灭火器。

4、隧道排水：

在盾构进、出井处设排水泵井共2处，满足日常的结构渗漏和消防排水，南段隧道将根据隧道的结构形式在端头风井处设置泵井。

泵井尺寸：

5m×3×2.5m。

5、存在问题：

对于目前内径Φ2.9m隧道断面安装水喷雾设备比较苦难，管道和雨淋阀只能安装在隧道的顶部，由于阀体和管道体积受限，若在目前断面下安装，管道或喷头距最高一排电缆净距250mm，则局部管道或雨淋阀距最高一排电缆的安全净距不能满足规范要求，规范规定喷头、管道与电气设备带电（裸露）部分的安全净距1960mm（110KV）或3150mm（220KV）。

因此需要电力专业确定。

自来水接管位置、水压、水量、管径需要提供。

三、

环控系统方案研究

1、采用规范

（1）《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）

（2）《电力工程电缆设计规范》（GB50157-2003）；

（3）《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；

（4）《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229-2006）

2、设计范围

延吉道电力隧道正常情况的机械通风、防排烟；

3、设计标准

电缆隧道内采用机械送、排风系统进行通风换气，通风量按照排除预热计算，隧道设计温度≤40℃。

4、主要设计原则

1、有效地排除隧道内的余热、余湿及控制污染物浓度允许限值之内。

2、在确保满足上述功能前提下，设备选型应以安全可靠、经济合理为原则，设备择优选择。

5、系统划分及主要设备布置

延吉道电力隧道分为南北两座隧道，分别由延吉道变电站引出，其中北侧隧道长1986m，南侧隧道长407m。

电缆隧道内进行分段纵向机械通风。

结合隧道发热具体情况，及周边地区条件，北侧隧道考虑设置通风竖井、通风机房5处，隧道通风机共8台。

南侧隧道考虑设置通风竖井、通风机房2处，隧道通风机共2台。

风机置于地面通风机房中，送、排风的风机经由竖井，与隧道相连通。

6、防排烟

通风系统的风机，与火灾探测器联锁，。

并在火源扑灭之后，对隧道进行通风换气，排除有害气体。

7、消声减振

对产生振动的风机设备，安装时采用隔振基础或减震弹簧，尽量选用噪声小、运转平稳的设备；风机与管道的连接处采用软接头。

在设置于风井一端的通风管道上加设管式阻性消声器，以保证地面附近的环境噪声满足要求。

8、材料与安全

（1）送、排风管采用镀锌钢板材料。

（2）通风设备采用防爆风机。

9、目前存在问题

（1）目前电缆隧道排除余热按照上序专业提供参数设计，由于其发热量较大，在后期需进行进一步分析、计算，以确保系统有效性与经济性。

（2）同时风机参数、机房尺寸、风井面积，可能根据下一步计算进行调整。