青藏铁路风火山隧道施工设备配套方案.doc

1、青藏铁路风火山隧道施工设备配套方案青藏铁路风火山隧道地处青藏高原腹地的可可西里无人区，山顶最高海拔4996m，轨面海拔4905m，最大埋深10Om，最小埋深10.13m，起讫里程为DIKl159+000DIK1160+338地段，全长1338m。由于其海拔高、空气稀薄、气压低、自然条件和地质条件恶劣，施工难度极大。风山隧道为高原多年冻土隧道，洞身全部位于冻岩之中，含冰层、饱冰、富冰冻土发育，穿越地层地质主要为砂岩、泥岩，层状结构风化严重，全风化层厚度大于20m。中铁十局集团承担了这个世界第一高隧的施工任务。针对高海拔的地形、地质构造变化无常以及缺氧等问题，中铁二十局集团决定隧道施工采用有轨运输

2、方案，重点解决好通风、供氧问题，减少了废气污染。混凝土集中搅拌，出渣、混凝土浇注采用有轨运输、模板台车衬砌等先进施工机械和施工工艺及方法，保证了施工人员身体健康，施工机械性能也得到充分发挥。风火山隧道2001年10月21日开工，2003年7月31日完工，历时1年零10个月。根据工程总工期及现场实际情况，该隧道划分为进口区和出口区两个口，采用两边同时向前掘进的施工方法，配备两套施工机械设备，分别由隧道进口队、隧道出口队施工。具体施工机械设备配套方案见附表。 动力设备 主要是确保隧道施工的用电和用风，即发电机组和空压机的配备。根据混凝土自动计量拌和站、混凝土输送泵、制氧站、通风机、电瓶车充电机、钢

3、筋制作机械以及施工生活用电的总功率，每个口需要500kw的用电量。考虑到发电机组24h工作，需有1台替换备用发电机组，施工单位在隧道进出口分别配备了2台扬州英泰功率为250KW的250GF型移动式发电机组、1台扬州华东动力机械有限公司功率为264kw的HDV325型移动式发电机组。前者采用KTA19-G2型重庆康明斯发动机和扬州英泰电机；后者采用瑞典沃尔沃TADl240GE型电喷式发动机和法国斯坦福HC4E型电机。这两种发电机组的特点是低温启动性能好，同时在高零缺氧的环境里功率损失小，工作可靠。根据出渣能力决定掘进打眼同时使用风枪的用风量，每个口需要2台750HH型美国寿力移动式空压机。考虑到

4、有替换备用品，隧道进出口分别配备了3台该型号空压机。此种空压机的公称容积流量为21.2 m3min (750CFM)，发动机功率为224kW，适应在高海拔、缺氧地区的隧道施工使用。掘进设备 隧道进出口各使用20套天水风动机械厂生产的YT28型凿岩机，耗风量3.5m3min。每个口使用1 0套风枪，采用4m长的钻杆，进行全段面开挖，光面爆破，3h可打完按照光面爆破要求布局的装药孔，1 h可装完炸药进行爆破，每次可以掘进4m。装渣设备 隧道进出口各使用1台斗容量1m3的PC220-6小松挖掘机进行装渣，配合3台梭式搭接有轨运输矿车，1台ZLC40B型侧卸式装载机在弃渣场平整，46h可出完废渣，进行

5、下一个掘进循环。初衬支撑完后，进行仰拱施工仍然使用该挖掘机装渣。运渣设备 隧道排出口各使用3台TDSF-1A14型梭式搭接有轨运输矿车、3台CDXT-1 2型蓄电池机车组成3组进行循环运输。每台梭式矿车一次可以装废渣10 m3。蓄电池机车功率42kW，具有足够的牵引力。运输完一次循环废渣后，蓄电池机车电瓶进入充电房进行充电，梭式矿车进行保养，以便下一个循环使用。出完废渣未喷锚前用钢筋制作的支撑隔栅支撑，保证安全。通风设备 夏季施工每个口使用1台天津通风机厂生产的88-1型轴流通风机向隧道内通风，风量1000 m3min，加上向隧道内通入的氧气，确保隧道内空气新鲜，保证了施工人员的身体健康。寒季

6、施工因气温偏低，每个口使用1台石家庄铁道学院和天津通风机厂联合研制生产的STDK-100型空气加热隧道通风机，风量880 m3min，保证了寒季施工时隧道内空气温暖、新鲜。喷锚设备 隧道进出口各使用1台KSP-2型湿喷机、1台PC-8型湿喷机、1台PZ-5型干喷机、1台MAl400型注浆泵和1台HBY50门20型压浆机。根据不同的岩层选择湿喷或干喷，喷浆前先打入锚杆。混凝土衬砌设备 喷锚后的工序就是铺设防水PU板，绑扎钢筋，进行初衬。初衬后开挖制作仰拱，然后进行二衬。隧道进出口各用2台郑州华中建筑机械厂的JS500型强制式混凝土搅拌机组和2套PLBl200型自动计量配料机，按照设计的配合比上料

7、，集中拌和混凝土。拌和好的混凝土用2台TST-6型6 m3轨行式混凝土搅拌运输车运入隧道内，由2台长沙中联重工科技股份公司的HBT60.16.75ZAG型混凝土输送泵送至模板台车内。进出口各用1台中铁五局机械厂的9m长轨行式初衬台车进行初衬的施工，用1台中铁二十局集团机械厂的6m长轨行式二衬台车进行二衬的施工。其他设备 隧道进出口各使用1台北京科技大学和中铁二十局集团联合研制的医用制氧站向隧道内供氧，保证施工人员的身体健康。使用2台铁一局机械厂的KCV-80275V型充电机给蓄电池机车的蓄电池充电。1台西安锅炉总厂的DZL2-1.0-AX型蒸汽锅炉在寒季施工日寸，向混凝土拌和保温棚内供暖。1台

8、SLGS4T型锅炉在寒季施工时，向混凝土搅拌站供应热水，向生活区供暖。此外，还有3台重庆重汽的CQ3300红岩自卸汽车运输砂石料。 自风火山隧道开工以来，全体施工人员克服了高原缺氧的恶劣自然环境，面对世界第一高隧的特殊地质结构，采用了科学合理的隧道施工设备配套方案，取得了满意的效果和可靠的施工质量。附表 风火山隧道主要施工机械设备项目序号设备名称规格型号生产厂家单价万元数量/台总价万元进口出口用途动力1移动式发电机组250FG 250kW扬州英泰集团31.864127 4422供电2移动式发电机组HDV325 264kW扬州华东动力机械厂29.62259.6411供电3移动式空压机750HH

9、21.2 m3min深圳（美国）寿力41.506249.0033风动力掘进1凿岩机YT28 3.5 m3/min天水风动机械厂0.334013.202020打炮眼装渣1挖掘机PC220-6 1m3济宁小松山推90.502181.OO11装渣2装载机ZLC40B 1.8m3徐工集团28.70128.701平渣、拌和站上料3装载机ZLC40B 1.8m3柳工集团28.70128 701平渣、拌和站上料运渣1梭式矿车TDSFIA14 10m3江西矿山机械厂19.896119.3433运渣2蓄电瓶机车CDXT一12 42kW贵州六盘水煤矿机械厂31.OO6186.0033牵引车通风1轴流通风机88-1

10、 1000m3min天津通风机厂11 00222.0011通风2空气加热通风机STDK-100 880m3min天津通风机厂13.00226.0011通风喷锚1湿喷机KSP-2河南科明技术公司7.50215.0011喷锚2湿喷机CP-8郑州康达公司7.51215.0211喷锚3干喷机PZ-5河南偃师隧道设备厂1.7523.5011喷锚4注浆泵MAI400成都迈式科技公司12.50225.0011喷锚5压浆机HBY50120河北柏乡铸造机械厂3.4926.9811喷锚混凝土衬砌1强制式搅拌机JS500 0.5m3郑州华中建筑机械厂5.20420.8022拌和混凝土 2自动计量配料机PLBl200

11、郑州华中建筑机械厂4.60418.4022拌和混凝土3轨行式混凝土运输车TST-6 6 m3中铁隧道局机械厂17.00468.0022运输混凝土4混凝土输送泵HBT60.16.75 60m3h长沙中联重工科技公司42.504170.0022输送混凝土5初衬台车9m中铁五局机械厂18.00236.0011初衬施工6二衬台车6m中铁二十局机械厂40.00280.0011二衬施工其他设备1制氧站Z030PSA中铁二十局北京科大136.002272.0011供氧2充电机KCV-80275V铁一局机械厂2.904111.6022充电用3蒸汽锅炉DZL2-1.0-AX 2t西安锅炉总厂28.00257.6

12、011保湿4水暖锅炉SLGS4T 4t武功王中王锅炉厂4.7029.4011取暖、供热水5自卸汽车CQ3300 17t重庆四川汽车制造厂39.006234.0033运砂石料合计1141956.885757望天堡隧道照明工程设计方案解析 (1)随着公路建设的发展，公路隧道会日益增多。为了节约能源、保护环境，提高公路隧道照明质量，同时也是为了适应公路隧道营运管理的可持续发展，因此结合隧道特殊的照明环境和视觉现象，寻找合理新型的照明理论和技能光源就显得十分必要。工程概述随着公路建设的发展，公路隧道会日益增多。为了节约能源、保护环境，提高公路隧道照明质量，同时也是为了适应公路隧道营运管理的可持续发展，

13、因此结合隧道特殊的照明环境和视觉现象，寻找合理新型的照明理论和技能光源就显得十分必要。望天堡隧道位于沪蓉国道主干线支线分水岭（鄂渝界）至忠县高速公路上，是山区高速公路隧道节能型照明系统研究与应用科研项目的依托工程之一，该隧道的平纵主要参数见表1 表1 隧道基本参数表项目单位右洞左洞隧道长度m19251909.07行车方向纵坡/长度（m）-1.2987E-051.30954E-05进出口桩号K72+670K74+595ZK72+665K74+574.07隧道进口设计m311.996309.805隧道出口设计m263.038262.993内空断面积m264.2564.25隧道内空断面当量直径m8.

14、238.23路线设计车道km/h8080路面材质沥青路面沥青路面隧道进口洞门型式削竹式削竹式隧道进口洞门型式削竹式削竹式本方案设计1、以单一行车下坡的右洞基本照明为对象；2、运用可见度、中间视觉、等效亮度等国际新照明理论；3、隧道中间段采用新型照明光源（如LED灯和LVD无级灯）与隧道传统照明光源（高压钠灯HPS）比较；4、隧道加强照明仍选用穿透能力墙、发光效率高的250W、150W、100W高压钠灯分别对隧道入口段、过渡段1、过渡段2和出口段照明。隧道营运照明系统方案根据公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.1-1999）和重庆高发司发布的重庆高速公路隧道运营通风照明供配电设计指导意见，结

15、合子课题1：照明设计参数研究之隧道等效亮度研究中间成果。课题组对望天堡隧道右洞基本照明拟定了以下三个照明方案：方案一：隧道专用LED照明；方案二：隧道专用LVD（无级灯）照明；方案三：隧道专用100W高压钠灯（HPS）。方案一：隧道专用LED照明1、LED照明基本原理LED灯（发光二极管）是由p型和n型半导体组成的二极管。在LED的p-n结附近，n型材料中多数戴流子是电子，p型材料中多数戴流子是空穴。p-n结上未加电压时构成一定的势垒，当加正向偏压时，在外电场作用下，p区的空穴和n区的电子就向对方扩散运动，构成少量载流子的注入，从而在p-n结附近产生导带电子和价带空穴的复合，同时释放处相对应的

16、能量hv（h为普朗克常数，v为光子频率）而发光。2、LED等效亮度研究主要结论根据子课题1：照明设计参数研究之隧道等效亮度研究中间成果，将拟合得到的LED照明条件下反应时间与背景亮度之间的关系式求出反应时间相等时LED对HPS的亮度对比系数R（L）。见表2 表2 LED对HPS的亮度对比系数R（L）值对实验采用的各种视标对比度平均效果而言，LED仅需产生2.00.47770.9554（cd/m2）亮度值即可获得HPS产生2.0cd/m2亮度时的反应时间，即LED产生0.9554（cd/m2）亮度的照明效果与HPS产生2.0cd/m2亮度的照明效果是等效的。根据算出的亮度对比系数R（L）和灯具光

17、效灯基本参数，结合ERSs/nps/R(L)S，srshpsERs，可算出LED对HPS的相对光效，即折算光效。见表3 表3 LED对HPS的相对光效和折算发光效率3、系统设置望天堡隧道基本照明设计选用50W的LED灯具。由于实验采用LED与本方案的灯具功率不同，所以考虑一定的灯具换算系数。具体参数见表4 表4 方案一LED照明设计参数 4、隧道照明控制在深夜交通量较小时，可采用回路控制开启基本照明2/3或者1/3的灯具，也可采用光带连续无级调光。其余时间段，开启所有的基本照明灯具。5、LED照明的优缺点优点（1）高显色性：可用于隧道照明的大功率白光LED显色指数可达80以上，比较接近白热光色

18、，更有利于洞内路面障碍物的识别和判断，缩短反应时间，提高行车安全性。（2）高节能性：其中包含两个方面，一是灯具本身的电光功率转换接近100；二是根据“基于反应时间的等效亮度”科研结论，在路面照明效果而言，若提供2.0cd/m2的路面等效亮度，LED灯具比传统高压钠灯节能约50；（3）长寿命：LED灯为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达（6-10）万小时，比传统光源寿命长10倍以上；（4）响应时间短：其白炽灯的响应时间为毫秒级；LED的响应时间为纳秒级，可以高频操作；传统高压钠灯从启动到100光输出需要（6-10）min左右；（

19、5）高健康性：LED灯光线稳定性好，灯具光线本身无频闪；LED光谱中没有紫外线和红外线，不产生有害辐射；比普通荧光灯、高压钠灯和金卤灯等比较，LED灯不容易导致视觉疲劳；（6）高环保性：由于采用电致发光的远离，没有有害金属汞污染问题，废物抗议回首。冷光源发热量低，没有热辐射；（7）体积小，结构紧凑，配套设施少，安装维护方便。缺点（1）温度猝灭效应：LED灯最怕高温，室内普通照明一般采用5W以下的小功率LED灯。而隧道内照明需要使用大功率的LED灯，如30W、50W、100W等，如果没有解决好散热问题，就会导致LED灯发光效率急剧下降，甚至产生温度猝灭效应；（2）封装技术要求高：目前LED工程照

20、明应用的通常做法是将几十甚至几百个小功率（一般不超过1W）LED单颗小灯拼装而成，叠影多，容易引起视觉疲劳，而隧道照明每盏灯需要单独光源，大功率单独光源的LED灯封装技术要求高；（3）需要解决配光问题：目前市场上多数宣称可用于工程照明的LED灯，都还需要面临即决灯具配光问题；（4）价格昂贵：初始投资成本高，目前市场基本能用于隧道照明的LED灯，其价格是传统高压钠灯的3倍左右；（5）灯具使用末期需要整体更换灯具，不能象高压钠灯那种仅更换光源即可。方案二：隧道专用无级灯（LVD）照明1、LVD照明基本原理无级荧光灯故名思就是不带电极的光源。该光源由高频发生器、功率耦合线圈、无级荧光灯管组合而成的。

21、通常其灯管是一个真空放电腔体，一段设置汞齐（固汞），放电腔内填充缓冲放电气体，形成连续的闭合放电环路，通过线圈电流产生交变磁通量，进而又沿放电腔产生感应电场来维持放电，使汞原子激发和电离产生的紫外线激发稀土三基色荧光粉发出可见光。其发光原理与荧光灯没有本质的区别。2、LVD等效亮度研究主要结论根据子课题1：照明设计参数研究之隧道等效亮度研究中间成果，将拟合得到的LVD照明条件下反应时间与背景亮度之间的关系式求出反应时间相等时LVD对HPS（高压钠灯）的亮度对比系数R（L）。见表5。 表5 LVD对HPS的亮度对比R（L）值对实验采用的各种规标对比度平均效果而言，LVD需产生2.2408（cd/

22、m2）亮度值方可获得HPS产生的2.0（cd/m2）亮度的照明效果是等效的。根据算出的亮度对比系数R(L)和灯具光效等基本参数，结合ERSs/nps/R(L)S，srshpsERs，可算出LVD对HPS的相对光效，即LVD光源的折算光效。见表6 表6 LVD对HPS的相对光效和折算发光效率3、系统设置望天堡隧道基本照明设计选用100W的LVD灯具。由于实验采用LVD与本方案的灯具功率不同，所以考虑一定的灯具换算系数，具体参数见表7。 表7方案二LVD照明设计参数项目设计思想布置方式灯具间距（m）灯具数量（套）路面计算亮度（cd/m2）中间段Lin等效亮度拱顶侧偏单光带布置121592.2408

23、折算发光效率拱顶侧偏单光带布置1215924、隧道照明控制在深夜交通量较小时，可采用回路控制开启基本照明2/3或者1/3的灯具，也可采用光带连续无级调光。其余时间段，开启所有的基本照明灯具。5、LVD照明的优缺点优点（1）高显色性：显色指数达88，高亮度、低眩光、光色度接近太阳光，光线柔和，能真实的呈现出被照物体的自然光泽；（2）长寿命：无级灯没有灯丝和惦记，激励源在灯泡外，使自身的发热量仅为高压钠灯、金卤灯的1/4以下，灯泡寿命仅决定于荧光粉的自然衰减，以上的诸多优点使无级灯的寿命达60000小时以上；（3）良好的可调光性：通常随交通量和时间的变化，隧道内中间段照明应该相应地改变照明亮度，而

24、LVD感应无级荧光灯具备在其额定功率30100的范围内，都可稳定工作的良好调光性能，不单可以节约能源，同时也能减少光污染的产生；（4）高环保性：低重金属污染；由于LVD感应无级荧光灯内是使用特制主汞齐和辅助汞齐技术，而不是直接充入液体汞，极大地降低了生产过程中的汞污染；而它的超长工作寿命，使实际应用的汞消耗量和废弃光源数量都较荧光灯大大减少，从而有效降低了对环境的汞污染。（5）启动快：瞬间启动，只要0.5秒，无须预热，并可以重复启动。（6）环境适应性强：工作温度在-20+50，输入电压自阿88V265V范围内波动，灯泡能照常启动工作，并且输出的光通量恒定。缺点（1）本科研实测的LVD等效亮度远

25、远不及LED灯，在相同的反应时间下，需要LVD提供高于HPS的亮度水平；（2）价格昂贵；初始投资成本高，目前市场上隧道照明LVD灯，其价格是传统高压钠灯的2.5倍左右；（3）电磁干扰：实验证明，无级灯容易受到其他电磁干扰；同时，由于LVD灯内是采用无线电电磁波，其工作原理决定附属产物会或多或少产生电磁波。加上隧道特殊的封闭环境，使得这些电磁波不能很快的散发，隧道内其他供配电设备与无级灯会存在相互干扰，影响。（4）灯具使用末期需要整体更换灯具，不能象高压钠灯那样仅更换光源即可。方案三：传统的隧道专用高压钠灯（HPS）照明1、设备选型与系统设置本方案基本照明采用功率为100W的HPS高压钠灯，具体

26、参数见表8。 表8 方案三HPS照明设计参数项目灯具型号布置方式灯具间距（m）灯具数量（套）路面计算亮度（cd/m2）中间段Lin100W高压钠灯拱顶侧偏单光带布置823922、隧道照明控制在深夜交通量较小时，可采用回路控制开启基本照明2/3或者1/3的灯具。其余时间段，开启所有的基本照明灯具。3、HPS照明的优缺点优点（1）发光效率高：HPS灯的发光效率高达（100130）lm/W，而LED灯为（6580）lm/W，LVD灯为（7585）lm/W；（2）穿透能力强：对隧道内的烟雾具有很强的穿透性，特别适用于重交通隧道照明；（3）寿命相对较长：一般的高压钠灯寿命可达2400h；（4）价格便宜：

27、隧道专用100W高压钠灯一般工地价格在800元/套，是LED灯和LVD灯的（1/31/2）。缺点（1）低显色性：高发光效率的黄色光源高压钠灯的显色指数一般为2530；（2）启动慢：高压钠灯在通电（510）min左右的时间，才能达到正常的亮度，再次启动的时间间隔一般要大于5min；（3）功率因素低，需要配置电感镇流器，灯具配套的电器元件在线电力损耗大；（4）一般不能单灯连续无级调光；望天堡右线基本照明方案比选：各方案主要经济比较见表9。 表9 望天堡隧道右线基本照明方案经济比较表项目单位方案一方案二方案三备注灯具功率LED灯50W无级灯100W高压钠灯100W灯具数量套239159239功率合计

28、kW11.9515.939.44方案三的灯具总功率等于1.65倍灯具额定总功率灯具单价元300033001000灯具初期投资万元71.752.4723.9供配电系统初期投资（含电缆桥架）万元137.75171.61194.08初期投资合计万元209.45224.08217.98每年电费万元6.987.823.030.8元/度灯具设备年更换费万元3.5854.372.06不含人工费和管理费年灯具养护和更换灯具人工费万元3.63.67.2方案一和方案二按每人每月3000元计算，方案三按照2人3000元每月计算20年运营费用合计万元331.7368.8694.4总计万元541.15592.88912

29、.38方案比较推荐方案比较方案比较方案备注：表中三种照明方案营运费用均是按照电费0.8元/度、一年365天计算。其中方案一和方案三中基本照明灯具的一半按全天开启、另一半按每天开启16小时计。LVD感应无级荧光灯具备在其额定功率30100的范围内，都可稳定工作的良好调光性能，所以方案二照明灯具的一般按100额定功率全天开启、另一半只按40额定功率开启。根据科研结论和商标可知：（1）在满足隧道照明功能要求、保证行车安全的前提下，方案一LED灯照明系统的总功率最小，年耗电量也最小；方案二无级灯（LVD）次之；方案三高压钠灯（HPS）灯的照明年耗电量最大；（2）由于目前LED灯、LVD灯的价格昂贵，因此在灯具的初期投资方面，方案一方案二的均较高，为方案三的3.8倍；（3）在照明系统的配套设施方面，方案一比方案二、方案三具有明显优势；方案一、方案二的灯具作为新型照明产品，在刚投入市场初期，鉴于生产技术成本、市场竞争环境等各方面因素，存在一定程度和一定时间段的高价是可以理解的。虽然按照现行市场价格而言，方案一的总体造价和10年运营费用比方案三相对较高，但由于方案一的节能效果比方案二、方案三具有明显优势，同时作为山区高速公路隧道节能型照明系统研究与应用科研项目的依托工程，可通过具体工程时间来进一步验证方案一的实际节能效果和照明系统的综合可靠性。.忽略此处.