瓦斯隧道施工方案.docx
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瓦斯隧道施工方案
成都天府国际机场高速公路
龙泉山1#、2#隧道瓦斯专项施工方案
中铁城投天府机场高速公路工程指挥部
二〇一六年九月
第一章编制说明
1、编制依据、原则与内容
1.1编制依据
(1)《煤矿安全规定》(2011年版)
(2)《公路隧道施工技术规范》(JTGF60-2009)
(3)《公路工程施工安全技术规范》(JTGF90-2015)
(4)《煤矿瓦斯抽采基本指标》(AQ1026—2006)
(5)《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ1027—2006)
(6)《煤层瓦斯含量隧道内直接测定方法》AQ1066-2008
(7)《隧道瓦斯涌出量预测方法》(AQ1018—2006)
(8)《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》(GB50471-2008)
(9)《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029—2006)
(10)《成都新机场高速公路两阶段初步设计》
(11)《公路瓦斯隧道设计与施工技术指南》
1.2编制说明
(1)本方案内容仅适用于成都天府国际机场高速公路龙泉山1#、2#瓦斯隧道施工。
根据《成都新机场高速公路两阶段初步设计》中关于隧道有害气体的叙述,隧址区位于四川盆地西部红层低山区,出露白垩系及侏罗系泥岩为主夹砂岩地层,隧道穿越龙泉山箱型背斜(储存条件),隧址区有断裂通过,裂隙发育,是油气聚集的有利地区。
隧道施工中如遇断层破碎带、隐伏断裂、节理密集带、透镜状储集砂体、岩性突变、地下水涌出等情况时,可能涌出残余“气包”,含有瓦斯。
隧道施工过程中遇可燃气体的可能性较大。
与本项目隧道岩性、地质构造类似的附近工程达成铁路炮台山隧道和合云顶隧道在施工中曾出现过瓦斯逸出和爆炸;已建成的成简快速通道龙泉山1号和2号隧道是按高瓦斯隧道设计施工;本项目隧道邻近在建成都第二绕城高速A1合同段丹景2号隧道,该隧道地质详勘钻孔时,在钻进十多米就出现顶钻动力现象,在钻孔19m时有天然气突出,被点燃的天然气火苗6m左右高,该隧道也是按高瓦斯隧道设计和施工。
因此本项目隧道也是按高瓦斯隧道预设计,下阶段可根据进一步勘探资料进行修正。
(2)按照隧道施工通风专项方案,根据本项目的施工方法和施工组织情况,龙泉山隧道各开挖作业面均采用压入式通风方式。
向各开挖作业面送风的轴流风机分设于相应洞口外,风机距离井口至少20m。
(3)由于隧道内瓦斯气体分布存在随机性,大断面隧道施工时需加强支护,防坍塌和防瓦斯燃烧及爆炸是施工安全的关键。
(4)参考相关地方瓦斯含量参数,借鉴相关隧道施工经验,通过对瓦斯参数检测,选用先进设备,优化施工方案,合理开展隧道施工。
(5)由于该方案仅根据初步设计文件和附近居民叙述调研资料编制,实际施工中需根据实测数据进行修正完善。
2、安全目标
瓦斯隧道施工中无瓦斯突出事故,无爆炸、燃烧、机械事故,无人员伤亡。
第二章工程概况
本项目包括龙泉山1号隧道2252(其中D1线2202m,K线2240m,D2线2272m,D3线2295m);龙泉山2号隧道2399m(其中D1线2407m,K线2400m,D2线2397m,D3线2391m)。
图2-1龙泉山隧道效果图
2、工程地质、瓦斯、水文情况
2.1地质情况
龙泉山1、2号隧道均按高瓦斯隧道设计,龙泉山1号、2号隧道出口为顺层(为古滑坡),岩层倾角为11°,主要由砂岩与泥岩薄层及透镜体,全隧穿越背斜。
龙泉山1号、2号隧道进口山势陡峭,岩性为泥岩夹砂岩互层,龙泉山2号隧道穿越马鞍山断层。
龙泉山1号隧道涌水量1812m3/d,最大涌水量2718m3/d,龙泉山2号隧道涌水量1934m3/d,最大涌水量2901m3/d,隧道坡度1号隧道1.9%/2125,-2.6%/115,2号隧道-2.6%/2320,-1.6%/80。
在施工时必须采用超前地质钻孔、加深炮孔等综合预报手段进一步查明。
2.2隧道瓦斯情况
隧址区位于四川盆地西部红层低山区,出露白垩系及侏罗系泥岩为主夹砂岩地层,隧道穿越龙泉山箱型背斜(储存条件),隧址区有断裂通过,裂隙发育,是油气聚集的有利地区。
隧道施工中如遇断层破碎带、隐伏断裂、节理密集带、透镜状储集砂体、岩性突变、地下水涌出等情况时,可能涌出残余“气包”,含有瓦斯。
隧道施工过程中遇可燃气体的可能性较大。
2.3水文气象情况
隧址区属亚热带季风气候,雨量充沛,多云多雾,日照短等特征。
区内多年平均气温14~17.4℃,七月份平均气温35.8℃,一月份平均气温5.6~6.5℃;据多年平均资料,降雨量龙泉山以西的平原区为1000~1200mm,龙泉山及龙泉山以东的丘陵地带为800~1000mm,降雨量集中于6~9月,约占全年降雨量的50~60%,冬春季节12月~3月降雨最少。
第三章总体施工组织安排
1、总体施工计划
1.1施工安排
严格按设计施工图要求的施工方法组织施工,确保本段隧道施工工期满足业主工期要求。
1.2工期安排
计划2016年10月25日开始隧道洞口工程施工,11月10日正式进洞施工,2019年9月10日完成全部工程并交工验收,总计划工期1050天。
2、主要施工方法
2.1隧道开挖方式
龙泉山1#、2#隧道围岩级别全部为Ⅳ级或者Ⅴ级,施工中需严格按照设计工法进行施工,确保施工安全。
采用光面爆破技术,减少对围岩的震动以控制成形。
上台阶采用人工手持风钻钻孔,防爆改装挖掘机扒渣到下断面,出渣在下断面作业;用防爆改装装载机装渣,防爆改装运输设备运渣出洞;开挖后及时进行支护。
2.2通风方式
隧道通风采用轴流通风机机械压入式通风方式,每个洞口分别设置风机及备用风机,独立进行压入式通风。
瓦斯易积聚地段采用防爆局扇,防爆局部风扇设置位置及数量见下表。
设置位置
数量
预计使用时间
备注
衬砌台车
16
2017.3至衬砌完工
人行及车行横通道
20
2017.3至验收合格
隧道其它部位,根据瓦斯检测情况,当浓度超标时,另行增加局扇。
2.3施工供电
施工用电、通风机和监控量测系统均采用专用双电源系统,一路电源为地方供电线路,另外一路采用发电机发电进行供应(为备用电源,采用4台500KW内燃发电机组),安装电源切换装置,实现断电后及时切换到第二电源供电。
隧道内所有电气设备全部采用矿用防爆型。
2.4运输方式
采用无轨运输方式,对装运设备进行防爆改装,以满足瓦斯隧道设备防爆要求。
2.5监测系统
采用KJ70(KJ系列)自动监控系统监测与人工瓦斯检测相结合的方式,对全隧进行全覆盖、不间断的监测。
2.6瓦斯隔离及二次衬砌施工
初期支护完成后,按设计铺设无纺布和HDPE自粘胶膜防水卷材,及时施作气密性衬砌混凝土,对瓦斯进行全环封闭后继续进行瓦斯监测,加强衬砌台车处的通风,防止瓦斯积聚。
2.7后续工作
隧道施工全过程中,对已完成段落不得降低施工安全等级,必须严格按高瓦斯隧道进行管理。
待完全施工完毕后,根据实际的洞内瓦斯监控情况,经权威部门充分论证,重新进行评价,方可降低安全风险等级,调整施工、管理措施。
3、安全保证措施
(1)隧道开挖及初支后,尽快采用气密性混凝土二次衬砌封闭瓦斯。
(2)进入隧道的所有设备必须采用防爆型设备,或采用经过防爆改装的设备,人员必须穿纯棉工作服,佩带防爆矿灯等器材,严格进洞管理制度,杜绝火源进洞。
(3)隧道施工全程采用TSP203、超前钻孔、加深炮孔等手段进行超前地质预报,查明隧道前方确切的地质情况及瓦斯情况,对方案进行动态调整。
(4)隧道必须建立完善的瓦斯监控系统,实行“三专两闭锁”。
(5)加强通风,确保隧道内瓦斯浓度不超标。
一旦检测出瓦斯浓度达到0.5%,立即停工检查,排除危险后方可继续施工;瓦斯浓度达到1%时,立即停工,所有人员立即撤至隧道外安全区域。
(6)在瓦检员检测洞内各断面瓦斯浓度未超标后,方可进行掘进施工。
隧道内爆破采用煤矿许用雷管和炸药,严格按爆破设计施工;严格按照“一炮三检”、“三人连锁放炮”和洞外起爆等制度。
(7)隧道内严格控制动火作业,钢结构采用机械连接,在万不得已必须动火时,必须坚持动火审批制度。
(8)完善应急预案,定期组织演练。
(9)加强安全教育培训工作,提高全体员工的安全意识和技能。
第四章通风方案
1通风方式选择
隧道通风采用轴流通风机机械压入式通风,各施工隧道开挖作业面采用相互独立的压入式通风系统,风机分设于相应洞口20m以外。
2设备选型
2.1计算参数
通过理论计算,通风相关参数见表4-1。
2.2需风量计算
隧道施工作业面所需通风量应根据隧道内同时工作的最多人数所需要的通风量、一次起爆炸药量所产生的有害气体降低到允许浓度所需要的通风量、隧道内同时作业的内燃机械产生的有害气体稀释到允许浓度所需要的通风量、最大瓦斯涌出量所需的通风量,取其中的最大值作为隧道施工作业面的需风量,最后按排除瓦斯及排尘最低风速进行验算。
(1)需风量计算参数
根据隧道内施工组织方案确定了风量计算的参数,见表4-1。
表4-1风量计算参数
项目
D1线
K线
D2线
D3线
单位
开挖断面积
110
170
170
110
m2
一次爆破炸药用量
264
408
408
264
kg
最多工作人数
70
90
90
70
人
通风换气长度
150
150
150
150
m
风管平均百米漏风率
1.5
1.5
1.5
1.5
%
风管摩擦阻力系数
0.02
0.02
0.02
0.02
—
瓦斯涌出量
设计文件中无参考数据
m3/min
机械设备功率
装载机
162×2
162×2
162×2
162×2
kw
出碴汽车
215×2
215×2
215×2
215×2
挖机
180
180
180
180
kw
爆破通风时间
30
30
30
30
min
隧道内最低允许风速
0.25
0.25
0.25
0.25
m/s
人员配风标准
3
3
3
3
m3/(人•min)
内燃机械设备配风标准
4.5
4.5
4.5
4.5
m3/(kw•min)
隧道内瓦斯允许浓度
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
—
(2)风量计算结果
①按洞内同时作业最多人数计算
式中:
——作业面每一作业人员的通风量,取3m3/(人·min);
——作业面同时作业的最多人数。
经计算,D1线正洞开挖面需风量210m3/min,K线正洞开挖面需风量270m3/min,D2线正洞开挖面需风量270m3/min,D3线正洞开挖面需风量210m3/min。
②按洞内允许最小风速0.25m/s计算
式中:
隧道最大开挖断面积,m2;
洞内允许最小风速0.25m/s。
经计算,D1线正洞开挖面需风量1650m3/min,K线正洞开挖面需风量2550m3/min,D2线正洞开挖面需风量2550m3/min,D3线正洞开挖面需风量1650m3/min。
③按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算
式中:
——同时爆破炸药量,kg;
——通风时间,30min;
——通风换气长度,150m;
——隧道断面积,m2。
经计算,D1线正洞开挖面需风量1081m3/min,K线正洞开挖面需风量1671m3/min,D2线正洞开挖面需风量1671m3/min,D3线正洞开挖面需风量1081m3/min。
④按内燃机械设备总功率计算
式中:
—内燃机械总功,kw;计算考虑为出渣时两台装载机,效率系数0.6,两台大车和一台挖机,效率系数0.5,功率为499.4KW。
—内燃机械单位功率供风量,4.5m3/(kw·min)。
经计算,D1线正洞开挖面需风量2247.3m3/min,K线正洞开挖面需风量2247.3m3/min,D2线正洞开挖面需风量2247.3m3/min,D3线正洞开挖面需风量2247.3m3/min。
⑤按瓦斯涌出量计算
式中:
—相关系数,取2;
—瓦斯涌出量,m3/min;
—送风瓦斯浓度,取0.00%;
—隧道内允许瓦斯浓度,取0.5%。
由于设计文件未提供瓦斯绝对涌出量数据,此项数据无法计算。
根据以上计算结果:
两线隧道按内燃设备总功率,三线隧道均按最小风速计算需风量为控制风量,D1线开挖面需风量为2247.3m3/min,K线开挖面需风量为2550m3/min,D2线开挖面需风量为2550m3/min,D3线开挖面需风量为2247.3m3/min。
2.3通风设备选型
通风阻力因选择的风管直径和送风距离的不同会有很大差距,需要指出的是,如果选择的风管直径过小,会导致通风阻力过大,不能满足送风需要;如果选择的风管直径过大,又会造成浪费,且不利于施工组织。
通风管路的阻力与风机风量的关系式如下,这也是通风管路的阻力曲线。
式中:
—风管阻力,Pa;
—摩擦系数;
—空气密度,kg/m3;
—风管直径,m;
—风管平均百米漏风率;
—管路长度,m;
—风机工作点风量,m3/s。
根据风机所需提供的风量和上述公式计算出的风机工况点的静压,初步确定通风机的型号,然后,再通过风机与风管匹配计算结果验证风机是否满足要求,匹配计算情况如下:
(1)龙泉山1、2号隧道D1、D3正洞工作面
正洞工作面最远通风距离为1200m,采用一台SDF(C)-No12.5型轴流风机匹配一趟Φ1.8m风管,风机叶片角度3°、功率2×110kw,风管风阻R=1.01349N·S2/m3,风管出口风量2382.14m3/min>2247.3m3/min,风机风压2272.68Pa,风机风量2812.99m3/min>2653.8m3/min,满足通风要求。
图4-1风机风管匹配图
(2)龙泉山1、2号隧道K、D2正洞工作面
正洞工作面最远通风距离为1200m,采用一台SDF(C)-No13型风机匹配一趟Φ1.8m风管,风机叶片角度3°、功率2×132kw,风管风阻R=1.00931N·S2/m3,风管出口风量2589.43m3/min>2550m3/min,风机风压2621.40Pa,风机风量3057.78m3/min>3011.2m3/min,满足通风要求。
图4-2风机风管匹配图
2.4通风系统布置
(1)龙泉山1、2号隧道D1、D3线施工通风布置
龙泉山1、2号隧道2车道D1、D3线两端各1200m,均采用压入式通风方式。
每开挖作业面采用一台SDF(C)-No12.5型风机匹配一趟Φ1.8m风管,风机叶片角度3°、功率2×110kw,风管风阻R=1.01349N·S2/m3,风管出口风量2382.14m3/min>2247.3m3/min,满足通风要求;龙泉山1、2号隧道3车道K、D2线两端各1200m,均采用压入式通风方式。
每开挖作业面采用一台SDF(C)-No13型风机匹配一趟Φ1.8m风管,风机叶片角度3°、功率2×132kw,风管风阻R=1.00931N·S2/m3,风管出口风量2589.43m3/min>2550m3/min,满足通风要求。
相邻2车道与3车道隧道之间备用一台型号SDF(C)-No13叶片角度为3°的风机,功率2×132kw,风管直径1.8m,施工通风现场布置见图4-3所示。
图4-3龙泉山1、2号隧道通风布置图
2.5通风设备配置
龙泉山隧道风机风管配置型号和数量见表4-2。
表4-2龙泉山隧道通风设备配置表
设备名称
规格型号
数量
备注
轴流风机
SDF(C)-No11.5,
2×110kw
10台
使用8台
轴流风机
SDF(B)-No13,
2×132kw
20台
使用10台,备用10台
PVC软风管
Φ1.8m
18660m
双抗
3施工通风管理
3.1管理机构设置及人员编制原则
(1)专业化原则。
技术人员、通风工人等均要专业化。
(2)统一管理原则。
技术、人员、设备和材料统一管理。
(3)机构和人员以满足通风需要为原则。
3.2机构和人员
各工区施工通风设置专人负责和管理,通风组机构设置如图4-1所示。
通风组人员职责分工情况见表4-3。
图4-1通风组机构设置图
序号
人员或小组
职责
1
通风负责人
全面负责施工通风技术和人员管理,落实通风方案并组织实施,协调与其他工种之间的关系
2
技术组
协助项目负责人工作,解决方案实施过程中的细化与修改、过渡方案的设计以及通风效果的检测与评价等。
3
风管安拆组
负责风机、风管的安装和拆卸,管路的维护和修理,协助技术人员完成通风监测任务
4
风机司机
负责风机值班、风机运行状况记录工作以及风机的日常维护
5
风管修补工
在洞外专职修补损坏的风管
表4-3项目主要人员和小组职责表
3.3管理制度与评价
1、工作制度
所有工人先进行培训,考试合格后再上岗。
风管安拆组和风机司机全部执行三班轮换、洞内交接班制度;风管修补工为常白班,每班工作八小时。
2、通风技术管理
通风技术管理包括通风方案的实施、方案的局部调整、过渡方案的设计、通风效果的监测与评价等。
这些都由专业技术人员来完成。
(1)通风方案的实施
通风设计方案只是一个基本模式,要在现场实施,还要进一步细化并绘制出方案实施图。
要求技术人员根据设计图和现场具体情况,把方案具体化,绘制实施图,及时制定出方案实施细则。
(2)通风方案的局部调整
通风方案一般都是根据施工方法和施工组织来设计的,在施工过程中施组和施工方法通常会根据地质情况的变化而变化,如增开工作面或增加运输通道等,通风方案也需要作相应的变化。
要求技术人员根据施组和施工方法的变化对通风设计方案进行局部调整。
(3)过渡方案的设计
通风方案都是分阶段设计的,每个阶段之间都存在过渡的问题,在施工现场从一个阶段到另一个阶段一般需要两三天时间,决不能因为实施下一阶段通风方案而影响正常施工。
要求技术人员必须根据现场具体情况做好通风过渡方案。
3、通风效果的检测与评价
通风方案实施以后,实施的方案能否达到设计要求,或者设计本身是否存在问题,这些都需要通过温度、湿度、管路的进出口风量、管路的百米漏风率、通风阻力以及工作面有害气体浓度变化等项目的测试,来检查方案落实情况(主要是通风管路安装质量),评价设计方案。
要求技术人员在方案实施后尽快测试,以便对存在的问题及时修正。
另外,也要求技术人员对通风效果(主要工作面的有害气体浓度变化情况)进行经常性的检测,以检查通风管路的安装维护质量。
4.防止瓦斯积聚的措施
4.1防止瓦斯聚积
由于龙泉山隧道瓦斯涌出量的不确定性,瓦斯涌出量要经超前探测才能确定,因而在施工过程中要通过加强通风和瓦斯检测来防止瓦斯积聚,施工通风要做好以下工作:
①瓦斯突出工区必须24小时不间断通风,除风机司机外,任何人不能随意关闭或调整风机运行状态。
风机停止运转时必须停止施工。
②通风管出口距开挖面较远造成瓦斯积聚时,应及时接长通风管以消除瓦斯积聚。
③通风管漏风严重供风不足造成瓦斯积聚时,应及时修补或更换破损的通风管,减少漏风,增加出口风量以消除瓦斯积聚。
④通风量设计不足造成瓦斯积聚时,修改通风设计,增加一路风管,改善通风效果,以消除瓦斯积聚。
⑤水幕降尘器降尘降温防瓦斯,水幕降尘器具有喷水颗粒细,产雾量大,能够封锁整个隧道断面,除降尘外还可以吸收易溶于水的有害气体。
⑥瓦斯集中涌出,风流流动速度低造成瓦斯积聚时,使用空气引射器或局部风机(防爆型)加快风流速度驱散瓦斯。
根据具体瓦斯涌出情况随时调整引射器出口或局部风机风管出口方向,做到“哪高吹哪”,彻底消除瓦斯积聚。
4.2瓦斯积聚处理措施
在施工过程中,当检测到瓦斯超限或放炮后瓦斯浓度超过安全范围,根据检测数据,采取以下措施进行处理:
①人员严禁进入超限区,采用变风量送风的方法控制进风量,逐步排出超限瓦斯,防止高浓度瓦斯压出。
变风量送风的方法可以把风管接头的拉链拉开,通过改变接合缝隙的大小调节送风量,还可以在风管上捆上绳子,通过收紧或放松绳子调节送风量。
②排放瓦斯时,瓦检员在回风风流中经常检查瓦斯浓度,当瓦斯浓度达到0.5%时,减少送风量,确保洞内排出的瓦斯不超标。
③排放瓦斯时,要检测风机处的瓦斯浓度,瓦斯浓度不能超过0.5%,防止产生污风循环。
④瓦斯浓度降到0.5%以下,30min内没有变化后,才能恢复通风机正常通风。
⑤恢复正常通风后,对断电区内的机电设备进行检查,证实完好后,方可恢复送电正常施工。
4.3通风施工的要求
(1)专业通风班组进行现场施工通风管理和实施,风管安装必须平、直、顺,通风管路转弯处安设刚性弯头,并且弯度平缓,避免转锐角弯,以减小管路沿程阻力和局部阻力,并且要加强日常维修和管理。
(2)配备专业技术人员对现场通风效果进行检测,根据检测结果及时优化通风方案。
(3)必要时可以根据检测结果及时对通风系统作局部调整,必须保证洞内气温不得高于28℃、瓦斯浓度控制在0.5%以下,一氧化碳(CO)和二氧化氮(NO2)浓度在通风30min后分别降到30mg/m3和5mg/m3以下,以满足施工需要。
(4)风机必须配有专业风机司机负责操作,并作好运转记录,上岗前必须进行专业培训,培训合格后方可上岗。
(5)电工必须定期检修风机,及时发现和解决故障,保证风机正常运转。
4.4污染防治措施
为了达到国家的有关规定,必须对作业环境进行定期检测,施工中必须采取必要的措施来改变施工环境,可采取防污染的主要措施有:
(1)采用湿式凿岩机,严禁使用干式凿岩机。
(2)喷射混凝土采用湿喷法。
(3)水幕降尘:
把水雾化成湿水滴喷射到空气中,使之与空气中的粉尘碰撞,则尘粒附于水滴上,潮湿的尘粒凝聚成大颗粒,从而加快其降落速度,从而达到除尘的目的。
爆破后及出渣中的降尘有明显的效果。
(4)通风要保证有足够的风量、风压、风管基本完好无损且吊挂平、顺、直。
(5)个人防护:
按规定佩带防尘口罩等安全防护用品。
另外,在隧道路面上定期洒水,防止车辆运行时或爆破冲击波而造成积尘二次飞扬。
4.5数据上报
每天检测后由通风组上报工程部和现场监理,并对每次的空气质量进行评价分析处理,对存在的问题及时进行整改。
第五章供电方案
1.供电方案
在洞外集中设置1台1250KVA,3台1000KVA变压器,一台1250KVA专供四个洞口通风机,一台1000KVA专供四个洞内施工及洞口零星用电,其余两台1000KVA专供空压机施工。
1.1洞内用电:
(1)正洞开挖500m内,用MY0.38/0.66-3*70+1煤矿专用阻燃铜芯软电缆,经专用隔爆接线盒连接后分三路引出:
一路供模板台车及附近所有用电设备,一路供掌子面所有用电设备,另一路供移动变压器附近及向洞口方向的所有洞内用电设备。
(2)正洞开挖500m后,用10KVYJLV22-3*50mm2高压电缆沿洞璧悬挂敷设,引入洞内KBSZY-250KVA-10/0.4KV移动式隔爆变压器,降压后分三路引出(分路及供电范围与上一条相同)。
移动变压器中性点不接地。
洞内低压配电电缆全部采用煤矿用铜芯阻燃橡套软电缆,配电开关全部采用具有煤安(MA)认证的隔爆开关。
在变压器出来的总隔爆开关处安装一台总捡漏继电器,在三路供电电缆线路中各安装一台分路总隔爆开关和分路捡漏继电器,以确保安全用电。
1.2变压器容量计算(四个洞口)
1.2.1、洞内、洞口通风机变压器容量计算:
主要用电设备清单如下:
龙泉山隧道洞口变压器配置
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