隧道斜井抽排水方案.doc

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成昆铁路峨眉至米易段扩能工程EMZQ-9标
2
中铁隧道集团有限公司成昆铁路峨眉至米易段项目经理部
1
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目 录
1编制依据 1
2编制原则 1
3工程概况 1
3.1设计概况 2
3.2地质情况 3
3.3.工期情况 4
3.4#斜井最大涌水量确定 4
4排水方案 4
4.1 一号斜井排水总体方案 4
4.2 排水分步方案 6
4.3辅助洞室大小确定 8
4.4抽数设备配置方案 8
5抽排水电力、管路系统设计 9
5.1排水管路设计 9
5.2排水电力设计 10
6在洞外增加防水、防汛及防山洪措施 11
7各项管理措施 12
7.1组织管理保证 12
7.2安全技术保障措施 12
8涌水应急 13
9设备管理 14
10日常保养及维（修）护 15
11注意事项 15
12计算书及相关图纸 17

一号斜井抽排水专项施工方案
1编制依据
（1）《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204-2008)
（2）《给水排水工程快速设计手册》
（3）《铁路隧道辅助坑道技术规范》(TB10109-95)
（4）《改建铁路成都至昆明线峨眉至米易段扩能工程施工图（EMZQ-9）DK356+287.5小相岭隧道设计图》（成昆峨米施隧-26第1～4册）
（5）当地的水文、气象及本项目的地质资料
（6）业主对本合同段工程的质量和工期要求
（7）我公司拥有的科技成果、工法成果、管理水平、现有的技术装备力量和多年积累的类似施工经验
2编制原则
（1）遵循招标文件条款的原则，积极响应招标文件的各项条款及要求。
（2）在认真、全面理解设计文件的基础上，使施工技术先进，施工方案可行，重信誉守合同，坚持“科学组织、合理投入、优质安全、快速高效、不留后患”的指导思想。
（3）严格执行施工过程中涉及的相关规范、规程和技术标准。
（4）贯彻执行国家和当地政府的方针政策、遵守法律法规、尊重当地的民风民俗。
（5）重视生态环境保护，在施工期间及竣工通车后严禁水土流失，不破坏当地环境。
3工程概况
3.1设计概况
（1）工程概况
本标段起讫里程：DK345+151.69～DK367+182.79，全长22.031km。主要工程量包括小相岭隧道(长度21.775km，设一座贯通平导，分进口、出口、一号斜井、二号斜井分别组织施工)。
其中一号斜井全长2.425km，斜井中线与平导中线交于PDK350+000，对应左线线路里程DK350+000，斜井最大纵坡10.2%，综合坡度9.3%，采用无轨双车道运输，内净空尺寸为7.5m（宽）×6.2m（高），斜井与大里程端平面夹角141°45’57''。计划承担主隧道6060m（DK350+000～DK4356+060）和平导隧道6060m（PDK350+000～PDK356+0060）施工任务。主隧道和服务隧道线间距为30m,主隧道底板比安全隧道底板低60cm。
（2）地表水
测区内地表水主要为地表沟水，水塘水及少量水田水，水量随季节性变化较大，沟水旱季流量较小，雨季流量较大。受大气降水补给，以蒸发及地下径流等形式排泄。
（3）地下水
地下水较发育，主要为基岩裂隙水及岩溶水。
1）基岩裂隙水：主要赋存于砂岩等易富水地层的裂隙中，水量较丰富。
2岩溶水：主要指存在等影组白云质灰岩、白云岩的地下水，水量较丰富。
根据DZ-XXL-05钻孔揭示，稳定水位高程在2011.11m，隧道路基线高程约1862m.比路肩高程高约151m.推测水头压力约1.51MPa。分析认为，该岩溶段位于岩溶的水平循环带。隧道施工可能遇到突水、涌泥。应加强超前地质预报及红外线探水、打超前钻孔，降低岩溶突水的风险。
3.2地质情况
小相岭隧道一号斜井属于中山剥蚀地貌，斜井洞身穿越岩性为侏罗纪系中统（J2x）新村组泥岩、砂岩、页岩，侏罗系中统益门组(J2y) 泥岩、粉砂岩夹长石石英砂岩及泥灰岩，上三叠系白果湾组(T3b) 砂岩、页岩、粉砂岩夹炭质页岩及煤，洞身穿越地段大部分为软质岩及时代古老、受构造影响严重、破碎的硬质岩。地层岩性分述如下：
<8-1>粉质黏土（Q4dl+el）：黄褐色、灰褐色，硬塑，夹少量碎石角砾，Φ10～50mm，一般厚0～3m，属Ⅱ级普通土，D组填料。
<14-4>泥岩、砂岩、页岩(J2x)：紫红、深紫红色，含粉砂质，中～中厚层状长石石英砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩。节理较发育。强风化带(W3)厚2～6m，属Ⅳ级软石，C组填料；弱风化带（W2）属Ⅳ级软石，B组填料。下伏益门组假整合接触。厚545～1023m。
<14-5>泥岩、粉砂岩夹长石石英砂岩及泥灰岩(J1y)：
该地层分为两段。
上段(J2y2)岩性为紫红色泥岩、粉砂岩夹砂岩。
下段(J2y1)岩性为紫红、灰绿色薄、中厚层状砂岩及砾状灰岩。
其底部一套厚3～8m的中粒砂岩与三叠系上统白果湾组(T3b)为分界标志。弱风化带（W2），属Ⅳ级软石，B组填料。厚142～392m。
<14-6>砂岩、页岩、粉砂岩夹炭质页岩及煤(T3b)：灰色中、厚层状细、中粒岩屑石英砂岩—粉砂岩—深灰色炭质水云母粘土岩—页岩。底部夹两层各厚0.25—0.45m的煤层。含大量植物化石碎片。弱风化带（W2），属Ⅳ级软石，B组填料。厚398～890m。
据资料记载，在1881年6月，越西发生过震中烈度为Ⅵ级的强震。主要是有新构造运动引起的。新构造活动带与老断裂带基本一致。
3.3.工期情况
根据成昆铁路峨眉至米易段扩能工程站前工程EMZQ-9标《实施性施工组织设计》，一号斜井计划于2018年6月16日完成与平导联通。
3.4一号斜井最大涌水量
一号斜井为无轨运输，井身坡度大，地下水发育，根据施组计划，与平导贯通里程为DK349+650，根据隧道设计涌水量计算，一号斜井至平导贯通段最大水量见下表。
表3-1 一号斜井平导与进口段水量统计表
序号
名称
里程
长度
最大水量（m3/d）
1
正洞
DK349+900—DK351+040
1140
5011
2
平导
PDK349+650—PDK351+646
1996
6074
3
一号斜井
X1DK0+000—X1DK2+425
2425
3000
合计

14085
此段施工最大涌水量Q总=14085m3/d，即最大小时流量Q1=14085/24=587m3/h。斜井井身最大小时涌水量Q2=3000÷24=125m3/h。
4排水方案
4.1 一号斜井排水总体方案
一号斜井排水的总体思路：一号斜井长度2425m，垂高约226m，斜井井底平导置设固定泵站直接抽排水至洞外；在斜井井身施工期间，考虑斜井涌水水量，在井身施工前期分别设两级临时泵站接力式排水至井口外，即掌子面设临时积水坑→移动泵站（9m3移动水箱（1.5m×3m×2m）→1#临时泵站沉淀池→1#临时泵站→2#临时泵沉淀池→2#临时泵站→洞外沉淀池，经沉淀达标后排放。
在井身施工后期，考虑设置排水泵站级数增多，出现故障的机率会相应增加，因此离井底100m（X1DK0+100）处设置过渡泵站，过渡泵站主要承担斜井和正洞固定泵站建成前隧道内的排水任务，即掌子面集水坑→过渡固定泵站沉淀池→过渡固定泵站→洞外沉淀池。
当平导小里程开挖至PDK349+700里程处时，设置平导固定泵站，该泵站主要承担斜井、正洞和平导施工隧道内的排水任务；即掌子面集水坑→井底固定泵站沉淀池→井底固定泵站→洞外沉淀池。当平导进口至井底段贯通后，固定泵站停止使用，正洞、平导的水全部经平导顺流至洞外。排水泵站布置见附图1：
4.2 排水分步方案
（1）掌子面开挖离井口在200m（X1DK2+225）范围之内
当掌子面开挖离井口在200m范围之内时，采用多台高扬程污水泵直接抽排水至洞外沉淀池。
（2）掌子面开挖离井口在200m（X1DK2+225）到775m（X1DK1+650）范围之内时，当掌子面离井口距离超过200 m时,设一移动泵站，掌子面污水泵抽排水至移动泵站，再由移动泵站直接抽排至洞外，随着开挖面向前掘进，移动泵站随着掌子面前移；当斜井施工距井口到775m（X1DK1+650）时，在井身右侧边墙开挖一洞室，设置一号临时泵站。
临时泵站水泵所需扬程为
HB=HSY/ηg =（72+4）÷0.74=102.7m
式中
HB ——水泵所需扬程，；
HSY——侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取HSY =井底与地面标高差+4；
ηg——管路效率。当管路在立井中铺设时，ηg =0.9～0.89；当管路在斜井中铺设，且倾角>30°时, ηg =0.83～0.8；＝30°～20°时，ηg＝0.8～0.77；＜20°时，ηg＝0.77～0.74
（3）掌子面开挖离井口775m（X1DK1+650）到1550m(X1DK0+875)范围之内时
掌子面污水泵直接抽排至一号临时泵站，当开挖距一号临时泵站200米时再按井口至一号临时泵站安装方案安装移动泵站，当开挖至X1DK0+755里程时，在X1DK0+875处设置2#临时泵站。
（4）掌子面开挖离井口1550m(X1DK0+875)到2325m(X1DK0+100)范围之内时
掌子面污水泵抽排水至2#临时泵站，由2#临时泵站抽排至一号临时泵站将水抽排至井外。随着开挖面向前掘进，移动泵站随着掌子面前移，当开挖至X1DK0+050里程时，在X1DK0+100里程处设置一过渡泵站，由过渡泵站直接抽排水至井口。
此泵站水泵所需扬程为
HB=HSY/ηg =（217+4）÷0.74=298.6m
（5）掌子面开挖离井口2325m(X1DK0+100)到井底朝平导小里程方向300m（PDK349+650）范围之内时
掌子面污水泵抽排水至过渡泵站，由过渡泵站抽排至井外。随着平导开挖面向进口掘进，当平导小里程开挖至PDK349+650里程处时，在平导的左侧边墙上开挖1个洞室作为平导永久性固定泵站（正洞路面高程高于平导路面，正洞的水顺流至平导）。固定泵站距斜井井口的高差为229m，此泵站抽排至洞口需要的扬程为：
HB=HSY/ηg=（229+4）÷0.74=314.9m
（6）平导小里程方向贯通之前
正洞DK349+900～DK356+020段和平导PDK349+650～DK356+090平导段全部为顺坡，平导的水直接流至固定泵站集水池内，但正洞要开展仰拱施工，所以在仰拱施工前方施做临时集水坑，截断前面的流水，再安装3台污水经泵经DN150管路抽排至固定泵站集水池内，最终由固定泵站直接抽排出井外。
（7）平导小里程方向贯通之后
固定泵站停止使用，平导的水全部经平导顺流至洞外。正洞仰拱施工前方施做临时集水坑，截断前面的流水，再安装污水经泵经DN150管路抽排至平导排水沟内，最终经平导顺流至洞外。
4.3辅助洞室大小确定
根据《TB10109-95铁路隧道辅助坑道技术规范》规定：斜井、竖井水仓容积宜按泵站10min～15min排水能力设计。
（1）临时泵站设计
按最大水量150m3/h测算，临时泵站水仓应不小于30m3，考虑到与井身倒车、变压器洞室大小一致，便于施工，临时泵站断面设计为6×1.5×5×4.5m（宽×深×长×高）。
（2）固定泵站及对应沉淀池设计
一号斜井正洞、平导与进口平导贯通前设计涌水量为705m3/h， 则平固定泵站容积应不小于140m3，考虑停电、电压不稳等影响因素，固定固定泵站水仓容积计划为180m3。
为减少水中杂物对抽水机、排水管路的影响，在固定泵站洞口方向10m的位置设置一处沉淀池。固定泵站和沉淀池水仓断面分别为9×2×10m、 10×2×10m（宽×深×长）。沉淀池与水仓采用50cm厚混凝土隔墙。
（3）变压器洞室设计
在每级泵站对面施作1处变压器洞室，断面为6×6×4.5m（宽×长×高）。
4.4抽数设备配置方案
（1）设备配置原则
根据《TB10109-95铁路隧道辅助坑道技术规范》规定：
1）泵站应设有工作和备用的水泵及排水管，其工作泵和排水管的能力，应能在20小时内排出隧道24小时的设计涌水量；备用水泵的配备能力不小于工作水泵的总能力；
2）工作的水泵和排水管路以及备用的水泵和排水管路的总能力应能在20小时内排出隧道24小时的最大涌水量
（2）不考虑突发涌水情况下的大功率抽水机的备用问题。抽水设备按照用一备一的原则进行配置，检修数量配置由施工单位考虑。
（3）抽水设备配置计算过程
工作泵与备用泵工作能力等同（泵站总抽水能力是工作水泵的2倍），则掌子面、临时泵站、过渡泵站和固定泵站水泵配置能力可按如下方式计算：587×24÷20×2=14088m3/h；则各级泵站抽水设备配置如下：
表4-1 一号斜井抽水设备配置表
序号
部位
作业面
功率
额定流量,扬程
数量
变压器
抽水能力
备注
1
斜井
斜井掌子面
7.5KW
100m3/h,30m
3

2
移动水箱
30KW
80m3/h,90m
4

3
一号临时泵站
75KW
150m3/h,110m
2
500 KVA1台
300m3/h

4
2#临时泵站
75KW
150m3/h,110m
2
500 KVA1台
300m3/h

5
过渡泵站
220KW
155m3/h,335m
2
800 KVA1台
310m3/h
6
正洞平导
井底固定泵站
450KW
280m3/h,344m
6
2000 KVA2台
1680m3/h

7
进口掌子面
4KW
25m3/h,32m
4

8
进口仰拱
7.5KW
100m3/h,30m
4

5抽排水电力、管路系统设计
5.1排水管路设计
根据《给水排水工程快速设计手册》2.3管径计算d2=4Q/∏/V，最高和最低允许流速：
（1）为防止发生水锤现象，最大流速不超过2.5～3.0m/s。
（2）当输送浑水时，为避免管内淤积，最小流速应大于0.6 m/s。
各抽水机排水管径选择要求及出水口管径大小
表5-1 一号斜井抽水设备配置表
序号
功率（KW）
额定流量（m3/h）
管径选择（mm）
出水口管径
最大
最小
1
75
150
318
63
150
2
220
155
710
109
200
3
450
280
730
146
200
决定斜井段排水管路采用4趟φ219mm焊管排水管路，为便于管路检修和保护抽水设备，每趟排水管每隔400m安装1个铸钢闸阀，每台抽水机的管路前安装1个止回阀。正洞期间，隧道进、出口方向各布置1趟159mm排水管路。具体数量如下：
表5-2 排水管路材料使用统计表
序号
名称
规格
单位
数量
合计
斜井
正洞
1
排水管
φ219mm
m
13200
0
13200
2
法兰盘
个
4400
0
4400
3
高压垫圈
个
2200
0
2200
4
铸钢闸阀
个
33
0
33
5
止回阀
个
4
0
4
6
排水管
φ159mm
m
0
13000
13000
7
法兰盘
个
0
4336
4336
8
胶垫
个
0
0
0
9
高压垫圈
个
0
2168
2168
10
铸钢闸阀
个
0
33
33
11
止回阀
个
0
2
2
5.2排水电力设计
从进口变电站使用趟10KV高压网电供一号斜井抽排水用电，井口位置设置 4台500KW柴油发电机组并联，1台2000KVA变压器作为抽排水备用电源系统。斜井左侧边墙挂设2趟75m2铜芯高压电缆为井底抽水变电站供电。抽排水电力布置见附图2：
6在洞外增加防水、防汛及防山洪措施
（1）在斜井出口做好排水设施，永临结合，做到排水畅通，并在洞口增加截水横沟，防止地表水和施工排水倒灌进洞。根据洞口水量情况可适当加大横沟断面并在沟顶加盖铁篦子，做到排水和行车互不影响。雨季少量的地表水进洞立即启动排水系统防止隧道积水。
（2）对斜井出口附近的水流及地势情况加以调查，并对洞口100m范围以内可能对隧道施工造成影响的河道溪流，在雨季加以监控，必要时设专人值班，及时掌握汛情，并制定相应的应急预案，在洞外增加防洪措施，储备必要的防洪物资，在必要时封堵洞口，以防止山洪倒灌进洞。
（3）对斜井出口上方的山坡、山谷等地貌情况加以调查，及时发现隧道洞口上游山谷及坡顶的积水情况，防止在雨季出现堰塞湖及“洞顶湖”等情况，发现时做到及时疏导排放，以防止发生山洪突发危及隧道安全施工。
7各项管理措施
7.1组织管理保证
（1）在排水施工上不仅需要一套完善、合理的排水系统，还需在管理上预以加强才能达到预期的效果。为此不仅成立了专业排水队，还要制定了相应的管理措施。
（2）成立了专业排水队
针对每个隧道工作面的排水情况，成立一个专业排水队，每个队设队长1人、副队长1人、设备检修2人、排水工班2个班，每班组成：工班长1人、泵站管理员2人每站、工作面操作人员3人，合计人数：16人；
（3）建立严格的值班制度
每个隧道作业面的隧道排水日常工作坚持队长、副队长轮流24 h值班制，并制定抽水记录表进行统一管理，发现问题及时处理，汇总问题进行总结分析。
7.2安全技术保障措施
（1）对施工人员进行技术和操作培训针对一些技术特点和操作要领作重点讲解并现场示范。
（2）对用电的排水设备要确保电路安装的正确，检查转向是否正确；严格按照临时用电方案作业，严格执行“三相五线制和三级配电两级保护”的临时用电制度，实行“一机”、“一闸” “一箱”“一漏”。
（3）各泵站处，扬程均大于100 m管路上均配置止回阀，以防发生水锤现象，造成电泵损坏。
（4）在集水泵进水口包裹铁窗纱，同时把水泵(工作面移动式)或进水口施在竹筐内，可以防止污泥及杂物的进入而发生堵塞。
（5）当水位下降超过底座间歇出水时，应立即停机进行检查，运行一定时间后须进行维护保养。及时地进行保养和维修是确保设备正常运转的必要措施。
（6）对隧道内的抽水设备要定期进行安全检查，并派专人负责管理，做到24小时轮流值班，建立严格值班管理制度。
（7）对易损的排水设备及管配件要有必要的储备和供应上的保障。排水施工不仅需要一套完善、合理的排水系统，还需加强管理，才能达到预期的效果。为此，需成立专业排水作业队，同时制定严格的值班制度，隧道排水日常工作坚持队长和副队长轮流24小时值班，并制定抽水记录表统一管理，发现问题及时解决，保证隧道内能持续抽排水至洞外。
8涌水应急
为对潜在的隧道涌水事故做出应急准备，在事故发生时，控制或中断的进一步事故危害，保护人员安全，同时兼顾财产安全，以最大限度降低事故损失程度。当涌水量大于1120m3/h时，立即启用斜井段高压供风管路（φ219mm）和高压供水管路（φ159mm），同步再分别增架一趟高压风水管路，以保持当突然瞬间增大500m3/h涌水时有足够管路排水。同时根据现场情况，建立了涌水应急救援指挥领导小组，下设应急救援组，后勤保障组，治安保卫组、技术分析组、善后处理组应急工作，根据涌水应急预案，需配备如下救援物资：
表8-1应急救援物质
编号
材料/设备名称
规格
数量
单位
备注
1
注浆机
KBY-50/7
3
台
注浆堵水用
2
水泥
P.0.42.5
40
t
注浆堵水用
3
水玻璃
40Be'
10
t
注浆堵水用
4
应急灯
/
10
个
洞内每100米一个
5
对讲机
/
5
部
井底井口各不少于2个
6
救生衣
/
60
套
作业面施工人员各一套
7
救生绳
/
1000
m
沿所有路径挂设
8
高音喇叭
/
3
个

9
砂袋
30kg
100
袋
编织袋装河砂，易耗
10
氧气袋
/
20
个

11
担架
/
3
个

12
挖、装、运机械

和井身施工共用
9设备管理
（1）所有机械实行挂牌制，坚持“三定四包”，即定人、定机、定岗位；包保管、包使用、包保养、包任务、做到职责分明。
（2）机械操作人员，必须认真如实填写《设备运转记录日报表》，统一考核机械的良好率和使用率。
（3）操作人员要做到班前检查机况，班后擦拭机体，使设备外观整洁，达到“三无”和“四不漏”（即无污垢、无锈蚀、无碰伤、不漏油、不漏水、不漏气、不漏电）。
（4）操作人员要严格按照本机说明书要求，按质、按量、按时加油，按时换油，保证油、水、气路畅通，保证设备经常处于良好状态下运行。
（5）机械操作人员要做到“三懂、四会”（懂原理、懂构造、懂性能；会使用、会保养、会检查、会排除故障），从而达到正确使用机械，按规定保养，严格按安全技术操作规程精心操作。
（6）机械操作人员认真填写交接班记录，消耗记录，力求准确齐全。
（7）机械操作人员有权拒绝有碍于机械安全运转的施工安排，确保安全生产。
10日常保养及维（修）护
（1）机械保修工作必须坚持“养修并重，预防为主”的原则，做到定期保养，计划维修，保证机械处于完好可控状态。
（2）维修人员应按规定的作业内容认真完成机械的例行保养和一级保养。
1）例行保养内容：清洁、紧固、调整、润滑、防腐，注重机械在每班作业前后及运转中的检查保养，中心内容是检查，主要检查要害部位和易损部位。
2）一级保养内容：完成例行保养的一切工作，清洁各种滤芯，检查各部的工作情况，排除隐患，按规定检查和补充润滑油脂，调整有关参数，使其符合标准。
3）当生产任务和保修任务发生矛盾时，可采取一些非常措施，确保按规定进行强制保修。
4）由于整个抽排水系统比较庞大，地下水比较浑浊，对水泵磨损较严重，如果出现故障，为避免工作面被淹或发生更为严重的淹井事故，对易耗配件应有由足够的储备。
11注意事项
（1）线路架设要顺直，与风水管分离。
（2）配电盘的盖、锁要齐全，由专人管理。
（3）洞内电线、电缆应绝缘良好，有破损应及时包扎，破损严重应及时更换，严禁有裸露现象。
（4）有必要进行带电作业时，作业人员须经过专门训练，带电作业，应单线操作，并在技术熟练的电工人员监护下，做好安全防护后，才可进行。
（5）电器设备的金属外壳必须可靠接地或接零，在一个系统供电范围内，接地接零不能混用。其接地的接地体与引上线要联接牢固，不能绑扎缠绕。
（6）洞内接照明线和机具线路时，应注意次序：接线时，应从灯具、机具安向电源。断电时，应先拆除电源一侧。
（7）装设铁壳开关的进出线处都要有防护圈。外壳应有效的接地。操作闸刀开关时，一定要先把胶盖盖好，防止短路电弧，熔丝熔断飞溅伤人。
（8）在电器设备和线路上工作前，应断开电源，取出熔断器，悬挂“有人工作，禁止合闸”的标示牌，以防误合闸发生事故。即使采取了停电措施，仍须验明确实无电后方可工作。
（9）电力工作人员进行检修时，必须两人一起进行工作，并要切实做好防护措施。
（10）电器设备发生故障后，应由电工修理，非电力工作人员不准进行修理，所有电器设备不准带病运行。
（11）操作保修人员工必须思想集中，遵守劳动纪律，在机械未停稳时不得接触运动件或对其修理，机械运转前必须检查，确认各部状态良好正常，做好启动前的各项准备后方可启动。
（12）所有电器设备都应按《电力设备接地设计技术规程》之规定，做好接地、接零工作或加装漏电保护器。
（13）机械设备安全保护装置（如各种仪表、安全阀、力矩限制器、熔断器、限位器）及安全指示装置，必须按规定检查调整，发现失常或失灵，严禁继续使用，必须停机修理。
（14）配电房内严禁非工作人员入内，并做好防火工作。高低压停、送电应严格执行谁停电、谁送电的停、送电制度，严禁约时间停送电。
（15）非值班电气人员，不得擅自操作电气设备。
（16）一切容易碰到的，裸露电气设备必须装设遮栏，遮栏高度不低于1.7m，并悬挂“高压危险标志”。
12计算书及相关图纸
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