客運(yùn)專線長(zhǎng)大隧道高壓進(jìn)洞供電施工技術(shù)

范平

摘要：在長(zhǎng)大隧道施工中，根據(jù)施工組織安排，如何合理、周密考慮隧道施工中的電路布置是隧道施工中的重點(diǎn)之一，也是確保隧道正常施工的關(guān)鍵。隨著開(kāi)挖進(jìn)尺增加，供電線路增長(zhǎng)，電源壓降增大，原電壓進(jìn)洞供電方式已不能滿足洞內(nèi)施工用電要求。結(jié)合西成客專大秦嶺隧道洞內(nèi)供電實(shí)踐及用電分析，提出高壓進(jìn)洞方案及洞內(nèi)變壓器、高壓電纜鋪設(shè)等技術(shù)方案，為長(zhǎng)大隧道施工的用電方案提供參考。

Abstract： In the construction of long and large tunnels， it is one of the key points to arrange the circuit in the tunnel construction properly and rationally according to the construction organization， and is also the key to ensure the normal construction of tunnels. As the drilling depth increases， power supply lines grows， and power voltage increases， the original voltage entering tunnel power supply method has been unable to meet the construction requirements of electricity within the cave. Combined with the practice of power supply in Great Qinling Tunnel of Xicheng passenger dedicated line， this paper puts forward the high voltage inlet scheme， transformer scheme and high voltage cable laying scheme， so as to provide reference for power supply method in the construction of long tunnel.

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大隧道；高壓進(jìn)洞；供電

Key words： long tunnel；high voltage inlet；power supply

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）05-0131-04

0 引言

隧道施工中，隧道中的大功率的用電設(shè)備（如空壓機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)、砼輸送泵、水泵、三臂鑿巖臺(tái)車、混凝土濕噴機(jī)、多功能鉆機(jī)、電焊機(jī)等）都會(huì)用電。但隨著隧道開(kāi)挖進(jìn)尺增加，供電線路越來(lái)越長(zhǎng)，電源出現(xiàn)較大的壓降，洞內(nèi)工作面供電出現(xiàn)不足，而進(jìn)尺越增大，供電不足現(xiàn)象越嚴(yán)重，并嚴(yán)重影響隧道工程施工的正常進(jìn)行。

對(duì)長(zhǎng)大隧道而言，設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性的洞內(nèi)供電方案，配置相應(yīng)的供電設(shè)備是實(shí)現(xiàn)特長(zhǎng)大隧道快速正常施工的重要保障之一，同時(shí)隧道長(zhǎng)距離施工供電技術(shù)也是控制特長(zhǎng)大隧道施工的技術(shù)難題之一。

1 工程概況

大秦嶺隧道全長(zhǎng)14845.99m（中鐵十七局集團(tuán)段承建出口段9921.99m），為長(zhǎng)大隧道，該隧道為西成客專鐵路控制性工程，屬于高風(fēng)險(xiǎn)隧道；該段隧道并設(shè)置兩座輔助坑道輔助施工正洞，為2號(hào)斜井及出口平導(dǎo)；2#斜井位于線路右側(cè)DgK91+360處，全長(zhǎng)1746.59m，為雙車道，施工完后作為避難所，進(jìn)入主洞后進(jìn)行雙向開(kāi)挖，往西安方向開(kāi)挖903米，往成都方向開(kāi)挖2317m；出口平導(dǎo)位于線路右側(cè)DgK100+364處，全長(zhǎng)5959.7m，為單車道且與主洞平行施工，施工中作為臨時(shí)施工面，施工完成后作為緊急出口；隧道正洞最大埋深1185m，由于有地應(yīng)力的存在，有巖爆發(fā)生的可能性，中鐵十七局集團(tuán)承建的出口段共有7條斷層帶和3條斷層影響帶穿越，斷層帶位置圍巖破碎，穩(wěn)定性差，并穿越中等富水區(qū)，最大涌水量29000m3/d；隧道以25‰上坡進(jìn)洞至DgK99+450里程后以1‰下坡出洞。

2 施工中用電計(jì)劃

隧道施工中除了正常的用電設(shè)備外，還要考慮特殊情況，以免在施工中出現(xiàn)涌水等特殊情況時(shí)的增加抽排水設(shè)備的用電情況，一是要仔細(xì)研究設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)可預(yù)見(jiàn)和不可預(yù)見(jiàn)的情況進(jìn)行仔細(xì)分析和研究，制定用電方案。針對(duì)大秦嶺隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通風(fēng)排煙難度大、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，綜合研究，制定用電方案，還要綜合考慮壓降問(wèn)題。如表1。

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3 高壓進(jìn)洞的必要性

因大秦嶺隧道為長(zhǎng)大隧道，其隧道洞內(nèi)為多工序平行作業(yè)，且平導(dǎo)及出口段采用多個(gè)面平行掘進(jìn)，負(fù)荷比較集中，供電可靠性高，施工用電耗電量大，從而造成掌子面電壓降比較大，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備施工需要。為確保隧道洞內(nèi)用電正常，需高壓進(jìn)洞，在洞內(nèi)架設(shè)10kV高壓電纜，洞內(nèi)安裝廂式移動(dòng)變壓器將高壓變?yōu)榈蛪簛?lái)滿足洞內(nèi)施工供電需求。輸電線路中電壓降計(jì)算公式為：

ΔU=（P*L）/（A*S）

P：線路負(fù)荷；L：線路長(zhǎng)度；A：導(dǎo)體材質(zhì)系數(shù)（銅為77，鋁為46）；S：電纜截面。

由上式可看出，電壓降與設(shè)備功率、線路長(zhǎng)度成正比，因此隨著隧道的掘進(jìn)電壓降不斷加大，當(dāng)達(dá)到一定的深度時(shí)，部分設(shè)備因電壓不足而無(wú)法正常工作，影響施工進(jìn)度，從而需采用高壓進(jìn)洞技術(shù)來(lái)改變這種施工電壓不足的狀況。

4 進(jìn)洞供電方案比選

常用進(jìn)洞供電方案主要有以下三種：

4.1 低壓直接進(jìn)洞

在洞口通過(guò)變壓器把35kV直接變?yōu)?80V后直接進(jìn)洞，通過(guò)增大電線截面面積，從而降低線路壓降；此方案的弊端：因市場(chǎng)上大截面電纜是比較少的，故只適合線路短的隧道；而隨著隧道掘進(jìn)的增加，此方案的弊端就會(huì)越來(lái)越明顯，到一定長(zhǎng)度時(shí)，需更換供電方案。

4.2 洞內(nèi)低壓補(bǔ)償

在洞口通過(guò)變壓器把35kV直接變?yōu)?80V后，通過(guò)240平方的電纜引到施工作業(yè)處，再用低壓補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行低壓補(bǔ)償；此方案的不足：補(bǔ)償柜一般只補(bǔ)償15%-20%，超過(guò)2km后補(bǔ)償效果就不明顯，且在大功率設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，低壓補(bǔ)償不穩(wěn)定；故此方案不適于特長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)供電。

4.3 高壓進(jìn)洞

在洞口先把35kV變?yōu)?0kV，通過(guò)高壓鎧裝電纜引到洞內(nèi)變壓器的位置，再通過(guò)洞內(nèi)降壓變壓器把10kV變成380V施工電壓；如果需要多個(gè)變壓器同時(shí)使用時(shí)，可采用高壓分支箱進(jìn)行連接，具體連接方式在后面的應(yīng)用中有詳細(xì)介紹。

通過(guò)上述三種方案的比較，第三種方案適用于特長(zhǎng)大隧道洞內(nèi)施工供電。現(xiàn)就介紹高壓進(jìn)洞技術(shù)在西成客專大秦嶺隧道施工中的應(yīng)用。

5 高壓進(jìn)洞技術(shù)在大秦嶺隧道應(yīng)用情況

5.1 洞口施工用電及洞內(nèi)變壓器配置情況

大秦嶺隧道2#斜井、平導(dǎo)及隧道出口各設(shè)1個(gè)變壓器變臺(tái)站，各變臺(tái)安裝1臺(tái)500kVA-35kV/0.4kV、1臺(tái)800kVA-35kV/0.4kV和1臺(tái)用于高壓進(jìn)洞的變壓器。因而根據(jù)洞內(nèi)負(fù)荷分布情況，分別在2#斜井設(shè)置1臺(tái)3150kVA-35kV/10kV變壓器，平導(dǎo)設(shè)置1臺(tái)3150kVA-35kV-10kV變壓器，隧道出口設(shè)置1臺(tái)2500kVA-35kV/10kV變壓器，分別用于高壓進(jìn)洞，同時(shí)分別在每個(gè)變壓器變臺(tái)站原有變壓器輸入端安裝1臺(tái)10kV高壓戶外真空斷路器（ZW43-12型）。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，隨著隧道的掘進(jìn)增長(zhǎng)，2#斜井洞外的空壓機(jī)及風(fēng)機(jī)將移到斜井與主洞交叉口；而平導(dǎo)洞外的空壓機(jī)及風(fēng)機(jī)將移到平導(dǎo)與橫通道交叉口。洞內(nèi)變壓器的配置根據(jù)洞內(nèi)負(fù)荷分布情況進(jìn)行布置。詳見(jiàn)：大秦嶺隧道泵站及洞內(nèi)變壓器布置圖1及風(fēng)機(jī)布置圖2。

5.2 高壓電纜進(jìn)洞及鋪設(shè)

5.2.1 高壓電纜鋪設(shè)的位置

高壓電纜沿著隧道線路位置鋪設(shè)，為避免與洞內(nèi)低壓電線相互干擾，高壓電纜懸掛高度控制在3m左右。為避免洞內(nèi)通行車輛與洞壁擦撞造成對(duì)高壓電纜損壞以及發(fā)生用電安全事故，故采用懸吊高壓電纜的鋪設(shè)方式。為便于高壓電纜的鋪設(shè)，在隧道左側(cè)高度在3m左右的位置每隔5m設(shè)固定點(diǎn)一個(gè)作為高壓電纜安裝懸掛點(diǎn)，安裝好后在每個(gè)吊點(diǎn)上用一根絕緣線把高壓電纜綁好。

5.2.2 高壓電纜的接頭連接

電纜安裝固定好后在短時(shí)間內(nèi)按高壓電纜接頭制作工藝要求完成高壓電纜中間接頭的制作，接頭處不能受力，否則接頭因受力使絕緣破壞導(dǎo)致電纜接頭報(bào)廢。

5.2.3 多個(gè)變壓器時(shí)的高壓電纜連接方式

如果洞內(nèi)有多個(gè)變壓器，則根據(jù)實(shí)際情況可在每個(gè)變壓器洞室內(nèi)安裝一個(gè)一進(jìn)二出或一進(jìn)多出的高壓電纜分支箱，其主要功能是隨著隧道開(kāi)挖進(jìn)尺增加，需增加變壓器時(shí)，一根主高壓電纜通過(guò)分支箱后，可接兩根高壓電纜或多根高壓電纜，分出后的一根高壓電纜可繼續(xù)隨隧道開(kāi)挖方向延伸，剩下的一根或多根高壓電纜可接一臺(tái)變壓器或多臺(tái)變壓器。這樣的接法好處是在洞內(nèi)多個(gè)變壓器中如果有一臺(tái)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，可在該變壓器分支箱處短開(kāi)連接開(kāi)關(guān)，使有故障的變壓器停電，而其他變壓器不用停電可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

隧道電線路架設(shè)分兩次進(jìn)行。進(jìn)洞初期，先架設(shè)臨時(shí)電路，隨著工作面推進(jìn)，在成洞地段架設(shè)固定線路，換下電纜供繼續(xù)前進(jìn)工作面使用。

5.3 洞內(nèi)變壓器洞室布置

為確保洞內(nèi)高壓線路的安全，建議使用廂式變壓器。由于斜井及平導(dǎo)隧道斷面小，而隧道設(shè)計(jì)也沒(méi)有相關(guān)的洞室，故施工工區(qū)根據(jù)項(xiàng)目部的用電方案及變壓器配置方案，在有變壓器的位置做變壓器專用洞室；在主洞內(nèi)，根據(jù)實(shí)際情況可把變壓器安放在基站專用洞室內(nèi)。變壓器安裝后及時(shí)設(shè)置防護(hù)門，并設(shè)安全警示標(biāo)牌，同時(shí)做好變壓器接地裝置。為配合二襯混凝土施工，在前端設(shè)置一臺(tái)移動(dòng)式變壓器，隨著二襯施工進(jìn)行移動(dòng)，變壓器也相對(duì)移動(dòng)，這樣就能滿足砼輸送泵以及電焊機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也減少施工中停電次數(shù)及時(shí)間，加快隧道施工進(jìn)度。

5.4 安全防護(hù)

高壓進(jìn)洞必須做好安全管理及防護(hù)工作，一般采用鎧裝電纜，電纜終端設(shè)密封的接線盒。隧道洞內(nèi)電纜的選擇及安裝除應(yīng)滿足電力規(guī)程要求外，還應(yīng)滿足防火的消防要求。同時(shí)，不允許將通電的多余電纜盤繞對(duì)放，以免引起電纜過(guò)熱發(fā)生燃燒和增加線路電壓降。

5.5 安全用電管理

針對(duì)高壓進(jìn)洞增大洞內(nèi)安全用電的管控風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目部成立了高壓用電安全小組，由項(xiàng)目部下發(fā)高壓用電安全交底書，工區(qū)安全總監(jiān)定期組織學(xué)習(xí)；項(xiàng)目部電工定期組織工區(qū)電電工、作業(yè)隊(duì)電工對(duì)高壓電路進(jìn)行檢查，且每年定期邀請(qǐng)有資質(zhì)的公司對(duì)高壓線路的保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，確保保護(hù)裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，為防止洞內(nèi)機(jī)械設(shè)備破壞高壓電纜造成用電安全事故，在高壓電纜上每5m貼一個(gè)50cm長(zhǎng)的反光貼以示警示。

6 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)大隧道施工設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是高壓進(jìn)洞，合理的高壓進(jìn)洞技術(shù)，是滿足長(zhǎng)大隧道施工用電需要。目前，高壓進(jìn)洞在西成客專大秦嶺隧道施工中得到廣泛應(yīng)用，此技術(shù)不僅解決了隧道內(nèi)施工用電問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期效果，還能保證施工進(jìn)度及洞內(nèi)用電安全，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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