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      隧道突發(fā)大涌水下施工的電源保障方案

      2018-01-24 11:56:44吳曉剛
      中國設(shè)備工程 2018年1期
      關(guān)鍵詞:松煙主洞斜井

      吳曉剛

      (中鐵十二局集團(tuán)有限公司勘測設(shè)計(jì)分公司,山西 太原 030024)

      1 工程概況

      1.1 地理位置

      康家樓隧道位于和榆高速公路(二期)LJ10合同段內(nèi)(起訖樁號為K69+380-K76+523.556),為和榆高速公路控制性工程,地理位置位于和順縣松煙鎮(zhèn)康家樓村西1300m至松煙鎮(zhèn)大發(fā)溝村東1350m(省界)間,為雙線4車道高速公路,設(shè)計(jì)速度為80km/h。右線全長8495m,省內(nèi)長度6768.556m(其中明洞10m);左線全長8485m,省內(nèi)長度6831.409m(其中明洞5m)。左、右線均為特長隧道,左右線間距35m,最大埋深511.4m,地形、地質(zhì)條件復(fù)雜,洞門采用端墻式結(jié)構(gòu),隧道縱坡為-1.95%,為下坡施工??导覙撬淼涝O(shè)計(jì)有2座通風(fēng)斜井,均在線路右側(cè)??导覙撬淼?#斜井長1337.384m,與主洞交叉樁號為K74+550,坡度為-12.70%,2#斜井長1002.265m,與主洞交叉樁號為ZK74+070,坡度為-15.75%。1、2#斜井施工過程中作為施工斜井,參與正洞施工,運(yùn)營后作為永久性的通風(fēng)斜井。

      1.2 地下水設(shè)計(jì)情況

      根據(jù)地質(zhì)勘查資料,康家樓隧道整體地下水的富水性相對較弱,以弱富水洞身為主,部分屬于中等富水段,局部段落接近強(qiáng)富水洞體標(biāo)準(zhǔn),在斷裂構(gòu)造、巖溶通道附近,極有可能相互連通,施工中洞體極有可能涌水、突水,對工程影響嚴(yán)重。地下水經(jīng)取樣分析,對混凝土無腐蝕,對鋼筋有弱腐蝕性。

      通過涌水量分段預(yù)測(山西段)。右洞含水段長6764m,最大涌水量為5116.9m3/d,正常涌水量為1142.1m3/d;左洞含水段長6210m,最大涌水量為4633.1m3/d,正常涌水量為1119.7m3/d。1#斜井含水段長度為1152m,最大涌水量為910m3/d,正常涌水量為180m3/d;2#斜井含水段長度為847m,最大涌水量為621m3/d,正常涌水量為120m3/d。

      1.3 實(shí)際地下涌水情況

      截至2013年元月5日,唐家樓隧道主洞左右線完成掘進(jìn)1940m,2#斜井已完成斜井段施工,進(jìn)入主線右線大小里程完成施工570m,左線工作面完成施工90m,1#斜井完成掘進(jìn)810m。從2012年5月以來,隧道主洞左右線、斜井段相繼出現(xiàn)大的涌水,經(jīng)現(xiàn)場計(jì)量,主洞左線最大用水量達(dá)到17000m3/d,右線最大涌水量達(dá)到9000m3/d,1#斜井涌水量長期維持在11000m3/d,2#斜井進(jìn)入主洞后大里程方向掌子面也出現(xiàn)股狀涌水,且斜井洞身涌水量長期維持在3400m3/d,施工現(xiàn)場的實(shí)際涌水量與原設(shè)計(jì)涌水量出現(xiàn)較大的偏差,施工要素如何配備、施工用電如何調(diào)整、排水系統(tǒng)如何優(yōu)化,將對施工進(jìn)度產(chǎn)生較大的影響。

      2 調(diào)整供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      2.1 原設(shè)計(jì)方案

      唐家樓隧道施工上場初期,為滿足施工現(xiàn)場需要,根據(jù)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì),共向當(dāng)?shù)毓╇姽旧暾堄秒娯?fù)荷6815kVA。其中,唐家樓隧道主洞入口裝設(shè)2臺1000kVA的變壓器和1臺315kVA的變壓器;1、2#斜井入口處,裝設(shè)4臺1000kVA的變壓器和1臺500kVA的變壓器(兩斜井施工共用電源),施工電源由松煙35kV變電站10kV許村線4#桿T接約18km至項(xiàng)目施工現(xiàn)場。1~4#為240mm2裸鋁導(dǎo)線,4#至項(xiàng)目終端桿全部為185mm2裸鋁導(dǎo)線。

      2.2 現(xiàn)場供電質(zhì)量

      由于電力專線的供電線路較長,負(fù)荷集中,隨著隧道施工深入,用電負(fù)荷逐步增大,而且增大的負(fù)荷中,抽水負(fù)荷占到75%以上,洞內(nèi)每級抽水泵站的日常負(fù)荷基本上都在350kW上下,基本上每個泵站附近各設(shè)1臺500kVA洞內(nèi)專用變壓器。施工到2013年初,共安裝洞內(nèi)移動(固定)式500kVA變壓器8臺,總計(jì)容量為4000kVA。從當(dāng)?shù)毓╇姴块T了解到的情況,高峰期,線路的最大負(fù)荷為4500kW。隨著施工的深入,還有進(jìn)一步增大的可能性。1、2#斜井口的一臺1000kVA變壓器停用后,改為升壓變壓器配合2臺500kW發(fā)電機(jī)使用,以解決暫時停電后,斜井洞內(nèi)的抽水負(fù)荷需求。從2012年11月開始,間斷性地出現(xiàn)高壓電壓偏低,到11月份底,有時高壓側(cè)電壓僅有9000V?,F(xiàn)場的10kV變壓器全部調(diào)高電壓輸出,即使這樣,也經(jīng)常出現(xiàn)低壓側(cè)電壓偏低的情況,甚至距離變壓器200m多以外就無法啟動設(shè)備,造成大量的水泵電機(jī)等燒毀。

      表1

      2.3 階段供電保障方案

      經(jīng)調(diào)研,提出如下的保障階段供電質(zhì)量的方案。

      (1)對松煙35kV變電站內(nèi)10kV母線、上下引線以及開關(guān)連接母排進(jìn)行改造(松煙35kV變電站內(nèi)10kV母線為120mm2裸鋁導(dǎo)線,上下引線僅為70mm2裸鋁導(dǎo)線,開關(guān)連接母排也僅為30×4銅排)。

      (2)檢查項(xiàng)目部12臺變壓器的無功補(bǔ)償情況,更換不合格及燒毀的電容器,同時適當(dāng)增大補(bǔ)償容量。

      (3)在隧道進(jìn)口附近設(shè)置一座6300kVA調(diào)壓穩(wěn)壓站,從根本上解決隧道施工電壓降過大的問題。

      (4)其他方案,包括安裝串聯(lián)電容補(bǔ)償、安裝洞內(nèi)高頻增壓專用設(shè)備等。

      經(jīng)過對松煙變電站的技術(shù)改造、對主變輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,更換現(xiàn)場不合格并聯(lián)電容及適當(dāng)加大并聯(lián)補(bǔ)償容量,現(xiàn)場電壓基本恢復(fù)穩(wěn)定,所以,暫時不考慮在10kV線路末端新建10kV自耦調(diào)壓穩(wěn)壓站及其他調(diào)壓穩(wěn)壓措施。

      3 備用電源的配置方案

      為解決地方電網(wǎng)臨時停電導(dǎo)致洞內(nèi)無法排水,而引起涌水淹沒掌子面,甚至淹沒部分設(shè)備的狀況,在1、2#斜井入口處,設(shè)2臺500kW的發(fā)電機(jī),并聯(lián)后經(jīng)由1000kVA升壓變壓器升壓后送至洞內(nèi),通過洞內(nèi)的降壓變壓器降壓后使用,主洞進(jìn)口暫未設(shè)固定發(fā)電站,停電時,只能靠租用地方的500kW移動變電站來解決洞內(nèi)的抽水問題,在系統(tǒng)停電和當(dāng)時大量涌水的情況下,根本無法保證洞內(nèi)抽水的負(fù)荷需要。高峰時用于洞內(nèi)抽水的負(fù)荷情況見表1。

      由于主洞及1、2#斜井均為反坡排水,洞內(nèi)所有涌水都需要2級甚至3級以上泵站才能抽排至洞外,洞內(nèi)抽水負(fù)荷正在逐步增大。根據(jù)使用設(shè)備統(tǒng)計(jì),主洞洞內(nèi)的抽水負(fù)荷為1375kW,2#斜井的洞內(nèi)抽水負(fù)荷793kW,1#斜井的洞內(nèi)抽水負(fù)荷為933kW。項(xiàng)目所在地距離和順縣城40余km,距離松煙變電站也超過18km,供電可靠性差,經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)性停電,而且,隨著掘進(jìn)的深入,負(fù)荷還會進(jìn)一步增大。當(dāng)時,隧道主洞還有約4200m的施工任務(wù),1#斜井還有500多m的掘進(jìn)任務(wù),項(xiàng)目工期截止到2013年底,施工任務(wù)十分艱巨。

      為此,考慮在1、2#斜井口新增2臺500kW發(fā)電機(jī),與既有的2臺500kW發(fā)電機(jī)并聯(lián)使用,通過現(xiàn)場既有的2臺同型號的1000kVA升壓變升壓后送至洞內(nèi);主洞進(jìn)口段設(shè)4臺500kW發(fā)電機(jī),通過現(xiàn)場既有的兩臺同型號的1000kVA升壓變壓器升壓后送至洞內(nèi),以滿足地方電網(wǎng)停電時,洞內(nèi)負(fù)荷特別是抽水負(fù)荷的要求。

      [1]辛國平,李集光,劉漢紅.富水大斷面陡坡曲線斜井施工技術(shù)[J].公路隧道. 2009(03).

      [2]曹學(xué)強(qiáng). 康家樓隧道斜井涌水處治技術(shù)研究[J]. 公路,2014(5):127-130.

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