范平

摘要：在長大隧道施工中，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之一，也是確保隧道正常施工的關鍵。隨著開挖進尺增加，供電線路增長，電源壓降增大，原電壓進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)供電實踐及用電分析，提出高壓進洞方案及洞內(nèi)變壓器、高壓電纜鋪設等技術方案，為長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.

關鍵詞：長大隧道；高壓進洞；供電

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

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：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備（如空壓機、軸流風機、射流風機、砼輸送泵、水泵、三臂鑿巖臺車、混凝土濕噴機、多功能鉆機、電焊機等）都會用電。但隨著隧道開挖進尺增加，供電線路越來越長，電源出現(xiàn)較大的壓降，洞內(nèi)工作面供電出現(xiàn)不足，而進尺越增大，供電不足現(xiàn)象越嚴重，并嚴重影響隧道工程施工的正常進行。

對長大隧道而言，設計合理、經(jīng)濟、實用性的洞內(nèi)供電方案，配置相應的供電設備是實現(xiàn)特長大隧道快速正常施工的重要保障之一，同時隧道長距離施工供電技術也是控制特長大隧道施工的技術難題之一。

1 工程概況

大秦嶺隧道全長14845.99m（中鐵十七局集團段承建出口段9921.99m），為長大隧道，該隧道為西成客專鐵路控制性工程，屬于高風險隧道；該段隧道并設置兩座輔助坑道輔助施工正洞，為2號斜井及出口平導；2#斜井位于線路右側(cè)DgK91+360處，全長1746.59m，為雙車道，施工完后作為避難所，進入主洞后進行雙向開挖，往西安方向開挖903米，往成都方向開挖2317m；出口平導位于線路右側(cè)DgK100+364處，全長5959.7m，為單車道且與主洞平行施工，施工中作為臨時施工面，施工完成后作為緊急出口；隧道正洞最大埋深1185m，由于有地應力的存在，有巖爆發(fā)生的可能性，中鐵十七局集團承建的出口段共有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‰上坡進洞至DgK99+450里程后以1‰下坡出洞。

2 施工中用電計劃

隧道施工中除了正常的用電設備外，還要考慮特殊情況，以免在施工中出現(xiàn)涌水等特殊情況時的增加抽排水設備的用電情況，一是要仔細研究設計圖紙，對可預見和不可預見的情況進行仔細分析和研究，制定用電方案。針對大秦嶺隧道結(jié)構(gòu)復雜，通風排煙難度大、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜等特點，綜合研究，制定用電方案，還要綜合考慮壓降問題。如表1。

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3 高壓進洞的必要性

因大秦嶺隧道為長大隧道，其隧道洞內(nèi)為多工序平行作業(yè)，且平導及出口段采用多個面平行掘進，負荷比較集中，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)場設備施工需要。為確保隧道洞內(nèi)用電正常，需高壓進洞，在洞內(nèi)架設10kV高壓電纜，洞內(nèi)安裝廂式移動變壓器將高壓變?yōu)榈蛪簛頋M足洞內(nèi)施工供電需求。輸電線路中電壓降計算公式為：

ΔU=（P*L）/（A*S）

P：線路負荷；L：線路長度；A：導體材質(zhì)系數(shù)（銅為77，鋁為46）；S：電纜截面。

由上式可看出，電壓降與設備功率、線路長度成正比，因此隨著隧道的掘進電壓降不斷加大，當達到一定的深度時，部分設備因電壓不足而無法正常工作，影響施工進度，從而需采用高壓進洞技術來改變這種施工電壓不足的狀況。

4 進洞供電方案比選

常用進洞供電方案主要有以下三種：

4.1 低壓直接進洞

在洞口通過變壓器把35kV直接變?yōu)?80V后直接進洞，通過增大電線截面面積，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；而隨著隧道掘進的增加，此方案的弊端就會越來越明顯，到一定長度時，需更換供電方案。

4.2 洞內(nèi)低壓補償

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

4.3 高壓進洞

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

通過上述三種方案的比較，第三種方案適用于特長大隧道洞內(nèi)施工供電?，F(xiàn)就介紹高壓進洞技術在西成客專大秦嶺隧道施工中的應用。

5 高壓進洞技術在大秦嶺隧道應用情況

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、平導及隧道出口各設1個變壓器變臺站，各變臺安裝1臺500kVA-35kV/0.4kV、1臺800kVA-35kV/0.4kV和1臺用于高壓進洞的變壓器。因而根據(jù)洞內(nèi)負荷分布情況，分別在2#斜井設置1臺3150kVA-35kV/10kV變壓器，平導設置1臺3150kVA-35kV-10kV變壓器，隧道出口設置1臺2500kVA-35kV/10kV變壓器，分別用于高壓進洞，同時分別在每個變壓器變臺站原有變壓器輸入端安裝1臺10kV高壓戶外真空斷路器（ZW43-12型）。

根據(jù)施工現(xiàn)場情況，隨著隧道的掘進增長，2#斜井洞外的空壓機及風機將移到斜井與主洞交叉口；而平導洞外的空壓機及風機將移到平導與橫通道交叉口。洞內(nèi)變壓器的配置根據(jù)洞內(nèi)負荷分布情況進行布置。詳見：大秦嶺隧道泵站及洞內(nèi)變壓器布置圖1及風機布置圖2。

5.2 高壓電纜進洞及鋪設

5.2.1 高壓電纜鋪設的位置

高壓電纜沿著隧道線路位置鋪設，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方式。為便于高壓電纜的鋪設，在隧道左側(cè)高度在3m左右的位置每隔5m設固定點一個作為高壓電纜安裝懸掛點，安裝好后在每個吊點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致電纜接頭報廢。

5.2.3 多個變壓器時的高壓電纜連接方式

如果洞內(nèi)有多個變壓器，則根據(jù)實際情況可在每個變壓器洞室內(nèi)安裝一個一進二出或一進多出的高壓電纜分支箱，其主要功能是隨著隧道開挖進尺增加，需增加變壓器時，一根主高壓電纜通過分支箱后，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)隨隧道開挖方向延伸，剩下的一根或多根高壓電纜可接一臺變壓器或多臺變壓器。這樣的接法好處是在洞內(nèi)多個變壓器中如果有一臺變壓器出現(xiàn)故障時，可在該變壓器分支箱處短開連接開關，使有故障的變壓器停電，而其他變壓器不用停電可正常運轉(zhuǎn)。

隧道電線路架設分兩次進行。進洞初期，先架設臨時電路，隨著工作面推進，在成洞地段架設固定線路，換下電纜供繼續(xù)前進工作面使用。

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。由于斜井及平導隧道斷面小，而隧道設計也沒有相關的洞室，故施工工區(qū)根據(jù)項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)。變壓器安裝后及時設置防護門，并設安全警示標牌，同時做好變壓器接地裝置。為配合二襯混凝土施工，在前端設置一臺移動式變壓器，隨著二襯施工進行移動，變壓器也相對移動，這樣就能滿足砼輸送泵以及電焊機等設備的正常運轉(zhuǎn)，同時也減少施工中停電次數(shù)及時間，加快隧道施工進度。

5.4 安全防護

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

5.5 安全用電管理

針對高壓進洞增大洞內(nèi)安全用電的管控風險，項目部成立了高壓用電安全小組，由項目部下發(fā)高壓用電安全交底書，工區(qū)安全總監(jiān)定期組織學習；項目部電工定期組織工區(qū)電電工、作業(yè)隊電工對高壓電路進行檢查，且每年定期邀請有資質(zhì)的公司對高壓線路的保護裝置進行檢查，確保保護裝置的正常運轉(zhuǎn)。同時，為防止洞內(nèi)機械設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50cm長的反光貼以示警示。

6 結(jié)束語

長大隧道施工設備正常運轉(zhuǎn)的關鍵是高壓進洞，合理的高壓進洞技術，是滿足長大隧道施工用電需要。目前，高壓進洞在西成客專大秦嶺隧道施工中得到廣泛應用，此技術不僅解決了隧道內(nèi)施工用電問題，達到預期效果，還能保證施工進度及洞內(nèi)用電安全，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

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