齊岳山隧道應急配電設施的配置及特點

王福厚

(鐵道部宜萬鐵路建設指揮部,湖北恩施 445000)

齊岳山隧道應急配電設施的配置及特點

王福厚

(鐵道部宜萬鐵路建設指揮部,湖北恩施 445000)

對齊岳山高風險隧道的供電方式提出了具體作法,特別對應急措施的供電系統雙回路和雙電源設置自動切換,提出了改善措施,達到了隧道供電的安全效果,對長大風險隧道配電方案設計施工有一定的指導意義。

宜萬鐵路;風險隧道;供電防范

1 齊岳山隧道高風險的工程特點

齊岳山隧道位于湖北省利川市城外西偏北23km處,為宜萬鐵路8座Ⅰ級風險隧道之一,隧道東起野茶鄉樂園溝,向北西垂直穿越齊岳山及荊竹園臺地,在百丈溝下真咀出口。隧道進口里程DK361+255、出口進程DK371+783,全長10528m,最大埋深670m。隧道自進口至出口為單面下坡,坡度依次為-13‰(345 m)、-15.3‰(9300m)、-6‰(883m)。進口路肩高程1126.13m,出口路肩高程974.05m,進出口高程差152.08m。為保證隧道施工工期,在隧道左側30m處設置貫通平行導坑,平行導坑全長10581m,采用與隧道一致的坡度。隧道穿越的地質構造為齊岳山背斜及箭竹溪向斜,地質條件異常復雜,主要不良地質有巖溶、巖溶水、斷層破碎帶、天然氣、煤系瓦斯、高地應力和地溫等,其中齊岳山背斜巖溶地層和得勝場槽谷區F11高壓富水斷層被稱為該隧道施工的兩大難題。發育有大、小魚泉和得勝場3條暗河,其中進口端為反坡施工,且全部位于可溶巖地層中,隧道正常涌水量17.6×104m3/d,最大涌水量74.2×104m3/d。其中齊岳山背斜地段正常涌水量3.7×104m3/d,最大涌水量17.7×104m3/d。施工中主要面臨的問題是巖溶探測、突水、突泥預防和反坡抽水。

由于齊岳山隧道高風險的工程特點,在設計和施工中都有為確保安全針對其高風險性進行特別措施設計和施工組織,以達到最大程度上規避,確保施工安全。

2 高風險隧道施工期間防范安全的應急措施

為確保施工人員、機具的安全,對高風險隧道在設計過程中必須考慮針對其風險特點進行施工期間的防災報警逃生系統設計。其主要目的是在施工期可能發生的突水突泥、塌方等意外事故,通過該系統的實施,使施工人員獲得更多的逃生或自救的時間,將人員傷亡和財產損失減少到最低程度。應急防范措施包括:聲光報警、應急通信及電視監控、逃生通道及疏散標志、應急照明、逃生設備、應急排水等6個部分。在以上防范措施中,最基礎的要素是電源、電路設施的合理有效配置。以齊岳山隧道進口施工過程中的各項配電措施為例,介紹高風險隧道照明配電設置的特點。

3 隧道配電設施的設置特點

(1)齊岳山隧道進口段全長3645m,根據工程地質特點及挖裝運設備配置情況考慮足夠的供電能力和為應對突發事情。洞內用電負荷較大,必須使10kV電源進洞,根據巖溶地質可能帶來的涌水反坡抽排,以及長隧的有軌運輸要求,并考慮裝砟、通風、抽水、襯砌等設備用電,在齊岳山隧道洞口設置總容量為4100kVA變電站。由于隧道施工的特殊性,洞內變配電設施必須定期向掌子面前移,勢必造成10kV電纜線路上有大量的中間接頭,必將影響供電的可靠性,增大電纜事故發生率,電纜的接續工藝以及突然涌水等諸多方面都影響供電系統的安全運行。

(2)設備用電考慮重載上坡的運輸要求。由于齊岳山隧道進口為15.3‰的反坡施工,出砟時運輸設備進行重載上坡作業,為此更換牽引設備型號,采用XK14 -7/196電瓶車進行出砟運輸牽引。而向洞內運輸時考慮順坡重載作業,采用XK8 -7/144電瓶車牽引。

(3)根據隧道長度做好分段動力供電設計方案。隨著隧道掌子面不斷延伸,為了滿足前方掌子面的出砟設備用電需要,同時避免與正洞后續鋪底、襯砌作業的干擾,在平導每隔500m設置臨時變電站,滿足各個掌子面用電設備需求。應急設備配電設置與應急設備的設置相匹配,并充分利用臨時變電站相結合。

(4)電力設施容量應考慮足夠的反坡抽水用電要求。根據設計資料提供的該隧道正常涌水量14.7萬m3/d,最大為74.3萬m3/d的水量,結合帷幕注漿效果、洞內凈空斷面以及涌水防災等級,與排水系統的設置情況相匹配,對每個排水泵站設置專用的變電站,滿足任何時候隨時全額啟動排水系統的用電要求。

4 應急措施的配電要求及特點

(1)在隧道正洞、輔助坑道、橫通道等位置配置足夠數量的應急照明裝置,并確保在有災害發生時能提供足夠亮度的照明指示,以利洞內人員逃生。

(2)配電系統具有分段保護能力(中繼和通道迂回連接),即當某單一點出現故障時不影響前方設備用電。應急措施的信號報警、照明設施由正洞及平導工區內設置的專業配電箱供電,在該配電箱外部電源失電后,其儲蓄電量可供報警和照明設施持續供電時間為90min。

(3)應急措施的供電系統考慮雙回路和雙電源設置。在齊岳山隧道進口,為滿足抽排水和應急報警、照明系統,洞內設置雙高壓線電力回路,將正常作業用電和應急措施用電分開,洞外網電和自備電站在總配電室進行切換,當網電停電后3～5min可啟動備用電源。

(4)具有洞內外聯動和對應急設置遙控的功能。由于巖溶隧道涌泥涌水等地質突發事件發生時往往與洞外降雨有關,即在施工安全管理中根據降雨量的觀測情況進行分級安全管理,這需要將洞內外管理信息及時聯動,達到快速應急的目的。為保證報警設施的快速和應急作業,在緊急狀態時安全人員可以通過遙控啟動報警設備。

(5)配電設施要儲備可移動設備。當發生突發事件后,為最大程度地減少損失,在已安裝設備部分損壞的情況,采用可移動設施進行應急搶救。

(6)根據《齊岳山隧道施工組織設計》,洞內主要用電設備如表1所示。

表1 齊岳山隧道洞內主要用電設備

5 隧道應急供電設施布置

(1)根據齊岳山隧道進口反坡施工,且涌水量大、突發性強的特點,結合隧道正洞、平導斷面設計結構尺寸,綜合考慮泄水洞的延長形式,為確保在特定(排水55000m3/d)條件下,能及時進行洞內排水,有效地做好隧道掘進與排水設施同步施工。齊岳山隧道洞內配電設施方案如圖1所示。

圖1 齊岳山隧道洞內配電設施示意(單位:m)

(2)隧道洞內用電進線35kV隔離開關的輔助開關和低壓發電機出線柜進行電氣互鎖,保證電氣運行的安全性及可靠性。

(3)高壓配電系統采用全封閉式金屬環網柜,并且選用六氟化硫開關為負荷開關,采用單進雙出,并且中間聯絡保證互為備用,滿足礦山設備的要求,并且相互之間互為聯鎖。

(4)低壓(10kV)配電系統采用全自動化的粗同步合閘的方式,所有的主開關選用電動合閘,以滿足自動全閘的要求。所有的電抗器、時間繼電器、中間繼電器、交流接觸器等要求額定電流滿足要求。

(5)發電機輸出柜同時和市電其中1臺低壓進線柜進行電氣聯鎖。大電與自發電的切換:將1500～2000kW自發電源,反接到2000kVA/35kV/0.4kV變壓器,送到現有35kV的電網中,實現自發35kV電源。

(6)本方案中投入2000kVA/35kV/0.4kV變壓器1臺,10kV高壓進線柜1臺,10kVPT柜1臺,出線柜1臺,1200A并網柜1臺,2500A并網柜1臺及加裝2處35kV高壓開關(可選用隔離開關或高壓箱式開關)。

(7)為防止一路高壓電纜出故障導致洞內積水,布置兩路高壓電纜進洞,在進洞前及各泵站處預留電纜接口,并安裝保險系統。排水泵站供電方案如圖2所示。

圖2 排水泵站供電方案

(8)洞外箱式變電站設于隧道及平導洞口處。

(9)經總配電室饋出10kV電纜沿隧道壁掛鉤敷進洞,電纜引上引下、過水溝、過硬化路面穿管敷設。

(10)在泵站附近設置高壓電纜分接箱、降壓起動控制柜對泵站的供電進行控制,控制方式采用手動。每臺泵的降壓起動控制柜由高壓電機運行柜和液體熱變電阻柜組成,且之間相互獨立。

(11)每個配電箱(柜)應設接地裝置,接地電阻R≤10Ω。

6 保護接地及防雷

36V以上的和由于絕緣損壞可能帶有危險電壓的電氣設備的金屬外殼、架構、電纜裝皮,接地線等均須作防護接地。考慮到洞內做接地極困難很大,設計在洞外做集中接地極,洞內各接地點共用1條BXF-50mm2銅線引出,要求接地極接地電阻R≤10Ω,必要時使用降阻劑或其他措施。接地引出線與照明配線同端敷設,固定下側。除洞外電纜引入桿上設FS4 -10閥型避雷器防雷以外,洞內各變電站均設有避雷器防雷。

7 總結及建議

齊岳山隧道作為宜萬鐵路的重難點和高風險隧道,在應對突發涌水突泥方面設施齊全,其配電系統作為基礎要素合理的配置為隧道的正常施工和應急措施應用起到了巨大的作用。同時在實施過程中還應該注意以下幾個方面,為高風險隧道的安全施工提高安全等級。

(1)35/10kV變電站在不影響施工作業的情況下,盡量靠近隧道(平導)口附近設置,并設置簡易圍墻。在電纜過溝、硬化路面、沿電桿及隧道壁引上引下等均應采用鋼管保護。

(2)應急照明在隧道內(平導內)接引施工用380/220V電源,燈具按不同相序間隔均勻接引供電,保持三相平衡。

(3)應急照明設施應采用礦用防腐照明設施。普通賓館用的應急照明燈具,在隧道潮濕環境下,僅能維持半個月左右,浪費極大。

(4)由于頻繁的突水淹沒隧道坑道,供電變電站多次淹沒,在緊急搶救時不得不重新設置,能夠利用防水變配電設施為搶救工作能夠贏得更多的時間。

8 結語

齊岳山隧道通過合理的配電方案和完備的應急措施,為其高風險隧道的安全施工,可起到有力的保障作用。同時這些設備設施的專業化管理,使之隨時處于良好狀態,是應急管理的關鍵。齊岳山隧道的這種做法,值得同類風險隧道的配電方案設計和實施借鑒。

[1] 喬新國,余建華.動力與照明實用技術[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

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[3] 張民慶,彭 峰.地下工程注漿技術[M].北京:地質出版社,2008.

U453.7

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2010 -05 -10

王福厚(1953—),男,工程師,1980年畢業于西南交通大學。