關于輸水隧洞施工供電的研究與探討

李奎濤

(遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧 遼陽111000)

0 前 言

輸水隧洞在整個水利工程建設中起著至關重要的作用，是水利工程的樞紐部位，只有在輸水隧道的建設施工平穩進行的情況下，整個水利工程建設才能夠穩定的進行接下來的施工工序。而隧道施工順利完成的關鍵在于施工過程中的供電狀況，穩定的電力來源是整個工程的血脈，同時也是工程順利完工的基本動力。

不僅如此，由于隧道工程的特殊性，保證電源的安全可靠更是工程建設的重中之重，除此之外，由于工程量很大，周期也很長，受施工環境的影響，需要全天候的用電，這樣一來工程的用電量將十分的巨大。

因此，水利工程施工建設的關鍵是保證工程供電的穩定和安全，對電力資源要合理配置、充分利用，避免不必要的浪費，結合具體工程的具體情況，制定出一個合理科學的最佳施工方案。

1 工程實例一

1.1 工程概況

該工程中的輸水隧洞施工建設的特點是隧洞的長度很長，具體長度達到13.235 km，通過小洞來達到存水輸出的目的，隧洞所處的地域大多數由直徑約1.7 m的花崗巖組成。由于隧洞所在的地理環境十分特殊，地理位置也相對獨特，地形條件過高，不適宜進行豎井開鑿，若是強行開鑿勢必會造成不必要的人力物力資源的浪費，增加投資方的財政壓力和經濟負擔，甚至會超出預算，所以采取了另一種施工方案。

首先對開鑿部位進行全面的勘測，根據隧洞的預期設計方案按部就班的進行施工，根據具體的地形條件確定隧洞的具體位置，然后通過鉆爆的方式開鑿，從隧洞的進口和出口位置同時開鑿，同時還通過鉆爆五個豎井和一個斜井進入內部，一共從12 個位置進行同時開鑿，豎井的貫穿深度均達到80 m以上。

在這一過程中施工用到的通風機以及在開鑿過程中需要用到的風鉆空壓機是最主要的耗電器械，除此之外，還有一些如隧洞中的照明設施、排水設施以及升降設施等工程輔助性設施也在一定程度上消耗著電力，在這一工程的整個施工過程中生產和生活的總用電量達到625.78 kW，每隔2 km以上才會有一個井［1］。

1.2 供電形勢選擇

在這一工程的施工過程中首要面臨的問題就是選擇施工供電的形式，究竟是該選擇通過柴油機進行發電還是通過電網進行發電［2］。

在這一水利工程施工建設前期是通過柴油機群租的方式進行施工供電，但是在這種情況下卻發生了很多意想不到的問題，首先就是受到了地形條件的限制，由于地形陡峭山區的路況復雜，而且運輸距離十分漫長，在這一過程中投入的人力和物力大大增加了相應的附加費用，讓通過柴油機進行發電的總成本十分高昂，使得這一措施帶來了得不嘗試的結果。

其次，由于柴油機發電群組的機型和性能的限制，使發電的供應范圍十分狹窄，無法對井內作業提供電力支持，不僅如此，柴油機很難進入井內，即使進入井內，由于燃燒柴油而造成的氧氣消耗會加重井內排風作業的負擔。另外，柴油機發電群組的運行會對周圍環境造成很大影響，而且需要投入相應的人力和物力對其進行專業的護理和維修，運行成本很高［3］。

最后，這一設施本身存在極大的限制，使用壽命很短，性能也不是十分穩定。

這樣一來，由于柴油機發電群組會消耗大量的資金，而且供電的成效并不十分明顯，缺乏可靠性，無論是從經濟角度還是從性能角度，都達不到水利工程施工所要求的標準，無法使工程建設穩定順利的進行［4］。

因此，經過再三權衡、仔細斟酌，最終選擇了通過電網進行施工的電力供應，具體的操作方式如下:

1.2.1 洞外供電

主要是利用110 kV變電所架設的一條長25 km的66 kV施工送電線路到2#豎井出所設置的箱式變壓站。然后再從這個電源變壓站將66 kV 的電壓通過變壓架設起20km 電壓為10 kV 的輸送電源的線路到各大輸水隧洞的施工井口或洞口［5］。

1.2.2 洞內供電

分別把10 kV 的電纜線路直接接入到斜井、四個豎井以及輸水隧洞的出口和入口等各個施工洞口中，不僅如此，還要在鋪設電纜線的各大施工洞口附近專門挖掘出一個管理輸電線路的變壓電路洞室，在里面要配置相應的可以在礦井內使用的變壓器，除此之外，為了防止意外的發生，還要再配備一個防爆配電箱。讓10 kV 的電壓通過變壓器變壓為400 V。

變壓電路洞室的空間為2300 mm×1 700 mm×2 400 mm。用電路提供的電源完成礦井兩端的照明工作、建設施工時的各種用電和隧洞外部施工的用電。當工程的開鑿進度達到1 000 m以上時，就要繼續挖掘出一個專門管理輸電線路的變壓電路洞室在里面還要配置上相同的變壓器和防止意外發生的防爆配電箱，來完成接下來1 000 m的隧洞開鑿工程的照明工作還有施工過程中其他方面的用電見圖1。每一個變壓器都通過“T”連接的方式與10 kV的電纜相連接，就像圖1 中所展示的一樣，125 kVA的變壓器和80 kVA的變壓器中都配置了可以在礦井中使用的變壓器。

在施工過程中利用以上的施工供電方式之后，解決了整個施工過程中的所有用電問題，工程得以穩定順利的進展下去，現在這一工程已經發揮作用，投入了正式的使用之中［6］。

在這個輸水隧道的工程建設中的用電情況按照其所負荷的電量等級分別可以分為一級用電負荷量和三級用電負荷量。一級負荷是指在輸水隧洞工程開鑿施工階段所進行的洞內排風、井內照明、事故醫療、工程排水等輔助性施工活動所消耗的電荷量，總負荷量是235 kW。三級負荷指的是整個輸水隧洞的具體開鑿施工所消耗的電荷量，其總負荷量是256kW。

以電網供電的方式為主，柴油發電機供電的方式為輔，對工程建設所需要的用電量可以完全滿足，極大的保證了供電的穩定性。

2 工程實例二

2.1 工程概況

該工程的輸水隧洞能夠達到29.8km 長，在同類型的輸水隧洞中算是大口徑的隧洞，而且是較長的一種。在對輸水隧洞進行初級設計時確定了隧洞的大概構想以及具體的開鑿位置，從隧洞的設計出入口位置以及15 個豎井進行鉆爆法開鑿，需要從32個不同方位進行鉆爆開鑿施工［7］。

2.2 供電方式

2.2.1 洞外供電

在對整個輸水隧道開鑿工程進行全方位的考量和系統分析時，對于在山區的隧洞中進行施工供電方式的探討過程中，通過反復考量和成本對比，最終確定通過架空送電線路的方式進行施工工程供電，因為這一方式無論從成本還是性能的穩定性遠遠優越于通過柴油機進行發電的方式。在輸水隧道進行具體的開鑿施工階段，消耗的最大電量是7 649 kW，一年積累下來的耗電量是4567 萬kW·h。

但是輸水隧洞開鑿工程的施工周期十分漫長、工程作業地點十分分散、電力的消耗量十分巨大，所以，應該要設置17 座變壓電站，考慮到工程施工對電力需求的穩定性，最終確立了利用66 kV電壓架空輸電線路的施工供電方式［8］。

2.2.2 洞內供電

每一個變壓器都通過“T”式連接的方式與66 kV 輸電線路相連接，并將電纜架設到每一個施工的隧洞內，對隧洞開鑿工程進行施工供電，除此之外，在每一處隧洞開鑿施工的地點都配備輔助性質的柴油發電機，以此來確保施工工程高負荷量用電的穩定性和安全性。

這一建設工程中輸水隧洞開鑿施工所消耗的電量可以按照用電負荷量分為兩個等級:一級用電負荷，這是在輸水隧洞開鑿工程施工建設過程中進行的工程排水、事故醫療、施工照明、隧洞排風等輔助性的施工活動所產生的電力消耗，總負荷量是610kW;三級用電負荷，指的是在輸水隧洞開鑿工程施工建設過程中施工器械所產生的用電消耗，總的用電負荷量是4 567 kW。

3 結 語

在對輸水隧洞的建設開鑿工程進行施工供電時，從成本和性能方面考慮，通過各種形式的電網供電是最佳選擇。

通過柴油機發電來進行施工供電會受到很多方面的限制和影響，不僅要考慮燃油的價格和運輸的成本，還要考慮到柴油機本身的質量性能和磨損折舊等方面，不僅如此，柴油機發電無法支撐起較大電量消耗的工程，只能作為輔助型和應急性的設備存在［9］。

在輸水隧洞較長數量很少的工程中，通過柴油機發電的方式來進行施工供電的局限性和缺點暴露無遺。

總而言之，無論是隧洞很長數量較少的輸水隧洞工程建設，還是在隧洞口徑較大的輸水隧洞工程建設中，施工供電的方式不應該一成不變，拘泥于傳統的觀念和方式，要根據實際的情況進行具體的分析，從投入成本和使用性能等多方面進行考慮，靈活多變的進行供電方案規劃，只有這樣才能花費最小的成本，發揮最大的價值［10］。

［1］蘇利君.深埋軟巖隧洞雙護盾TBM 施工圍巖穩定控制理論與技術［J］.武漢大學學報，2010(05):1.

［2］盧坤明.引漢濟渭輸水隧道(嶺北段)地下水環境影響研究［J］.長安大學學報，2012(05):30.

［3］劉會剛.引漢濟渭輸水隧洞鉆爆段獨頭施工通風技術研究［J］.西南交通大學學報，2013(05):1.

［4］楊曉萌.引漢濟渭工程秦嶺隧洞嶺北施工廢水水質預測與分析評價［J］.西安建筑科技大學學報，2013(05):10.

［5］張民仙.引紅濟石工程輸水隧洞施工方案研究［J］.陜西水利水電技術，2010(06):30.

［6］權乾隆.富水隧洞注漿堵水技術及合理注漿圈形式研究［J］.西南交通大學學報，2014(05):1.

［7］魏書齋.膠東地區引黃調水工程桂山隧洞施工工程方法研究［J］.山東大學學報，2013(05):27.

［8］胡連星.復雜長距離引水隧道群施工全過程仿真優化與進度控制關鍵技術研究［J］.天津大學學報，2012(05):10.

［9］劉彬，高正夏.惠州抽水蓄能電站輸水隧洞洞軸線走向優化研究［J］.勘察科學技術，2012(03):6－8，24.

［10］楊發杰，王玉海，王希友.高密度電法在大伙房輸水隧洞涌水勘察中的應用［J］.勘察科學技術，2006(06):62－64.