長大隧道施工高壓進洞供電技術研究

郭慶靜+許先亮

摘要：由于長大隧道施工通常在偏遠地區，原低壓進洞供電方式不能滿足施工用電要求，結合關角隧道施工供電，通過對比分析，研究高壓進洞技術，確定變壓器容量和導線規格，并對線路建設進行了詳細論述。結果證明：采取高壓進洞的方式使施工用電達到預期效果，保證了施工進度，對類似長大隧道施工供電有借鑒意義。

關鍵詞：長大隧道；施工供電；高壓進洞；電壓降

中圖分類號：U416.0文獻標志碼：B

Abstract： Given that long tunnels normally locate in remote area and the original low voltage power supply couldn't meet the construction requirements， high voltage power supply at the entrance was proposed after the comparison and analysis of power supply of Guanjiao tunnel. The transformer capacity and wire specifications were determined， and the circuit construction was discussed. The result shows that with high voltage power supply， the construction progress is guaranteed as expected.

Key words： long tunnel； power supply for construction； high voltage power supply at entrance； voltage drop

0引言

施工用電為臨時用電，周期短，負荷大，對供電安全性要求高。而隧洞施工地點多位于偏僻的山區，需要建設臨時變電所為工程提供施工電源，工程結束后，為施工需要建設的輸供電線路及供電設施都要拆除，并恢復原有土地使用功能。中國在隧道施工中已做了很多實用性研究。王磊等介紹了區域性66 kV供電所設備選型和施工技術[1]；李奎濤介紹了車載移動式變電站在長大隧洞施工供電中的應用[2]；李永以拉脊山特長公路隧道為例，分析了高原長大隧道的施工資源優化配置[3]。

王華結合精伊霍鐵路科克喬克三號隧道，探討了隧道內施工機具的功率及電壓降的計算，同時介紹了隧道的高壓進洞技術和線路設計與施工[4]。

在隧道施工中，大功率的用電設備（如空壓機、臺車、風機、輸送泵、水泵、混凝土噴射機、電焊機等）都會用到電。但隨著隧道開挖進尺增加，供電線路加長，電壓降低，洞內掌子面出現供電不足現象[5]，供電線路越長，供電不足現象越嚴重，從而影響工程施工的正常進行。

長大隧道施工過程中，制定先進、合理、經濟的洞內供電方案，配置相應的供電設備，克服隧道長距離施工供電難題，是實現隧道快速施工的重要保障。

1工程概況

青藏鐵路西格二線關角隧道位于既有青藏鐵路西格段天棚車站與察汗諾車站之間，青海省海西州天峻縣境內。隧道為2座平行的單線隧道，隧道起止里程為DK280+550～DK313+195，全長32645 km，為I級鐵路雙線隧道。隧道從青海南山高山區的關角日吉山下面穿過，進口段位于布哈河沖積平原，隧道進口以北為寬闊、平坦的布哈河沖積平原，地形開闊。隧道進口高程為3 37872 m，出口高程為3 32410 m，新建隧道位于直線段上，隧道進口段為8‰的上坡，在嶺脊設坡度代數差后，以95‰的坡度連續下坡。關角隧道正洞及斜井位置平面布置見圖1。

2高壓進洞的必要性

關角隧道為高海拔特長隧道，隧洞內為多工序平行作業，負荷比較集中，供電可靠性要求高，施工用電設備耗電量大，從而造成掌子面電壓降較大，不能滿足現場設備施工需要[6]。針對這種情況，通常采用高壓進洞技術，將高壓從洞外引入洞內，在洞內將高壓變為低壓，從而滿足洞內施工用電需求。輸電線路中電壓降的計算為

式中：P為有效功率；I為電流；R為電阻；X為電抗；r0為單位長度電阻；x0為單位長度電抗；Ue為額定電壓；KV為電損常數；L為線長；cos φ為功率因數。

由上式可以看出，電壓降ΔU與電損常數KV、有效功率P以及線長L成比，因此電壓降僅可通過改變電損常數降低。對于確定的線路及導線，隨著隧道的掘進電壓降不斷加大，當達到一定深度時，部分設備因電壓不足而無法正常工作，影響施工進度，因而采用高壓進洞技術改變施工電壓不足的狀況。

3線路設計

3.1用電量估算

隧道用電包括洞口用電、洞內用電、泄水洞用電、碎石場用電、備用電源。隧道施工工作面用電按下式計算

式中：P為施工高峰負荷的有效功率（kVA）；K1為余度系數，常取1.1；K2為用電同時系數，常取0.7；K3為損耗補償系數，常取1.06；Kc為需要系數，常取0.3～1.0；Pd為額定容量（kW）；Pn為室外照明負荷（kW）；Pm為室內照明負荷（kW）。

關角隧道正洞及斜井總用電量具體計算結果見表1。

3.2變壓器容量確定

由關角隧道正洞及斜井位置與斜井參數（表2）可以看出，關角隧道進口和斜井掘進長度加上承擔正洞任務量獨頭掘進都大于2 000 m，最長的6#斜井為2 824 m，加上正洞施工任務達到4 800 m。故選取6#斜井高壓進洞線路進行研究。根據6#斜井估算的施工總用電量來選擇變壓器，其容量應等于或略大于施工總用電量，且在使用過程中應使變壓器承受的用電負荷達到額定容量的60%左右。則變壓器的容量PB=105P/cos φ=14P，計算出6#斜井變壓器容量為3 8206 kVA。故關角隧道6#斜井至正洞施工應選取3臺1 000 kVA變壓器和1臺1 000 kVA洞內移動變壓器。

3.3線路建設

場內施工用電由架設的電力干線接入后，正洞、斜井按用電量分設變壓器和配電盤，再用電纜通向拌和場、空壓機站、抽排水機站等為用電設備供電。

3.3.1導線選擇

導線通常按經濟電流密度法選擇，根據線路所帶的最大負荷利用時間以及芯線材質，按現行電能單價和材料價格分析得出經濟電流密度J，最后計算得出正常運行時的最大負荷電流Imax，經濟電流密度J見表3。

關角隧道導線采用塑料絕緣鋁絞線或橡皮絕緣鋁芯絞線，開挖但未襯砌地段以及移動式手提燈使用銅芯橡皮絕緣裸鋁包電力導線，導線經濟合理截面選擇見表4。

3.3.2線路架設

《鐵路電力施工規范》（TB 10207—1999）[7]規定輸電干線或動力、照明線路安裝在同一側時，必須分層架設。架設原則為：高壓在上，低壓在下；干線在上，支線在下；動力線在上，照明線在下。洞內電線路與風水管路不宜架設在同一側。電線距人行地面高度根據電壓大小有不同要求：400 V以下大于2 m；10 kV大于3.5 m。洞內動力線沿隧道邊墻起拱線處明敷，采用120 mm2線路，照明線采用16 mm2線路，間隔20 m設一處100 W高效節能燈泡。掌子面及各個地下工作面均采用36 V低壓照明。

隧道電線路架設分兩次進行。進洞初期先架設臨時電路，隨著工作面的推進，在成洞地段架設固定線路，換下的電纜供繼續前進工作面使用。10 kV電纜線路的終端應裝有密閉和絕緣性能良好的接線盒。電纜兩端垂直高差大于15 m時，應采用不滴流電力電纜。成洞地段用10 kV高壓電纜送電或洞內設置10 kV變電站時，除應符合鐵道部現行

《鐵路電力施工規范》（TB 10207—1999）的有關規定外，還應有保證安全的措施。開挖但未襯砌地段應按移動式線路布置。不允許將通電的多余電纜盤繞堆放，以免增加線路電壓降和引起電纜過熱發生燃燒。關角隧道正洞與斜井的管線布置分別見圖2、3。

4結語

對于高海拔長大隧道，其洞內為多工序平行作業，負荷比較集中，供電可靠性要求高，施工用電量大，從而造成掌子面電壓降較大，不能滿足現場設備施工需要。因此隧道施工正常進行的關鍵是高壓進洞，而確定合理的變壓器容量和導線規格是隧道高壓進洞技術的關鍵。隧道高壓進洞導線通常采用經濟電流密度法與允許電流條件法確定。在關角隧道中應用高壓進洞技術，不僅使施工用電達到預期效果，也保證了施工進度。

參考文獻：

[1]王磊，陳燕.66 kV變電所供電設計[J].通信電源技術，2011，28（6）：5254，60.

[2]李奎濤.車載移動式變電站在長大隧洞施工供電中的應用[J].河南水利與南水北調，2015（6）：56.

[3]李永.高原特長隧道機電設備選型及配置[J].建筑機械，2014（9）：4245.

[4]王華.科克喬克三號隧道高壓進洞技術[J].山西建筑，2008，34（12）：318319.

[5]姜保明.特長隧道洞內供電施工技術[J].鐵道建筑技術，2013（8）：106108.

[6]王得林，嚴少發.隧道高壓進洞的關鍵技術[J].鐵道建筑，2009（12）：5355.

[7]TB 10207—1999，鐵路電力施工規范[S].

[責任編輯：王玉玲]