太古供暖隧道配套附屬設施設計方案

楊 濤

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

古交興能電廠采用純凝火力發電，發電的同時產生大量乏汽余熱，現將余熱利用可承擔太原市總采暖面積一半左右的供熱量，在不增加當地環境污染排放量的情況下，極大緩解太原市熱源不足的問題。

實現此方案需在古交電廠至太原市之間敷設4根DN1400供熱管道（兩供兩回），管道供水溫度為130℃，回水溫度為25℃，工作壓力2.5 MPa，采用聚氨酯保溫。古交電廠與太原市區之間橫亙西山山脈，管道通過需途經3座隧道，分別為供熱1號隧道（1 432 m）、供熱2號隧道（2 435 m）、供熱3號隧道（11 040 m）。

1 系統特點

一般熱力管道均為地下直埋或室內架空，散熱、維護、巡檢方式較為簡單。本項目熱力管道需在隧道內敷設，隧道環境的封閉性決定了其在余熱排除、人員安全、故障處置、日常維護方面有諸多特殊性，對隧道內配套附屬設施的配置方案提出了更加苛刻和獨特的要求。

目前，國際尚無供熱管道利用隧道遠距離穿越山脈的工程先例，也無配套規范可以參照。其項目特點與城市管廊、公路隧道既有相同點也有不同之處，因此隧道內配套附屬設施配置方案需采用專題研討、類比參考相關規范的辦法，完成開拓性設計。

為保障采暖季管道、管道自控設備的正常運轉，保護巡檢人員的人身安全，保證管網自控設備在火災或崩管等惡性事故下仍能有效動作，需在隧道內設置通風、監控、供配電、照明、消防、安全標識等配套附屬設施。

2 隧道通風設施

本項目隧道通風計算時需考慮正常散熱通風、入洞檢修換氣、崩管事故排熱和火災煙霧排出等幾種情況。

a）正常散熱通風。本項目熱力輸送采用大溫差技術，供水管水溫高達130℃，雖管道外包裹有聚氨酯保溫材料，但在正常運轉時仍會散失較多熱量。這些熱量在隧道內聚集，若不及時排除，會導致回水管溫度升高，降低換熱效率；同時，環境溫度的升高會極大地增加設備故障率，引起不良后果。因此需采用機械通風換氣的方式引進洞外冷風，將隧道內排風口環境溫度控制在35℃以下，保證所有機電設施安全穩定運轉。

b）入洞檢修換氣。為了保障檢修人員進入作業區時的生命安全，維持適宜的環境溫度和含氧量，該工況下換氣次數執行2次/h[1]。

c）崩管事故排熱。當發生供水管泄漏時，高溫高壓水瞬間外泄，產生大量熱蒸汽并使隧道內溫度急速升高。為減少熱環境對洞內機電設備的損壞，加快搶修進度，縮短供熱中斷時間，需考慮管道崩裂后的熱量排除，計算時需考慮如下幾個邊界條件：（a）各級水泵降頻停泵和事故點前后閥門關閉期間的噴水量；（b）按照1 km長的供熱管道內中存水流出計算涌水量；（c）泄水產生的熱量需在12 h內排除；（d）洞外環境溫度按照-10℃考慮。

d）火災煙霧排出。隧道內火災主要有電氣和巡檢車輛交通事故引起的火災，其火災特點類似于公路隧道。因此參照公路隧道規范，最大熱釋放率按照20 MW計算[2]。

本項目可利用的出風、進風口僅為隧道洞口和有限的通風斜井，通風方式和通風計算均類似于公路隧道。通過計算可知，供暖1號、2號隧道采用全射流縱向通風方式，供暖3號隧道需采用單斜井送排式通風方式。

3 隧道監控設施

根據項目特點并和相關規范，配置適合本工程需要的監控設施，主要包括[3]視頻監視設施、網絡廣播設施、環境信息檢測設施、隧道本地控制系統、無線通信設施、緊急電話設施、火災檢測設施、監控中心及配套管線等。

圖1 隧道內各類設施布置斷面圖

a）視頻監視設施 洞內管道上的自控設備為監控重點，在該處附近設置高清紅外快球攝像機，便于全方位監視，其余段落按間距100 m設置高清紅外固定槍式攝像機（配LED紅外補光燈）。在隧道外變電所、隧道內箱變洞室及斜井變電所設置高清紅外快球攝像機，最終實現對整個隧道內及配套房屋的無盲區監控。

b）網絡廣播設施 隧道內每隔50 m設一個20 W強指向揚聲器，用于日常工作調度和緊急情況下疏散逃生指揮。

c）環境信息檢測設施 由溫度檢測器、濕度檢測器、風速檢測器、氧含量檢測器、主洞光纖光柵檢測報警系統組成。各類檢測器用于實時掌握隧道內和變電所內當前的溫度、濕度、氧氣含量等指標，為通風系統的自動控制運行、人員能否進洞工作提供依據；光纖光柵檢測報警設施主要采集主洞沿線溫度變化，主洞內設置的溫度檢測器可作為備份校驗工具。

d）隧道本地控制系統 隧道內、外的變電所設置控制器，對區段內風機、照明回路進行控制，對斜井風機房的軸流風機和風閥進行控制，對沿線各類環境信息檢測設施的數據進行采集。各處PLC節點通過工業以太網交換機組建雙光纖環網，實現隧道內PLC與監控中心間的通信。

e）無線通信設施 隧道沿線鋪設漏泄電纜，各變電所設置數字中繼器和功率分配器，進入隧道的救援車輛和維護人員配備手持對講機和車載臺。通過無線通信系統與隧道監控中心實時對講通話，是工作調度、遠程維護技術支持、事故工況下人工報警的主要通信工具。

f）緊急電話系統 參照公路隧道設置緊急電話，當隧道內現場發生意外導致無線系統中斷或無法使用時，巡檢人員可以利用設置在隧道內的緊急電話進行呼救和報告事故情況。

g）火災檢測設施 隧道內火災檢測系統由沿線手動報警按鈕、聲光報警器、變電所煙感溫感探測器、光纖光柵檢測系統、感溫光纜檢測系統組成。用于檢測環境溫度、檢測火災發生、重要電纜過熱預警等。

4 隧道供配電設施

依據各隧道長度，綜合各類設施負荷大小、分級和位置情況，結合35 kV變電站位置，考慮10 kV供電距離等因素，最終采用供熱1號和2號隧道兩側設置洞外變電所，供熱3號隧道內沿線分布6座洞內箱式變電站和1座山頂斜井變電所的供電方案。各變電所采用單母線運行，兩臺10/0.4 kV變壓器一備一用，低壓進線側設雙電源自動轉換裝置。

由于3號隧道地下變電所中設置有大量機電設施，運轉時會產生大量熱量，若采用機械通風方式將變電所中熱量交換至隧道主洞，因隧道主洞溫度較高會導致變電所內環境溫度降低十分有限。因此在6處地下變電所中均設置工業級的高溫空調機組，用于日常變電所降溫除濕，實現隧道環境溫度升高時變電所內環境溫度仍能控制在25℃以下的目的。

在事故工況下，因隧道內大量高溫水涌出，使得隧道內溫度急劇升高，有可能導致地下變電所外環境溫度超過80℃，高溫空調無法正常工作，此時應在保證重要設施供電的基礎上，盡可能減少變電所工作負荷，其他非應急搶險用設施應斷電自保。當供熱管網自控設備完成事故風險應急處置后，若在后續的換氣降溫階段高溫空調仍無法正常工作，且此時變電所溫度超過45℃，應根據主洞內情況考慮停用超溫的地下變電所，待超溫變電所外環境溫度有所下降后再行嘗試恢復工作。

5 隧道照明設施

照明系統主要為人員進洞巡檢服務，其次為監控值班人員隨時遠程巡視洞內狀況使用。結合隧道主體結構及管道的布設位置，采用拱頂中央單排布燈方式，主洞照明采用60 W LED燈，布設間距6 m，照明亮度100 lx[4]；箱變洞室采用80 W LED燈，布設間距5 m，照明亮度200 lx。

各處照明均劃分為正常照明和應急照明，平時全部關閉，當需要人員進洞檢修時，遠程開啟全線應急照明，確認安全后人員進洞，當部分段落需要增加亮度時，再行開啟正常照明。當檢修完畢且人員撤離后，遠程關閉所有照明。

6 隧道消防原則

洞內可燃物質較少，主要火災隱患為電氣起火或進洞巡檢車輛起火，因此在洞內每隔50 m設置干粉滅火器組，在變電所設探火管感溫自啟動滅火裝置作為主要消防工具。同時，在各專業設計中需遵循如下幾個方面的防火原則。

a）封閉門采用防火門，橋架、管箱、管口需進行分段防火封堵[5]。

b）盡量選用耐高溫的電纜（NHYGF-型），并做好電纜防水處理，杜絕電纜在隧道內的中間接頭。

c）電纜的截面選擇時應重點按載流量指標校核，確保設備在高溫工作時電纜發生過熱狀態。

d）盡量選用工業級、耐高溫、阻燃、耐潮濕的機電設施，隧道主洞內沿線布置的各類前端監控設施、控制箱的防護等級均應達到IP65。

e）設計時盡量將機電設施集中設置在洞外變電所或洞內地下箱式變電站，利用高溫空調集中降溫處置。

f）供熱管道保溫層需進行防火密封處理，沿途設置阻火帶。

項目投入后需建立完善的進洞維護制度和應急處置預案，教育維修人員做好攜帶可燃物質的管控，所有進洞車輛需隨車攜帶足夠數量的滅火裝置。

7 隧道安全標示

隧道設置里程樁、反光標和車道邊緣線[6]。其中反光標安裝在隧道內兩側管道支架上，顏色為“左黃右白”，車輛通道邊緣線采用200 mm的白色熱熔標線。

8 結語

設置供暖隧道配套附屬設施的主要目的是維持隧道正常情況下的環境溫度，滿足遠程或人員進洞巡檢，對于管道泄露事故而言可采用的應對措施十分有限。因此隧道事故時機電設備應在滿足應急處置方案順利實施的基礎上，立足于自保和快速排風降溫，具體預警措施、快速反應機制、應急預案編制、人員逃生辦法應匯同管網工藝設計、管網自控設計、管網巡檢模式、管網事故處置預案等專業協同編制。