電伴熱融冰保溫技術在祁連山隧道中的應用

楊金鋒

摘要：蘭新客專祁連山隧道地處高原，高寒缺氧，山體含水量大，為解決冬季側溝結冰病害，在隧道兩側側溝內布置了電伴熱絲。電伴熱系統電源動力采用單獨箱變供應，部分電伴熱系統安裝為天窗點施工。祁連山隧道是全線第一個使用電伴熱系統隧，使用效果好，可為其他高寒隧道的施工提供借鑒。

關鍵詞：祁連山隧道 電伴熱 結冰 天窗點

Application of electric heating ice melting technology in the Qilian Mountain tunnel

Yang jinfeng

（No.6 engineering corporation limited of CR20G ，Xi，an Shanxi 710032， China）

Abstract： Qilian Mountain tunnel 0f Lanzhou一xininjiang High -peed Railway is located in the plateau， cold and hypoxia， mountain water content， iin order to solve the winter side ditch icing disease， in both sides of the tunnel side of the trench arranged electric heating wire. The power supply of the electric heating system is supplied by a separate box， and the part of the electric heating system is installed as a skylight point.Qilian Mountain tunnel is the first use of electric heating system tunnel， the use of good results for other alpine tunnels to provide reference for the construction.

Key words： Qilian Mountain tunnel；electric heating； freeze ；skylight

1.電伴熱融冰系統應用的提出

蘭新第二雙線祁連山隧道地處祁連山中高山區，位于青海省門源回族自治縣硫磺溝至甘肅省民樂縣小平羌溝間，平均海拔3500～4300m，最高海拔為4345m，為蘭新第二雙線穿越祁連山脈的主越嶺隧道。祁連山隧道施工區域年平均氣溫1.8℃，極端最低氣溫-31.5℃，土壤最大凍結深度2.3m，全年中10個月有降雨降雪記錄，祁連山隧道施工中最大涌水量達10.98萬m 3/d[1]。在冰凍期，隧道出口側2.5KM范圍內側溝內流水會結冰上涌，造成水泥蓋板和聚氨酯保溫塊連體凍結，積水上泛出蓋板面并涌向側壁及道床板與側溝間。此時側溝無法發揮排水功能，若不及時組織人工除冰，結冰會繼續發展，侵入限界影響行車。嚴重的話會造成接觸網連電，冰漫道床板及鋼軌，損壞鋼軌及行車設備，給行車安全帶來重大危害[1]。遵循溝內排水“引+排”的原則[2]，在隧道內加裝了電伴熱融冰系統，該系統徹底解決側溝大面積結冰的問題，保證了側溝排水的通暢。

2.電伴熱融冰系統在祁連山隧道的具體應用

2.1整體布置情況

隧道起訖里程為DK335+660～DK345+150，進口端高程3572.3m，出口端高程3382.3m，隧道出口方向側溝內流水順坡而下，因側溝流水量大，在側溝內每間隔200m設置了泄水眼，溝內流水引致泄水洞后流出洞外。根據現場結冰情況及既有電力配置，出口側沿洞口至洞內布置了2.5km長的伴熱融冰區，按要求在每側的側溝底部鋪設了2根電伴熱電纜，共計5000m。伴熱電纜采用美國濱特爾公司的raychem纜，型號為GM-2X（參數見表1）。該伴熱纜為非恒定功率發熱，可根據溝內溫度及冰水情況自動調整輸出負荷，極大的節約了電能。蘭新第二雙線于2014年12月24日正式開通運營，洞口DK344+155～DK345+155（1=1000m）區段內電伴熱融冰系統于聯調聯試期間布置完成，運營期間，根據現場監控及工務段聯合排查發現DK342+655～DK345+155（1=1500m）段側溝內有5-15cm厚結冰，局部區段結冰已涌出水泥蓋板，為徹底解決側溝病害，在該區段又增設了伴熱電纜。

2.2伴熱電纜的敷設

排水溝寬度為40cm，采用2根伴熱電纜，伴熱電纜間距為15cm。因側溝內常年有流水沖刷，為了保證伴熱電纜的穩固，電纜采用安裝卡來固定。電伴熱電纜敷設前分段對兩側水溝電纜槽底部鋪設了5-8cm厚M10防水砂漿，以達到封閉施工縫及底部找平的目的；待水溝清理及鋪底完畢后，人工展放發熱電纜。電纜展放完畢后，每1m安裝一個固定卡子將電纜順直固定，并用射釘槍將固定卡平整釘于溝槽底部。

2.3供電箱變的配置

考慮利用既有設備，前期DK344+155～DK345+155（1=1000m）范圍內的伴熱系統由供電單位施工的位于隧道出口側的2座160KVA箱式變電站供電，DK342+655～DK345+155（1=1500m）范圍內的的250KVA供電箱變為后期單獨施工，箱變位于DK343+628處平導恒通道內，由相鄰的小平羌隧道引出1路10KV電源后通電，配電線路為從250KVA箱式變電站饋出四回路220V低壓預分支電纜，向兩側隧道進出口方約1～2km兩側懸掛架設，下行線進出口方向預分支電纜為過軌后懸掛架設。

2.4低壓預分支電纜的敷設

配電選用WDZN—YJY23-0.6/1KV 4*95+1*50型電纜，隧道出口兩側1km范圍內預分支電纜分別從上下行側160KVA箱式變電站饋出，沿既有電力電纜槽敷設，出電纜溝槽時，需在溝槽上鑿口，電纜穿鋼管保護后過鑿口至配電箱，配電箱安裝于洞內綜合洞室。后1500m電伴熱低壓預分支電纜由平導內250KVA箱式變電站饋出四回路，沿隧道洞壁掛設至低壓配電箱，預分支電纜安裝高度在隧道照明電纜下方200mm。預分支電纜掛設每隔0.8m設置一套電纜掛架進行固定（電纜掛架采用Φ10的膨脹螺栓固定），低壓配電箱每120m設置一個。

2.5控制回路

伴熱電纜終端設置專用的電源電線盒，通過WDZN—YJY23-0.6/1KV 5*16型電纜與配電箱連接。洞口600m段采用自動控制（可實現自動手動切換），其余1900m采用人工控制。自動控制區段在配電箱內安裝溫控器，當溫度傳感器探測到溫度低于0℃并且濕度傳感器同時感應到溝內有水時，伴熱電纜才會通電，人工控制部分需在冬季冰凍期安排專人分段開啟。

3.效果及優勢

經現場觀察，隧道出口段1km內安裝電伴熱后溝槽內沒有出現結冰現象，水流通暢。而距洞口更遠一些的區段倒出現了結冰上涌現象，證明電伴熱效果良好，較大的保證了運營的安全性。對比傳統的人工除冰及溝槽安裝保溫塊保溫方式，電伴熱具有如下優勢：

（1）節省保溫材料，節省人力成本，利于環境保護。

（2）電伴熱裝置簡單、發熱均勻、控溫準確，能進行遠控，遙控，實現自動化管理。

（3）使用壽命長，使用過程中運營維修成本低，月耗電量計算如下：

W=K×P×T=0.4×（1000+1500）×2×2×33w/m×720h=95040Kw·h

其中W為總耗電量；K為電伴熱絲的使用系數，考慮到現場實際大多數區段為手動控制，分區開啟模式，加之當溝槽內溫度達到維持溫度上限時，電伴熱的發熱量將逐漸減少，輸出功率亦隨之下降，從而電伴熱電纜的耗電量一般達不到其額定功率，K取值為0.4；T為月用電時間。電價若按0.60元/Kw.h計算，電伴熱融冰系統正常開啟時間為5個月，則每年正常耗電費用為：285120元。

表二 電伴熱系統安裝主要材料清單

4.存在的問題

1.因前期設計時沒有考慮到電伴熱融冰系統，致使洞口箱變容量設計不足，進行了二次增容施工。2.洞內后增電伴熱是在蘭新客專開通運營后施工安裝，屬于營業線施工，須報鐵路運營監管單位審批配合，且必須采用天窗點施工，這樣就增加了施工成本和難度，同時施工過程中存在較大的安全隱患。3.電伴熱融冰系統初期投入成本高，且屬于一次性投入。主要材料附件價格高（見附表2）。

5.結語

隨著交通事業的快速發展，我國北方嚴寒地區出現了大量的交通隧道。調查資料顯示，目前己經開通運營的寒區交通隧道中，有80%以上都存在各種各樣的凍害現象。隧道內排水溝的凍害問題作為寒區隧道的病害之一，嚴重影響了隧道結構及行車安全。1989年建成的甘肅七道梁公路隧道，由于冬季氣候寒冷，排水溝凍結而使隧道排水不暢，造成襯砌背后產生凍脹象，誘發襯砌混凝土開裂、隧道滲漏、路面結冰，雖經多次整治，但無法根除凍害[3]。祁連山隧道電伴熱融冰系統的應用就證明在嚴寒地區隧道洞口排水溝內采取電伴熱是行之有效的，可在新隧道的建設期就納入設計，并值得在其他既有隧道的凍害整治中推廣應用。

參考文獻：

[1]王進華.蘭新鐵路第二雙線甘青段工程地質條件與評價日[J].鐵道勘察，2010（1） ： 72-75

[2]張旻.既有隧道滲漏水病害的治理[J].建筑與工程，2011 （7） ：223

[3]陳建勛.隧道凍害防治技術的研究[R].西安：長安大學，2004.