隧道突發大涌水下施工的電源保障方案

吳曉剛

（中鐵十二局集團有限公司勘測設計分公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

1.1 地理位置

康家樓隧道位于和榆高速公路（二期）LJ10合同段內（起訖樁號為K69+380-K76+523.556），為和榆高速公路控制性工程，地理位置位于和順縣松煙鎮康家樓村西1300m至松煙鎮大發溝村東1350m（省界）間，為雙線4車道高速公路，設計速度為80km/h。右線全長8495m，省內長度6768.556m(其中明洞10m)；左線全長8485m，省內長度6831.409m(其中明洞5m)。左、右線均為特長隧道，左右線間距35m，最大埋深511.4m，地形、地質條件復雜，洞門采用端墻式結構，隧道縱坡為-1.95%，為下坡施工。康家樓隧道設計有2座通風斜井，均在線路右側。康家樓隧道1#斜井長1337.384m,與主洞交叉樁號為K74+550，坡度為-12.70%，2#斜井長1002.265m,與主洞交叉樁號為ZK74+070，坡度為-15.75%。1、2#斜井施工過程中作為施工斜井，參與正洞施工，運營后作為永久性的通風斜井。

1.2 地下水設計情況

根據地質勘查資料，康家樓隧道整體地下水的富水性相對較弱，以弱富水洞身為主，部分屬于中等富水段，局部段落接近強富水洞體標準，在斷裂構造、巖溶通道附近，極有可能相互連通，施工中洞體極有可能涌水、突水，對工程影響嚴重。地下水經取樣分析，對混凝土無腐蝕，對鋼筋有弱腐蝕性。

通過涌水量分段預測（山西段）。右洞含水段長6764m，最大涌水量為5116.9m3/d，正常涌水量為1142.1m3/d；左洞含水段長6210m，最大涌水量為4633.1m3/d，正常涌水量為1119.7m3/d。1#斜井含水段長度為1152m，最大涌水量為910m3/d，正常涌水量為180m3/d；2#斜井含水段長度為847m，最大涌水量為621m3/d，正常涌水量為120m3/d。

1.3 實際地下涌水情況

截至2013年元月5日，唐家樓隧道主洞左右線完成掘進1940m，2#斜井已完成斜井段施工，進入主線右線大小里程完成施工570m，左線工作面完成施工90m，1#斜井完成掘進810m。從2012年5月以來，隧道主洞左右線、斜井段相繼出現大的涌水，經現場計量，主洞左線最大用水量達到17000m3/d,右線最大涌水量達到9000m3/d，1#斜井涌水量長期維持在11000m3/d，2#斜井進入主洞后大里程方向掌子面也出現股狀涌水，且斜井洞身涌水量長期維持在3400m3/d，施工現場的實際涌水量與原設計涌水量出現較大的偏差，施工要素如何配備、施工用電如何調整、排水系統如何優化，將對施工進度產生較大的影響。

2 調整供電系統設計

2.1 原設計方案

唐家樓隧道施工上場初期，為滿足施工現場需要，根據實施性施工組織設計,共向當地供電公司申請用電負荷6815kVA。其中，唐家樓隧道主洞入口裝設2臺1000kVA的變壓器和1臺315kVA的變壓器；1、2#斜井入口處，裝設4臺1000kVA的變壓器和1臺500kVA的變壓器（兩斜井施工共用電源），施工電源由松煙35kV變電站10kV許村線4#桿T接約18km至項目施工現場。1～4#為240mm2裸鋁導線，4#至項目終端桿全部為185mm2裸鋁導線。

2.2 現場供電質量

由于電力專線的供電線路較長，負荷集中，隨著隧道施工深入，用電負荷逐步增大，而且增大的負荷中，抽水負荷占到75%以上，洞內每級抽水泵站的日常負荷基本上都在350kW上下，基本上每個泵站附近各設1臺500kVA洞內專用變壓器。施工到2013年初，共安裝洞內移動（固定）式500kVA變壓器8臺，總計容量為4000kVA。從當地供電部門了解到的情況，高峰期，線路的最大負荷為4500kW。隨著施工的深入，還有進一步增大的可能性。1、2#斜井口的一臺1000kVA變壓器停用后，改為升壓變壓器配合2臺500kW發電機使用，以解決暫時停電后，斜井洞內的抽水負荷需求。從2012年11月開始，間斷性地出現高壓電壓偏低，到11月份底，有時高壓側電壓僅有9000V。現場的10kV變壓器全部調高電壓輸出，即使這樣，也經常出現低壓側電壓偏低的情況，甚至距離變壓器200m多以外就無法啟動設備，造成大量的水泵電機等燒毀。

表1

2.3 階段供電保障方案

經調研，提出如下的保障階段供電質量的方案。

（1）對松煙35kV變電站內10kV母線、上下引線以及開關連接母排進行改造（松煙35kV變電站內10kV母線為120mm2裸鋁導線，上下引線僅為70mm2裸鋁導線，開關連接母排也僅為30×4銅排）。

（2）檢查項目部12臺變壓器的無功補償情況，更換不合格及燒毀的電容器，同時適當增大補償容量。

（3）在隧道進口附近設置一座6300kVA調壓穩壓站，從根本上解決隧道施工電壓降過大的問題。

（4）其他方案，包括安裝串聯電容補償、安裝洞內高頻增壓專用設備等。

經過對松煙變電站的技術改造、對主變輸出電壓進行調整，更換現場不合格并聯電容及適當加大并聯補償容量，現場電壓基本恢復穩定，所以，暫時不考慮在10kV線路末端新建10kV自耦調壓穩壓站及其他調壓穩壓措施。

3 備用電源的配置方案

為解決地方電網臨時停電導致洞內無法排水，而引起涌水淹沒掌子面，甚至淹沒部分設備的狀況，在1、2#斜井入口處，設2臺500kW的發電機，并聯后經由1000kVA升壓變壓器升壓后送至洞內，通過洞內的降壓變壓器降壓后使用，主洞進口暫未設固定發電站，停電時，只能靠租用地方的500kW移動變電站來解決洞內的抽水問題，在系統停電和當時大量涌水的情況下，根本無法保證洞內抽水的負荷需要。高峰時用于洞內抽水的負荷情況見表1。

由于主洞及1、2#斜井均為反坡排水，洞內所有涌水都需要2級甚至3級以上泵站才能抽排至洞外，洞內抽水負荷正在逐步增大。根據使用設備統計，主洞洞內的抽水負荷為1375kW，2#斜井的洞內抽水負荷793kW，1#斜井的洞內抽水負荷為933kW。項目所在地距離和順縣城40余km，距離松煙變電站也超過18km，供電可靠性差，經常出現突發性停電，而且，隨著掘進的深入，負荷還會進一步增大。當時，隧道主洞還有約4200m的施工任務，1#斜井還有500多m的掘進任務，項目工期截止到2013年底，施工任務十分艱巨。

為此，考慮在1、2#斜井口新增2臺500kW發電機，與既有的2臺500kW發電機并聯使用，通過現場既有的2臺同型號的1000kVA升壓變升壓后送至洞內；主洞進口段設4臺500kW發電機，通過現場既有的兩臺同型號的1000kVA升壓變壓器升壓后送至洞內，以滿足地方電網停電時，洞內負荷特別是抽水負荷的要求。

[1]辛國平,李集光,劉漢紅.富水大斷面陡坡曲線斜井施工技術[J].公路隧道. 2009(03).

[2]曹學強. 康家樓隧道斜井涌水處治技術研究[J]. 公路,2014(5):127-130.