長大富水隧洞施工高壓進(jìn)洞技術(shù)的應(yīng)用

韓義浩

（中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司， 陜西 漢中 723000）

1 工程概況

陜西省引漢濟(jì)渭工程地跨黃河、長江兩大流域，穿越秦嶺屏障，經(jīng)過總長98.3km 的秦嶺隧洞送至關(guān)中，是解決關(guān)中、陜北缺水的戰(zhàn)略性水資源配置工程。秦嶺隧洞（越嶺段）0-1 號勘探試驗(yàn)洞工程位于佛坪縣陳家壩鎮(zhèn)小郭家壩蒲河右岸，采用全斷面鉆爆法施工，其中支洞為圓拱直墻型斷面，斜長1522.12m，綜合縱坡為10.44%，與主洞交匯里程為K13+950，成洞尺寸5.2m×6.0m（寬×高），正常涌水量為2922m3/d，可能出現(xiàn)最大涌水量5844m3/d；主洞為馬蹄形斷面，全長4034.226m，其中上游1050m，下游2984.226m，縱坡比為1/2527，成洞尺寸6.76×6.76m（寬×高），正常涌水量為26846m3/d，可能出現(xiàn)最大涌水量52880m3/d。

2 施工用電概況

2.1 現(xiàn)場施工用電概況

在支洞施工前期，在洞外安裝了1 臺800KVA35KV 直變0.4KV 的變壓器，洞內(nèi)低壓動力線采用3×185+95mm2鋁芯電纜。隨著支洞的不斷深入，洞內(nèi)涌水量不斷增大，為確保涌水及時得到抽排，先后在支洞內(nèi)設(shè)置了3 個泵房水倉，并配備了大型水泵。一旦進(jìn)入主洞后，洞內(nèi)空氣質(zhì)量必然下降，為改善通風(fēng)條件，于支洞與主洞交匯處在上、下游方向?qū)⒎謩e增加1 組壓入式通風(fēng)機(jī)。同時，為了縮短空壓機(jī)供風(fēng)距離，保證后期開挖、噴錨施工中高壓風(fēng)風(fēng)壓，空壓機(jī)將移至支洞斜14+85 處錯車道內(nèi)。見圖1。

圖1 隧洞用電設(shè)備布置圖

2.2 施工用電概況

該工程施工用電主要包括通風(fēng)機(jī)、電焊機(jī)、冷彎機(jī)、彎曲機(jī)、混凝土拌合機(jī)、水泵、空壓機(jī)等設(shè)備用電和營區(qū)生活用電。見表1。

表1 主要施工用電統(tǒng)計

10 空壓機(jī) 6 132 792 空壓機(jī)房 11 通風(fēng)機(jī) 2 55 110 主洞上游 12 通風(fēng)機(jī) 2 55 110 主洞下游 合 計 2477

3 高壓進(jìn)洞的必要性

該工程洞內(nèi)用電負(fù)荷相對分散，且抽排水、通風(fēng)、鉆爆等多工序需平行作業(yè)，供電可靠性要求極高，洞外變壓器所供電壓產(chǎn)生的壓降隨之增大，且供電線路鋪設(shè)太長，線路末端電壓已達(dá)不到用電設(shè)備額定電壓，從而導(dǎo)致用電設(shè)備無法正常工作。為解決施工用電問題，需要采用高壓進(jìn)洞技術(shù)，將高壓從洞外引入洞內(nèi)，在洞內(nèi)各個用電負(fù)荷相對集中的部位設(shè)置多個變壓器將高壓變?yōu)榈蛪海s短低壓供電距離，從而滿足洞內(nèi)施工用電需求。

4 高壓進(jìn)洞方案

4.1 洞內(nèi)變壓器選型

4.1.1 用電設(shè)備有功計算負(fù)荷 Pjs

由表1 中可以看出，按照主要用電設(shè)備分布、功率大小、設(shè)備實(shí)際使用時間，將該工程主要施工用電大致可以分為：洞外及1#水倉、2#水倉、3#水倉、空壓機(jī)房、主洞通風(fēng)等五個區(qū)域。設(shè)備使用率按0.7 進(jìn)行計算，則各個區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備有功計算負(fù)荷 Pjs見表2。表2 用電設(shè)備有功計算負(fù)荷 Pjs

用電區(qū)域 用電設(shè)備名稱 合計（KW） P js（KW） 洞外及1#水倉 生活用電、通風(fēng)機(jī)、電焊機(jī)、冷彎機(jī)、彎曲機(jī)、混凝土拌合機(jī)、水泵 825 577.5 2#水倉 水泵 320 224 3#水倉 水泵 320 224 空壓機(jī)房 空壓機(jī) 792 554.4 主洞通風(fēng) 通風(fēng)機(jī) 220 154

4.1.2 變壓器容量S

變壓器的容量為：

式中：

βb--變壓器的負(fù)荷率，取值0.75；

cosφ2--補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)，取值0.9。 經(jīng)計算，各用電區(qū)域變壓器容量見表3。

表3 各用電區(qū)域變壓器容量S

由表3 計算得知，原洞口800KVA35KV 直變0.4KV 的變壓器能夠滿足洞外及1#水倉供電需求。

4.2 變壓器洞室

變壓器洞室選擇在支洞左側(cè)，選擇圍巖情況較好的段落，原則上盡可能縮短與用電設(shè)備間的距離。開挖完成后，及時做好初期支護(hù)，如有滲漏水，則及時處理。變壓器洞室設(shè)置防護(hù)木門，并設(shè)安全警示標(biāo)志以加強(qiáng)其安全性。

4.3 洞外主變壓器選型

主變壓器容量S 應(yīng)滿足除洞外、1#水倉之外的全部用電設(shè)備總計算負(fù)荷S計的需要，即：

由此得知，選取2000KVA35KV 變10KV 作為主變壓器能夠滿足施工供電需求。

4.4 輸電線路

4.4.1 輸電線路選型

各用電區(qū)域設(shè)備正常運(yùn)行時的最大負(fù)荷電流為：

式中：

S --變壓器容量，見表3；

U --電壓，取值10KV。

經(jīng)計算，各用電區(qū)域最大負(fù)荷電流見表4。

表4 各用電區(qū)域最大負(fù)荷 電流I max

查交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電力電纜的載流量表得知，截面積為120mm2的三芯10KV電纜即可滿足要求。考慮到該工程洞內(nèi)局部圍巖存在滲漏水現(xiàn)象，從安全、經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，選擇電纜為鋁芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣細(xì)鋼絲鎧裝電力電纜，洞內(nèi)高壓電纜長度2#水倉900m,3#水倉1300m,空壓機(jī)房及主洞通風(fēng)1550m。

4.4.2 線路架設(shè)

由于該工程支洞斷面狹小，且右側(cè)分布有錯車道、空壓機(jī)房等附屬洞室，為確保用電及洞內(nèi)行車安全，動力線與照明線分列支洞左右兩側(cè)。高、低壓線路按照高壓在上、低壓在下；干線在上、支線在下的原則布設(shè)。見圖2。

電纜線敷設(shè)時，在電纜端部制作牽引端，采用卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩牽引和電纜線輸送機(jī)牽引相結(jié)合的辦法。將電纜盤和卷揚(yáng)機(jī)分別安裝在一端，并搭建適當(dāng)?shù)臐L輪支架，每隔2～3m 安放一只滾輪，以減少電纜牽引力和側(cè)壓力。

利用Φ22 鋼筋作為吊點(diǎn)，錨固于支洞左側(cè)起拱線位置，縱向間距3m，將電纜線自支洞口方向開始懸掛于錨筋上，依靠纜線自重適當(dāng)拉緊，將纜線固定。

高壓纜線端頭連接需要由地方電力部門或有相關(guān)資質(zhì)的單位嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作，制作應(yīng)連續(xù)操作直至完成，盡量縮短絕緣暴露時間。當(dāng)制作環(huán)境空氣相對濕度高于70%時，應(yīng)對電纜進(jìn)行加熱，同時制作接頭時應(yīng)防止塵埃、雜物及水落入絕緣內(nèi)。制作完成后將接頭加以固定，以減少纜線在懸掛過程中承受太大拉力而損壞。

4.5 接地系統(tǒng)

由于該工程絕大部分洞室均位于地下水位線以下，屬于富水隧洞，因此，接地電阻相對較弱。利用水鉆在接地巖石造孔，埋設(shè)接地模塊，用鍍鋅扁鐵與模塊連接，并將扁鐵做交叉焊接形成等電位，接地電阻不大于4Ω即為合格。

圖2 支洞管線布置圖

5 結(jié)束語

在長大富水隧道施工中，抽排水、掌子面施工均需要同時進(jìn)行。在洞口設(shè)置主變電站，將10KV 高壓送電至洞內(nèi)各個用電設(shè)備相對集中的部位，安設(shè)變壓器將高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪骸Ｎ恼陆Y(jié)合該單位負(fù)責(zé)施工的引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞（越嶺段）0-1號勘探試驗(yàn)洞工程，從變壓器、供電線路選型等方面介紹了高壓進(jìn)洞技術(shù)，與傳統(tǒng)低壓進(jìn)洞相比，既緩解了掌子面電壓降，能夠滿足現(xiàn)場各個部位用電需要，又保證了施工進(jìn)度。