電伴熱融冰保溫技術(shù)在祁連山隧道中的應(yīng)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(cè)溝結(jié)冰病害，在隧道兩側(cè)側(cè)溝內(nèi)布置了電伴熱絲。電伴熱系統(tǒng)電源動(dòng)力采用單獨(dú)箱變供應(yīng)，部分電伴熱系統(tǒng)安裝為天窗點(diǎn)施工。祁連山隧道是全線第一個(gè)使用電伴熱系統(tǒng)隧，使用效果好，可為其他高寒隧道的施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：祁連山隧道 電伴熱 結(jié)冰 天窗點(diǎn)

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(tǒng)應(yīng)用的提出

蘭新第二雙線祁連山隧道地處祁連山中高山區(qū)，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(qū)域年平均氣溫1.8℃，極端最低氣溫-31.5℃，土壤最大凍結(jié)深度2.3m，全年中10個(gè)月有降雨降雪記錄，祁連山隧道施工中最大涌水量達(dá)10.98萬(wàn)m 3/d[1]。在冰凍期，隧道出口側(cè)2.5KM范圍內(nèi)側(cè)溝內(nèi)流水會(huì)結(jié)冰上涌，造成水泥蓋板和聚氨酯保溫塊連體凍結(jié)，積水上泛出蓋板面并涌向側(cè)壁及道床板與側(cè)溝間。此時(shí)側(cè)溝無(wú)法發(fā)揮排水功能，若不及時(shí)組織人工除冰，結(jié)冰會(huì)繼續(xù)發(fā)展，侵入限界影響行車。嚴(yán)重的話會(huì)造成接觸網(wǎng)連電，冰漫道床板及鋼軌，損壞鋼軌及行車設(shè)備，給行車安全帶來重大危害[1]。遵循溝內(nèi)排水“引+排”的原則[2]，在隧道內(nèi)加裝了電伴熱融冰系統(tǒng)，該系統(tǒng)徹底解決側(cè)溝大面積結(jié)冰的問題，保證了側(cè)溝排水的通暢。

2.電伴熱融冰系統(tǒng)在祁連山隧道的具體應(yīng)用

2.1整體布置情況

隧道起訖里程為DK335+660～DK345+150，進(jìn)口端高程3572.3m，出口端高程3382.3m，隧道出口方向側(cè)溝內(nèi)流水順坡而下，因側(cè)溝流水量大，在側(cè)溝內(nèi)每間隔200m設(shè)置了泄水眼，溝內(nèi)流水引致泄水洞后流出洞外。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)冰情況及既有電力配置，出口側(cè)沿洞口至洞內(nèi)布置了2.5km長(zhǎng)的伴熱融冰區(qū)，按要求在每側(cè)的側(cè)溝底部鋪設(shè)了2根電伴熱電纜，共計(jì)5000m。伴熱電纜采用美國(guó)濱特爾公司的raychem纜，型號(hào)為GM-2X（參數(shù)見表1）。該伴熱纜為非恒定功率發(fā)熱，可根據(jù)溝內(nèi)溫度及冰水情況自動(dòng)調(diào)整輸出負(fù)荷，極大的節(jié)約了電能。蘭新第二雙線于2014年12月24日正式開通運(yùn)營(yíng)，洞口DK344+155～DK345+155（1=1000m）區(qū)段內(nèi)電伴熱融冰系統(tǒng)于聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間布置完成，運(yùn)營(yíng)期間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及工務(wù)段聯(lián)合排查發(fā)現(xiàn)DK342+655～DK345+155（1=1500m）段側(cè)溝內(nèi)有5-15cm厚結(jié)冰，局部區(qū)段結(jié)冰已涌出水泥蓋板，為徹底解決側(cè)溝病害，在該區(qū)段又增設(shè)了伴熱電纜。

2.2伴熱電纜的敷設(shè)

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(cè)溝內(nèi)常年有流水沖刷，為了保證伴熱電纜的穩(wěn)固，電纜采用安裝卡來固定。電伴熱電纜敷設(shè)前分段對(duì)兩側(cè)水溝電纜槽底部鋪設(shè)了5-8cm厚M10防水砂漿，以達(dá)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(fā)熱電纜。電纜展放完畢后，每1m安裝一個(gè)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(shè)備，前期DK344+155～DK345+155（1=1000m）范圍內(nèi)的伴熱系統(tǒng)由供電單位施工的位于隧道出口側(cè)的2座160KVA箱式變電站供電，DK342+655～DK345+155（1=1500m）范圍內(nèi)的的250KVA供電箱變?yōu)楹笃趩为?dú)施工，箱變位于DK343+628處平導(dǎo)恒通道內(nèi)，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(yù)分支電纜，向兩側(cè)隧道進(jìn)出口方約1～2km兩側(cè)懸掛架設(shè)，下行線進(jìn)出口方向預(yù)分支電纜為過軌后懸掛架設(shè)。

2.4低壓預(yù)分支電纜的敷設(shè)

配電選用WDZN—YJY23-0.6/1KV 4*95+1*50型電纜，隧道出口兩側(cè)1km范圍內(nèi)預(yù)分支電纜分別從上下行側(cè)160KVA箱式變電站饋出，沿既有電力電纜槽敷設(shè)，出電纜溝槽時(shí)，需在溝槽上鑿口，電纜穿鋼管保護(hù)后過鑿口至配電箱，配電箱安裝于洞內(nèi)綜合洞室。后1500m電伴熱低壓預(yù)分支電纜由平導(dǎo)內(nèi)250KVA箱式變電站饋出四回路，沿隧道洞壁掛設(shè)至低壓配電箱，預(yù)分支電纜安裝高度在隧道照明電纜下方200mm。預(yù)分支電纜掛設(shè)每隔0.8m設(shè)置一套電纜掛架進(jìn)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(shè)置一個(gè)。

2.5控制回路

伴熱電纜終端設(shè)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(dòng)控制（可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)手動(dòng)切換），其余1900m采用人工控制。自動(dòng)控制區(qū)段在配電箱內(nèi)安裝溫控器，當(dāng)溫度傳感器探測(cè)到溫度低于0℃并且濕度傳感器同時(shí)感應(yīng)到溝內(nèi)有水時(shí)，伴熱電纜才會(huì)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(yōu)勢(shì)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，隧道出口段1km內(nèi)安裝電伴熱后溝槽內(nèi)沒有出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，水流通暢。而距洞口更遠(yuǎn)一些的區(qū)段倒出現(xiàn)了結(jié)冰上涌現(xiàn)象，證明電伴熱效果良好，較大的保證了運(yùn)營(yíng)的安全性。對(duì)比傳統(tǒng)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(yōu)勢(shì)：

（1）節(jié)省保溫材料，節(jié)省人力成本，利于環(huán)境保護(hù)。

（2）電伴熱裝置簡(jiǎn)單、發(fā)熱均勻、控溫準(zhǔn)確，能進(jìn)行遠(yuǎn)控，遙控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。

（3）使用壽命長(zhǎng)，使用過程中運(yùn)營(yíng)維修成本低，月耗電量計(jì)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(shù)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際大多數(shù)區(qū)段為手動(dòng)控制，分區(qū)開啟模式，加之當(dāng)溝槽內(nèi)溫度達(dá)到維持溫度上限時(shí)，電伴熱的發(fā)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(dá)不到其額定功率，K取值為0.4；T為月用電時(shí)間。電價(jià)若按0.60元/Kw.h計(jì)算，電伴熱融冰系統(tǒng)正常開啟時(shí)間為5個(gè)月，則每年正常耗電費(fèi)用為：285120元。

表二 電伴熱系統(tǒng)安裝主要材料清單

4.存在的問題

1.因前期設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到電伴熱融冰系統(tǒng)，致使洞口箱變?nèi)萘吭O(shè)計(jì)不足，進(jìn)行了二次增容施工。2.洞內(nèi)后增電伴熱是在蘭新客專開通運(yùn)營(yíng)后施工安裝，屬于營(yíng)業(yè)線施工，須報(bào)鐵路運(yùn)營(yíng)監(jiān)管單位審批配合，且必須采用天窗點(diǎn)施工，這樣就增加了施工成本和難度，同時(shí)施工過程中存在較大的安全隱患。3.電伴熱融冰系統(tǒng)初期投入成本高，且屬于一次性投入。主要材料附件價(jià)格高（見附表2）。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)北方嚴(yán)寒地區(qū)出現(xiàn)了大量的交通隧道。調(diào)查資料顯示，目前己經(jīng)開通運(yùn)營(yíng)的寒區(qū)交通隧道中，有80%以上都存在各種各樣的凍害現(xiàn)象。隧道內(nèi)排水溝的凍害問題作為寒區(qū)隧道的病害之一，嚴(yán)重影響了隧道結(jié)構(gòu)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(jié)而使隧道排水不暢，造成襯砌背后產(chǎn)生凍脹象，誘發(fā)襯砌混凝土開裂、隧道滲漏、路面結(jié)冰，雖經(jīng)多次整治，但無(wú)法根除凍害[3]。祁連山隧道電伴熱融冰系統(tǒng)的應(yīng)用就證明在嚴(yán)寒地區(qū)隧道洞口排水溝內(nèi)采取電伴熱是行之有效的，可在新隧道的建設(shè)期就納入設(shè)計(jì)，并值得在其他既有隧道的凍害整治中推廣應(yīng)用。

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