長大隧道施工臨電設計與布置分析

羅晗

中鐵十二局集團第七工程有限公司 湖南 長沙 410000

前言

長大隧道施工機具設備多，電力負荷消耗大，需詳細計算電量，確保變壓器、電力線路等滿足施工用電需求，為隧道施工提供先決條件。同時因隧道施工距離長，電壓較大，因此應考慮“高壓進洞”，盡量減少線路電量損耗。本文詳細介紹了關虎沖隧道施工臨時用電變壓器的選擇、電力線路的布置等，對于相關長大隧道施工用電布置具有一定的指導意義。

1 工程概況

關虎沖隧道為雙向四車道分離式隧道，我公司施工關虎沖隧道溆浦端，其中左洞施工全長2538m，右洞施工全長2560m。隧道用電從辰溪縣火馬沖鎮的10KV電網線路進行“T接”架設10KV線路約9000m至臨時變電所，經變壓器變電后供各施工用電點。高壓架空線選用鋼芯鋁絞線，進洞高壓線采用高壓電纜。左右洞分別為兩個施工勞務隊伍，總共施工人數192人，各種用電機具設備共92臺套。現場施工用電電壓380V，照明用電電壓220V。

2 變壓器的計算選擇

變壓器的選擇需滿足現場施工最大用電負荷，根據計算現場施工用電負荷如下。

2.1 施工機具功率表

單個隧道施工作業面施工機具設備功率如表1所示：

表1 單個隧道工作面施工機具功率表

2.2 總功率計算

根據上表，按照電路最大負荷進行計算，投入的所有機械設備，按照下列公式計算功率：

ΣP：高峰時工程選用的機械設備情況用電量，平均功率因素cosφ取0.85，安全備用系數K取1.05；

ΣP1：電動機總容量，同步系數K1取0.6，

ΣP1=1165.5kW（根據上表的機械設備算得）；

ΣP2：電焊機總容量，同步系數K2取0.6，

ΣP2=14kW；

ΣP3：生活用電，同步系數K3取0.8，ΣP3=50kW；

ΣP4：洞內照明，同步系數K4取1.0，ΣP4=30kW；

表2 同步系數表

經計算得出高峰用電總功率ΣP=946.16KVA，因此單洞需在洞口設置1000KVA變壓器一臺。

3 高壓進洞

考慮施工用電線路長，功率損失大，因此考慮在洞內增設一臺變壓器，維持洞內施工設備功率需求；同時采用高壓進洞形式，減小長距離施工帶來的電壓降。

根據用電規范，動力電路及220V線路末端的電壓降不得超過5%。配電導線截面的電壓降可按下式計算：

ε－導線電壓降（%）

ΣP－洞內負荷計算功率（kW），根據機械設備功率表隧道洞內用電主要為4-8及10、11項，計算得出功率為189.5kW；

L－各段線路長度（m），即供電距離；

C－材料內部系數，取值46.3；

S－線路截面積，關虎沖隧道所用為185mm2鋁芯線。

計算得出L=2260m，按照此計算洞外變壓器能達到的最大施工長度為1130m。因此需在1130m以內增設一臺變壓器，以保證洞內設備的正常運行。關虎沖隧道洞外單洞采用1000KVA變壓器一臺，洞內在4#人行橫洞位置（距離洞外變壓器位置1000m左右）設置一臺800KVA變壓器，該臺變壓器為左右洞共用。該變壓器主要承擔臺車、輸送泵、混凝土噴射機、掌子面照明等掌子面施工機具需求，另外還需承擔巷道式通風30kW射流風機共4臺，經計算單洞功率309.5kW（洞內設備機具計算功率189.5kW，射流風機功率120kW），考慮線路損耗等，雙洞共用800KVA變壓器滿足施工要求。該變壓器直接從隧道外高壓端接高壓電纜進洞，高壓電纜鋪設于成型的電纜溝內，以保證用電安全。高壓電纜采用3*70帶鎧鋁芯線。具體線路布置見圖1所示：

圖1 高壓進洞線路布置圖

4 電力線路布置

電力線路總共分兩套線路進行布置，一套為隧道洞口變壓器自洞口接入至新增變壓器段，電力線路采用185mm2鋁芯線；一套為洞口高壓端接入至新增800KVA變壓器，再從新增變壓器接入至施工掌子面，洞口高壓端至新增變壓器段采用3*70帶凱鋁芯線，新增變壓器至施工掌子面采用185mm2鋁芯線。

5 備用電源

為保證施工連續性，當主用電力線路出現故障時，必須保證混凝土、供水、照明等重要工序的施工，因此必須考慮布置備用電源。備用電源采用發電機組，發電機組功率必須大于洞內施工連續必需的機具設備功率。因此據此計算，停電后必須使用的機具設備同時使用功率為：

ΣPs=混凝土輸送泵（75kW）+2臺水泵（1臺7.5kW潛水泵+1臺3kW水泵=10.5kW）+JS500攪拌機（50kW)+臺車(20kW)+1臺噴射機（5.5kW）+隧道照明（30kW)=191kW。

則計算功率ΣPjs=ΣPs/cosφ=224.7kW，因此選用一套300kW柴油發電機組可滿足停電后連續施工需求。

6 臨時用電設置標準

（1）洞內低壓端電力線路采用三相五線制，統一懸掛于洞壁一側離地面2.5m。（2）洞內照明采用節能燈，自低壓線路接入，每15m一個。（3）高壓進洞電纜必須敷設于成型電纜溝內，并進行覆蓋保護，防止破損傷人。

（4）洞內變壓器放置于人行橫洞內，人行橫洞兩端必須進行封閉處理，并放置警示牌，防止非電力施工人員誤入。

（5）配電箱、開關箱安裝要端正、牢固。配電箱裝設在堅固的支架上，固定式配電箱其下皮與地面垂直距離為1.4m，移動配電箱下皮距地面為1.2m。配電箱采用1.5mm鐵皮配電箱。配電箱、開關箱中導線的進線口各在箱體底面，進出線口加護套，要求各箱進出線排列整齊，電源線和引出線都注明每條線路的名稱和走向。

（6）開關箱由分配電箱配電，開關箱內一機一閘漏電，嚴禁一閘多用。

（7）每臺用電設備應有各自專用的開關箱，執行“一機一閘一漏一箱”制。照明和動力合用一配電箱，但照明和動力分路設置，每一個配電箱照明部位安裝一個二級漏電保護器和刀閘開關。

（8）配電箱和開關箱應統一編號上鎖，由專業電力人員負責維修。

7 結束語

本文通過關虎沖隧道施工臨電工程布置實例，詳細講述了長大隧道臨電工程的設計與布置方法。總的來說，隧道臨電工程設計的總體原則為滿足同時施工的機具設備最大功率要求，并盡量減小線路電力損耗和變壓器自身損耗，因此選擇合適的變壓器和高壓進洞非常必要。最后總結了臨電工程布置的相關標準要求，對以后的長大隧道臨電工程施工具有一定的指導作用。

[1] 黃成光主編.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001:72-73.

[2] JGJ46-2005.施工現場臨時用電安全技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[3] GB50054-95.低壓設計配電規范[S].北京:中國建筑工業出版社,1996.