穿越長江，這個(gè)輸電工程不簡單

王麟

對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)而言，充足的電力供應(yīng)是關(guān)系國計(jì)民生的重要因素之一。我們很多人習(xí)慣了進(jìn)門開燈、出門關(guān)燈的日常，卻很少關(guān)心電力供應(yīng)背后的故事。生活在城市中的人們，須臾離不開電，一旦發(fā)生大面積的停電事故，會(huì)造成國民經(jīng)濟(jì)的慘重?fù)p失。

為了保證充足的電力供應(yīng)，減少故障損失，世界各國均在大力研發(fā)高壓、特高壓遠(yuǎn)程輸電技術(shù)。在我國的華東地區(qū)，目前正在構(gòu)建一條十分重重要的輸電線路，就是“淮南-南京-上海1000千伏特高壓交流輸變電工程”。而且，這個(gè)輸電工程的蘇州至南通段需要“走水路” ，即在蘇通大橋上游不遠(yuǎn)處穿越長江，隨著2018年8月21日這條電力綜合管廊隧道的成功貫通，這條關(guān)系著華東地區(qū)電力、通信等領(lǐng)域的重要工程引起了廣泛關(guān)注。

傳統(tǒng)的輸電鐵塔為何落伍了

在我們的固有印象中，高壓輸電工程需要架設(shè)鐵塔，鐵塔之間是高壓輸電線路，這種傳統(tǒng)的輸電方式存在很多缺點(diǎn)：一是容易受到風(fēng)、雪、雨、雷等環(huán)境因素的影響，比如在2008年，我國南方地區(qū)遭遇了一場(chǎng)雪災(zāi)，沉重的冰坨讓很多高壓輸電線遭到破壞，修復(fù)工程耗費(fèi)巨資;二是這種暴露在空氣中的電力線路，在長期運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生絕緣劣化或老化現(xiàn)象，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅;三是由于城市中存在各種電磁信號(hào)，會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的架空輸電線路造成嚴(yán)重的電磁干擾，影響設(shè)備的正常運(yùn)行：四是對(duì)于用電負(fù)荷較大的我國東部沿海地區(qū)，架空的輸電線路又面臨臺(tái)風(fēng)的威脅，可能造成的損失也不可估量。

可見，架空的高壓輸電線路需要更加先進(jìn)、環(huán)保、安全的輸電技術(shù)進(jìn)行替代。

認(rèn)識(shí)一下“氣體絕緣輸電技術(shù)”

為此，電力專家們研究了多種地下輸電工程模式，其中一種技術(shù)就是氣體絕緣輸電線路（簡稱GIL），已經(jīng)有50多年的發(fā)展歷史，首次應(yīng)用是在美國。1972年，美國公共服務(wù)企業(yè)集團(tuán)在新澤西州架設(shè)了世界上第一條GIL線路，開啟了探索應(yīng)用該技術(shù)的先河。隨后，GIL技術(shù)在1975年應(yīng)用在德國施盧赫湖的抽水蓄能電站上面，1979年又在日本推廣應(yīng)用。我國使用GIL技術(shù)已經(jīng)比美日德等國晚了20年，在1990年代初期，才鋪設(shè)了首條GIL線路，用在貴州南盤江天生橋水電站的500干伏高壓輸電線路上。

GIL技術(shù)的先進(jìn)之處在于，其通過導(dǎo)電桿供電，導(dǎo)電桿用金屬外殼封閉，外殼與導(dǎo)電桿同軸布置，利用六氟化硫氣體或者六氟化硫和二氧化氮等混合氣體作為絕緣介質(zhì)。與常規(guī)的電纜相比，GIL的特點(diǎn)是電容小于電纜，可以進(jìn)行長距離的電能輸送，不需要無功補(bǔ)償裝置;GIL設(shè)備不受鋪設(shè)落差和彎曲半徑的限制，可用于高落差、大跨度地區(qū)的輸電工程，具有傳輸容量大、單位損耗低、電磁場(chǎng)低、受環(huán)境影響小、運(yùn)行可靠性高、節(jié)省占地、設(shè)備無電熱老化等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)缺點(diǎn)也很明顯，就是前期投資造價(jià)較高，所以限制了其應(yīng)用范圍，大部分用在水電輸出和一些特歹朱地段，作為傳統(tǒng)輸電技術(shù)的補(bǔ)充。

與蘇通特高壓輸電工程“親密接觸”

GIL輸電技術(shù)雖然前期投資較大，但是綜合運(yùn)營成本相對(duì)經(jīng)濟(jì)，這也是該技術(shù)首次在“淮南-南京-上海1 000千伏特高壓交流輸變電工程”中大顯身手的原因。這不但在國內(nèi)是首次，在世界上也屬于首次大規(guī)模長距離的應(yīng)用GIL輸電技術(shù)，而應(yīng)用的地點(diǎn)，就是本文要介紹的“蘇通GIL綜合管廊工程”。

“蘇通GIL綜合管廓工程”起自長江南岸的蘇州接引站，止于長江北岸的南通接引站，通過地下隧道管廊方式下鉆長江，隧道全長約5 500米，隧道結(jié)構(gòu)底面標(biāo)高為-74.83米，水土壓力高達(dá)0.95兆帕，約等于9個(gè)大氣壓，相當(dāng)于一個(gè)手指甲蓋大小的面積承受近98N的壓力，這是國內(nèi)埋深最深、水壓最高的隧道。在隧道中鋪設(shè)了1 000干伏GIL管線，還預(yù)留了500干伏電纜以及通信、有線電視等市政通用管線，一次建設(shè)，多次受益。整個(gè)單體工程總投資47.63億人民幣，預(yù)計(jì)2019年建成供電。

下穿長江，面臨“三高”問題

“蘇通GIL綜合管廊工程”采用的輸電技術(shù)較先進(jìn)，但管廊下穿長江遇見的工程難度也是空前的。那么，輸電管廊隧道面臨著哪些技術(shù)困難呢？首先就是令人頭疼的地質(zhì)條件，這個(gè)“攔路虎”被地質(zhì)專家們形容為具有“三高”特性，即高透水性、高密實(shí)度和高石英含量。除此之外，隧道所處位置還富含甲烷等有害氣體，其中有1 800米長的地層不但有有害氣體聚集，而且壓力大，世界罕見，處理起來需要的技術(shù)手段非常復(fù)雜。

而隧道順利施工，前期勘察工作也功不可沒。由于隧道所在位置距離蘇通大橋僅僅700米，此處為主航道，通行船只多，協(xié)調(diào)難度大，即便如此，勘察單位還是完成了1.5萬米的鉆探工作，采集土樣近7 000份。為了弄清楚隧道范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件，專家團(tuán)隊(duì)通過大量調(diào)查研究和充分論證，確定此處采用淺地層剖面探測(cè)、旁側(cè)聲納探測(cè)等多種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行綜合勘探，為隧道的順利完工立下了汗馬功勞。

“私人訂制”盾構(gòu)機(jī)：“卓越號(hào)”

而隧道施工，離不開功能強(qiáng)大的盾構(gòu)機(jī)。 “蘇通GIL綜合管廊”隧道采用的盾構(gòu)機(jī)叫“卓越號(hào)”。為了滿足隧道施工高壓作業(yè)的特殊要求，“卓越號(hào)”盾構(gòu)機(jī)是動(dòng)用全球資源聯(lián)合制造完成的，盾構(gòu)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)和攪拌器的軸承密封，分別采用多道外密封、內(nèi)密封、唇形密封、自動(dòng)背壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)隧道的最大壓力，可實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)更換盾尾刷，人艙、物料艙最大工作壓力達(dá)到10個(gè)大氣壓，以確保進(jìn)艙作業(yè)和盾構(gòu)機(jī)的安全。

也許有人會(huì)問，為何不修建跨江架空電纜，而要挖隧道下穿長江呢？這是由長江的自然地理?xiàng)l件決定的。因?yàn)樘K通GIL綜合管廊跨越長江處的江面很寬，最窄之處也接近5 000米。如果采用傳統(tǒng)的上跨建塔的方案，需要在水中先建設(shè)雙塔，每個(gè)塔高設(shè)計(jì)450米，一座塔底的基坑相當(dāng)于27個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)大，需要鋼筋混凝土20多萬立方米，限制低空，影響航運(yùn)。另外，江中塔基長期受到江水沖刷被逐漸侵蝕，每年還要用石子填充塔基加固，對(duì)港口等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等都會(huì)產(chǎn)生較大影響。綜合技術(shù)比選之后，還是采用地下隧道方案最為合理。

2016年8月“蘇通GIL綜合管廊”隧道工程開工建設(shè)，經(jīng)過長達(dá)2年的奮戰(zhàn)，2018年，下穿長江的地下隧道全線貫通。再假以時(shí)日，當(dāng)蘇通GIL管廊工程竣工投入運(yùn)營之后，華東地區(qū)將新增受電能力3 500萬千瓦，每年可減少發(fā)電用煤2億噸，減排二氧化硫96萬噸、氮氧化物53萬噸、煙塵11萬噸。更重要的是，“淮南一南京一上海100O千伏特高壓交流輸變電工程”投運(yùn)之后，將和已經(jīng)投運(yùn)的“淮南一皖南一上海特高壓工程”一起，構(gòu)建貫穿皖、蘇、浙、滬“三省一市”的華東特高壓交流環(huán)網(wǎng)，此為世界首例，能夠大幅提高華東電網(wǎng)接納區(qū)外來電能力，提升電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，功莫大焉！