長大富水隧洞施工高壓進洞技術的應用

韓義浩

（中鐵十七局集團第二工程有限公司， 陜西 漢中 723000）

1 工程概況

陜西省引漢濟渭工程地跨黃河、長江兩大流域，穿越秦嶺屏障，經過總長98.3km 的秦嶺隧洞送至關中，是解決關中、陜北缺水的戰略性水資源配置工程。秦嶺隧洞（越嶺段）0-1 號勘探試驗洞工程位于佛坪縣陳家壩鎮小郭家壩蒲河右岸，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，可能出現最大涌水量52880m3/d。

2 施工用電概況

2.1 現場施工用電概況

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，洞內涌水量不斷增大，為確保涌水及時得到抽排，先后在支洞內設置了3 個泵房水倉，并配備了大型水泵。一旦進入主洞后，洞內空氣質量必然下降，為改善通風條件，于支洞與主洞交匯處在上、下游方向將分別增加1 組壓入式通風機。同時，為了縮短空壓機供風距離，保證后期開挖、噴錨施工中高壓風風壓，空壓機將移至支洞斜14+85 處錯車道內。見圖1。

圖1 隧洞用電設備布置圖

2.2 施工用電概況

該工程施工用電主要包括通風機、電焊機、冷彎機、彎曲機、混凝土拌合機、水泵、空壓機等設備用電和營區生活用電。見表1。

表1 主要施工用電統計

10 空壓機 6 132 792 空壓機房 11 通風機 2 55 110 主洞上游 12 通風機 2 55 110 主洞下游 合 計 2477

3 高壓進洞的必要性

該工程洞內用電負荷相對分散，且抽排水、通風、鉆爆等多工序需平行作業，供電可靠性要求極高，洞外變壓器所供電壓產生的壓降隨之增大，且供電線路鋪設太長，線路末端電壓已達不到用電設備額定電壓，從而導致用電設備無法正常工作。為解決施工用電問題，需要采用高壓進洞技術，將高壓從洞外引入洞內，在洞內各個用電負荷相對集中的部位設置多個變壓器將高壓變為低壓，縮短低壓供電距離，從而滿足洞內施工用電需求。

4 高壓進洞方案

4.1 洞內變壓器選型

4.1.1 用電設備有功計算負荷 Pjs

由表1 中可以看出，按照主要用電設備分布、功率大小、設備實際使用時間，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、空壓機房、主洞通風等五個區域。設備使用率按0.7 進行計算，則各個區域內用電設備有功計算負荷 Pjs見表2。表2 用電設備有功計算負荷 Pjs

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

4.1.2 變壓器容量S

變壓器的容量為：

式中：

βb--變壓器的負荷率，取值0.75；

cosφ2--補償后的平均功率因數，取值0.9。 經計算，各用電區域變壓器容量見表3。

表3 各用電區域變壓器容量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，選擇圍巖情況較好的段落，原則上盡可能縮短與用電設備間的距離。開挖完成后，及時做好初期支護，如有滲漏水，則及時處理。變壓器洞室設置防護木門，并設安全警示標志以加強其安全性。

4.3 洞外主變壓器選型

主變壓器容量S 應滿足除洞外、1#水倉之外的全部用電設備總計算負荷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

各用電區域設備正常運行時的最大負荷電流為：

式中：

S --變壓器容量，見表3；

U --電壓，取值10KV。

經計算，各用電區域最大負荷電流見表4。

表4 各用電區域最大負荷 電流I max

查交聯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。考慮到該工程洞內局部圍巖存在滲漏水現象，從安全、經濟角度出發，選擇電纜為鋁芯交聯聚氯乙烯絕緣細鋼絲鎧裝電力電纜，洞內高壓電纜長度2#水倉900m,3#水倉1300m,空壓機房及主洞通風1550m。

4.4.2 線路架設

由于該工程支洞斷面狹小，且右側分布有錯車道、空壓機房等附屬洞室，為確保用電及洞內行車安全，動力線與照明線分列支洞左右兩側。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。見圖2。

電纜線敷設時，在電纜端部制作牽引端，采用卷揚機鋼絲繩牽引和電纜線輸送機牽引相結合的辦法。將電纜盤和卷揚機分別安裝在一端，并搭建適當的滾輪支架，每隔2～3m 安放一只滾輪，以減少電纜牽引力和側壓力。

利用Φ22 鋼筋作為吊點，錨固于支洞左側起拱線位置，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資質的單位嚴格按照工藝標準進行制作，制作應連續操作直至完成，盡量縮短絕緣暴露時間。當制作環境空氣相對濕度高于70%時，應對電纜進行加熱，同時制作接頭時應防止塵埃、雜物及水落入絕緣內。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

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行。在洞口設置主變電站，將10KV 高壓送電至洞內各個用電設備相對集中的部位，安設變壓器將高壓轉變為低壓。文章結合該單位負責施工的引漢濟渭秦嶺隧洞（越嶺段）0-1號勘探試驗洞工程，從變壓器、供電線路選型等方面介紹了高壓進洞技術，與傳統低壓進洞相比，既緩解了掌子面電壓降，能夠滿足現場各個部位用電需要，又保證了施工進度。