齐岳山隧道应急配电设施的配置及特点

王福厚

(铁道部宜万铁路建设指挥部,湖北恩施 445000)

齐岳山隧道应急配电设施的配置及特点

王福厚

(铁道部宜万铁路建设指挥部,湖北恩施 445000)

对齐岳山高风险隧道的供电方式提出了具体作法,特别对应急措施的供电系统双回路和双电源设置自动切换,提出了改善措施,达到了隧道供电的安全效果,对长大风险隧道配电方案设计施工有一定的指导意义。

宜万铁路;风险隧道;供电防范

1 齐岳山隧道高风险的工程特点

齐岳山隧道位于湖北省利川市城外西偏北23km处,为宜万铁路8座Ⅰ级风险隧道之一,隧道东起野茶乡乐园沟,向北西垂直穿越齐岳山及荆竹园台地,在百丈沟下真咀出口。隧道进口里程DK361+255、出口进程DK371+783,全长10528m,最大埋深670m。隧道自进口至出口为单面下坡,坡度依次为-13‰(345 m)、-15.3‰(9300m)、-6‰(883m)。进口路肩高程1126.13m,出口路肩高程974.05m,进出口高程差152.08m。为保证隧道施工工期,在隧道左侧30m处设置贯通平行导坑,平行导坑全长10581m,采用与隧道一致的坡度。隧道穿越的地质构造为齐岳山背斜及箭竹溪向斜,地质条件异常复杂,主要不良地质有岩溶、岩溶水、断层破碎带、天然气、煤系瓦斯、高地应力和地温等,其中齐岳山背斜岩溶地层和得胜场槽谷区F11高压富水断层被称为该隧道施工的两大难题。发育有大、小鱼泉和得胜场3条暗河,其中进口端为反坡施工,且全部位于可溶岩地层中,隧道正常涌水量17.6×104m3/d,最大涌水量74.2×104m3/d。其中齐岳山背斜地段正常涌水量3.7×104m3/d,最大涌水量17.7×104m3/d。施工中主要面临的问题是岩溶探测、突水、突泥预防和反坡抽水。

由于齐岳山隧道高风险的工程特点,在设计和施工中都有为确保安全针对其高风险性进行特别措施设计和施工组织,以达到最大程度上规避,确保施工安全。

2 高风险隧道施工期间防范安全的应急措施

为确保施工人员、机具的安全,对高风险隧道在设计过程中必须考虑针对其风险特点进行施工期间的防灾报警逃生系统设计。其主要目的是在施工期可能发生的突水突泥、塌方等意外事故,通过该系统的实施,使施工人员获得更多的逃生或自救的时间,将人员伤亡和财产损失减少到最低程度。应急防范措施包括:声光报警、应急通信及电视监控、逃生通道及疏散标志、应急照明、逃生设备、应急排水等6个部分。在以上防范措施中,最基础的要素是电源、电路设施的合理有效配置。以齐岳山隧道进口施工过程中的各项配电措施为例,介绍高风险隧道照明配电设置的特点。

3 隧道配电设施的设置特点

(1)齐岳山隧道进口段全长3645m,根据工程地质特点及挖装运设备配置情况考虑足够的供电能力和为应对突发事情。洞内用电负荷较大,必须使10kV电源进洞,根据岩溶地质可能带来的涌水反坡抽排,以及长隧的有轨运输要求,并考虑装砟、通风、抽水、衬砌等设备用电,在齐岳山隧道洞口设置总容量为4100kVA变电站。由于隧道施工的特殊性,洞内变配电设施必须定期向掌子面前移,势必造成10kV电缆线路上有大量的中间接头,必将影响供电的可靠性,增大电缆事故发生率,电缆的接续工艺以及突然涌水等诸多方面都影响供电系统的安全运行。

(2)设备用电考虑重载上坡的运输要求。由于齐岳山隧道进口为15.3‰的反坡施工,出砟时运输设备进行重载上坡作业,为此更换牵引设备型号,采用XK14 -7/196电瓶车进行出砟运输牵引。而向洞内运输时考虑顺坡重载作业,采用XK8 -7/144电瓶车牵引。

(3)根据隧道长度做好分段动力供电设计方案。随着隧道掌子面不断延伸,为了满足前方掌子面的出砟设备用电需要,同时避免与正洞后续铺底、衬砌作业的干扰,在平导每隔500m设置临时变电站,满足各个掌子面用电设备需求。应急设备配电设置与应急设备的设置相匹配,并充分利用临时变电站相结合。

(4)电力设施容量应考虑足够的反坡抽水用电要求。根据设计资料提供的该隧道正常涌水量14.7万m3/d,最大为74.3万m3/d的水量,结合帷幕注浆效果、洞内净空断面以及涌水防灾等级,与排水系统的设置情况相匹配,对每个排水泵站设置专用的变电站,满足任何时候随时全额启动排水系统的用电要求。

4 应急措施的配电要求及特点

(1)在隧道正洞、辅助坑道、横通道等位置配置足够数量的应急照明装置,并确保在有灾害发生时能提供足够亮度的照明指示,以利洞内人员逃生。

(2)配电系统具有分段保护能力(中继和通道迂回连接),即当某单一点出现故障时不影响前方设备用电。应急措施的信号报警、照明设施由正洞及平导工区内设置的专业配电箱供电,在该配电箱外部电源失电后,其储蓄电量可供报警和照明设施持续供电时间为90min。

(3)应急措施的供电系统考虑双回路和双电源设置。在齐岳山隧道进口,为满足抽排水和应急报警、照明系统,洞内设置双高压线电力回路,将正常作业用电和应急措施用电分开,洞外网电和自备电站在总配电室进行切换,当网电停电后3～5min可启动备用电源。

(4)具有洞内外联动和对应急设置遥控的功能。由于岩溶隧道涌泥涌水等地质突发事件发生时往往与洞外降雨有关,即在施工安全管理中根据降雨量的观测情况进行分级安全管理,这需要将洞内外管理信息及时联动,达到快速应急的目的。为保证报警设施的快速和应急作业,在紧急状态时安全人员可以通过遥控启动报警设备。

(5)配电设施要储备可移动设备。当发生突发事件后,为最大程度地减少损失,在已安装设备部分损坏的情况,采用可移动设施进行应急抢救。

(6)根据《齐岳山隧道施工组织设计》,洞内主要用电设备如表1所示。

表1 齐岳山隧道洞内主要用电设备

5 隧道应急供电设施布置

(1)根据齐岳山隧道进口反坡施工,且涌水量大、突发性强的特点,结合隧道正洞、平导断面设计结构尺寸,综合考虑泄水洞的延长形式,为确保在特定(排水55000m3/d)条件下,能及时进行洞内排水,有效地做好隧道掘进与排水设施同步施工。齐岳山隧道洞内配电设施方案如图1所示。

图1 齐岳山隧道洞内配电设施示意(单位:m)

(2)隧道洞内用电进线35kV隔离开关的辅助开关和低压发电机出线柜进行电气互锁,保证电气运行的安全性及可靠性。

(3)高压配电系统采用全封闭式金属环网柜,并且选用六氟化硫开关为负荷开关,采用单进双出,并且中间联络保证互为备用,满足矿山设备的要求,并且相互之间互为联锁。

(4)低压(10kV)配电系统采用全自动化的粗同步合闸的方式,所有的主开关选用电动合闸,以满足自动全闸的要求。所有的电抗器、时间继电器、中间继电器、交流接触器等要求额定电流满足要求。

(5)发电机输出柜同时和市电其中1台低压进线柜进行电气联锁。大电与自发电的切换:将1500～2000kW自发电源,反接到2000kVA/35kV/0.4kV变压器,送到现有35kV的电网中,实现自发35kV电源。

(6)本方案中投入2000kVA/35kV/0.4kV变压器1台,10kV高压进线柜1台,10kVPT柜1台,出线柜1台,1200A并网柜1台,2500A并网柜1台及加装2处35kV高压开关(可选用隔离开关或高压箱式开关)。

(7)为防止一路高压电缆出故障导致洞内积水,布置两路高压电缆进洞,在进洞前及各泵站处预留电缆接口,并安装保险系统。排水泵站供电方案如图2所示。

图2 排水泵站供电方案

(8)洞外箱式变电站设于隧道及平导洞口处。

(9)经总配电室馈出10kV电缆沿隧道壁挂钩敷进洞,电缆引上引下、过水沟、过硬化路面穿管敷设。

(10)在泵站附近设置高压电缆分接箱、降压起动控制柜对泵站的供电进行控制,控制方式采用手动。每台泵的降压起动控制柜由高压电机运行柜和液体热变电阻柜组成,且之间相互独立。

(11)每个配电箱(柜)应设接地装置,接地电阻R≤10Ω。

6 保护接地及防雷

36V以上的和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、架构、电缆装皮,接地线等均须作防护接地。考虑到洞内做接地极困难很大,设计在洞外做集中接地极,洞内各接地点共用1条BXF-50mm2铜线引出,要求接地极接地电阻R≤10Ω,必要时使用降阻剂或其他措施。接地引出线与照明配线同端敷设,固定下侧。除洞外电缆引入杆上设FS4 -10阀型避雷器防雷以外,洞内各变电站均设有避雷器防雷。

7 总结及建议

齐岳山隧道作为宜万铁路的重难点和高风险隧道,在应对突发涌水突泥方面设施齐全,其配电系统作为基础要素合理的配置为隧道的正常施工和应急措施应用起到了巨大的作用。同时在实施过程中还应该注意以下几个方面,为高风险隧道的安全施工提高安全等级。

(1)35/10kV变电站在不影响施工作业的情况下,尽量靠近隧道(平导)口附近设置,并设置简易围墙。在电缆过沟、硬化路面、沿电杆及隧道壁引上引下等均应采用钢管保护。

(2)应急照明在隧道内(平导内)接引施工用380/220V电源,灯具按不同相序间隔均匀接引供电,保持三相平衡。

(3)应急照明设施应采用矿用防腐照明设施。普通宾馆用的应急照明灯具,在隧道潮湿环境下,仅能维持半个月左右,浪费极大。

(4)由于频繁的突水淹没隧道坑道,供电变电站多次淹没,在紧急抢救时不得不重新设置,能够利用防水变配电设施为抢救工作能够赢得更多的时间。

8 结语

齐岳山隧道通过合理的配电方案和完备的应急措施,为其高风险隧道的安全施工,可起到有力的保障作用。同时这些设备设施的专业化管理,使之随时处于良好状态,是应急管理的关键。齐岳山隧道的这种做法,值得同类风险隧道的配电方案设计和实施借鉴。

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[2] 翟世隆.供用电实用技术问题[M].北京:中国水利水电出版社,2009.

[3] 张民庆,彭 峰.地下工程注浆技术[M].北京:地质出版社,2008.

U453.7

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2010 -05 -10

王福厚(1953—),男,工程师,1980年毕业于西南交通大学。