长大隧道施工高压进洞供电技术研究

郭庆静+许先亮

摘要：由于长大隧道施工通常在偏远地区，原低压进洞供电方式不能满足施工用电要求，结合关角隧道施工供电，通过对比分析，研究高压进洞技术，确定变压器容量和导线规格，并对线路建设进行了详细论述。结果证明：采取高压进洞的方式使施工用电达到预期效果，保证了施工进度，对类似长大隧道施工供电有借鉴意义。

关键词：长大隧道；施工供电；高压进洞；电压降

中图分类号：U416.0文献标志码：B

Abstract： Given that long tunnels normally locate in remote area and the original low voltage power supply couldn't meet the construction requirements， high voltage power supply at the entrance was proposed after the comparison and analysis of power supply of Guanjiao tunnel. The transformer capacity and wire specifications were determined， and the circuit construction was discussed. The result shows that with high voltage power supply， the construction progress is guaranteed as expected.

Key words： long tunnel； power supply for construction； high voltage power supply at entrance； voltage drop

0引言

施工用电为临时用电，周期短，负荷大，对供电安全性要求高。而隧洞施工地点多位于偏僻的山区，需要建设临时变电所为工程提供施工电源，工程结束后，为施工需要建设的输供电线路及供电设施都要拆除，并恢复原有土地使用功能。中国在隧道施工中已做了很多实用性研究。王磊等介绍了区域性66 kV供电所设备选型和施工技术[1]；李奎涛介绍了车载移动式变电站在长大隧洞施工供电中的应用[2]；李永以拉脊山特长公路隧道为例，分析了高原长大隧道的施工资源优化配置[3]。

王华结合精伊霍铁路科克乔克三号隧道，探讨了隧道内施工机具的功率及电压降的计算，同时介绍了隧道的高压进洞技术和线路设计与施工[4]。

在隧道施工中，大功率的用电设备（如空压机、台车、风机、输送泵、水泵、混凝土喷射机、电焊机等）都会用到电。但随着隧道开挖进尺增加，供电线路加长，电压降低，洞内掌子面出现供电不足现象[5]，供电线路越长，供电不足现象越严重，从而影响工程施工的正常进行。

长大隧道施工过程中，制定先进、合理、经济的洞内供电方案，配置相应的供电设备，克服隧道长距离施工供电难题，是实现隧道快速施工的重要保障。

1工程概况

青藏铁路西格二线关角隧道位于既有青藏铁路西格段天棚车站与察汗诺车站之间，青海省海西州天峻县境内。隧道为2座平行的单线隧道，隧道起止里程为DK280+550～DK313+195，全长32645 km，为I级铁路双线隧道。隧道从青海南山高山区的关角日吉山下面穿过，进口段位于布哈河冲积平原，隧道进口以北为宽阔、平坦的布哈河冲积平原，地形开阔。隧道进口高程为3 37872 m，出口高程为3 32410 m，新建隧道位于直线段上，隧道进口段为8‰的上坡，在岭脊设坡度代数差后，以95‰的坡度连续下坡。关角隧道正洞及斜井位置平面布置见图1。

2高压进洞的必要性

关角隧道为高海拔特长隧道，隧洞内为多工序平行作业，负荷比较集中，供电可靠性要求高，施工用电设备耗电量大，从而造成掌子面电压降较大，不能满足现场设备施工需要[6]。针对这种情况，通常采用高压进洞技术，将高压从洞外引入洞内，在洞内将高压变为低压，从而满足洞内施工用电需求。输电线路中电压降的计算为

式中：P为有效功率；I为电流；R为电阻；X为电抗；r0为单位长度电阻；x0为单位长度电抗；Ue为额定电压；KV为电损常数；L为线长；cos φ为功率因数。

由上式可以看出，电压降ΔU与电损常数KV、有效功率P以及线长L成比，因此电压降仅可通过改变电损常数降低。对于确定的线路及导线，随着隧道的掘进电压降不断加大，当达到一定深度时，部分设备因电压不足而无法正常工作，影响施工进度，因而采用高压进洞技术改变施工电压不足的状况。

3线路设计

3.1用电量估算

隧道用电包括洞口用电、洞内用电、泄水洞用电、碎石场用电、备用电源。隧道施工工作面用电按下式计算

式中：P为施工高峰负荷的有效功率（kVA）；K1为余度系数，常取1.1；K2为用电同时系数，常取0.7；K3为损耗补偿系数，常取1.06；Kc为需要系数，常取0.3～1.0；Pd为额定容量（kW）；Pn为室外照明负荷（kW）；Pm为室内照明负荷（kW）。

关角隧道正洞及斜井总用电量具体计算结果见表1。

3.2变压器容量确定

由关角隧道正洞及斜井位置与斜井参数（表2）可以看出，关角隧道进口和斜井掘进长度加上承担正洞任务量独头掘进都大于2 000 m，最长的6#斜井为2 824 m，加上正洞施工任务达到4 800 m。故选取6#斜井高压进洞线路进行研究。根据6#斜井估算的施工总用电量来选择变压器，其容量应等于或略大于施工总用电量，且在使用过程中应使变压器承受的用电负荷达到额定容量的60%左右。则变压器的容量PB=105P/cos φ=14P，计算出6#斜井变压器容量为3 8206 kVA。故关角隧道6#斜井至正洞施工应选取3台1 000 kVA变压器和1台1 000 kVA洞内移动变压器。

3.3线路建设

场内施工用电由架设的电力干线接入后，正洞、斜井按用电量分设变压器和配电盘，再用电缆通向拌和场、空压机站、抽排水机站等为用电设备供电。

3.3.1导线选择

导线通常按经济电流密度法选择，根据线路所带的最大负荷利用时间以及芯线材质，按现行电能单价和材料价格分析得出经济电流密度J，最后计算得出正常运行时的最大负荷电流Imax，经济电流密度J见表3。

关角隧道导线采用塑料绝缘铝绞线或橡皮绝缘铝芯绞线，开挖但未衬砌地段以及移动式手提灯使用铜芯橡皮绝缘裸铝包电力导线，导线经济合理截面选择见表4。

3.3.2线路架设

《铁路电力施工规范》（TB 10207—1999）[7]规定输电干线或动力、照明线路安装在同一侧时，必须分层架设。架设原则为：高压在上，低压在下；干线在上，支线在下；动力线在上，照明线在下。洞内电线路与风水管路不宜架设在同一侧。电线距人行地面高度根据电压大小有不同要求：400 V以下大于2 m；10 kV大于3.5 m。洞内动力线沿隧道边墙起拱线处明敷，采用120 mm2线路，照明线采用16 mm2线路，间隔20 m设一处100 W高效节能灯泡。掌子面及各个地下工作面均采用36 V低压照明。

隧道电线路架设分两次进行。进洞初期先架设临时电路，随着工作面的推进，在成洞地段架设固定线路，换下的电缆供继续前进工作面使用。10 kV电缆线路的终端应装有密闭和绝缘性能良好的接线盒。电缆两端垂直高差大于15 m时，应采用不滴流电力电缆。成洞地段用10 kV高压电缆送电或洞内设置10 kV变电站时，除应符合铁道部现行

《铁路电力施工规范》（TB 10207—1999）的有关规定外，还应有保证安全的措施。开挖但未衬砌地段应按移动式线路布置。不允许将通电的多余电缆盘绕堆放，以免增加线路电压降和引起电缆过热发生燃烧。关角隧道正洞与斜井的管线布置分别见图2、3。

4结语

对于高海拔长大隧道，其洞内为多工序平行作业，负荷比较集中，供电可靠性要求高，施工用电量大，从而造成掌子面电压降较大，不能满足现场设备施工需要。因此隧道施工正常进行的关键是高压进洞，而确定合理的变压器容量和导线规格是隧道高压进洞技术的关键。隧道高压进洞导线通常采用经济电流密度法与允许电流条件法确定。在关角隧道中应用高压进洞技术，不仅使施工用电达到预期效果，也保证了施工进度。

参考文献：

[1]王磊，陈燕.66 kV变电所供电设计[J].通信电源技术，2011，28（6）：5254，60.

[2]李奎涛.车载移动式变电站在长大隧洞施工供电中的应用[J].河南水利与南水北调，2015（6）：56.

[3]李永.高原特长隧道机电设备选型及配置[J].建筑机械，2014（9）：4245.

[4]王华.科克乔克三号隧道高压进洞技术[J].山西建筑，2008，34（12）：318319.

[5]姜保明.特长隧道洞内供电施工技术[J].铁道建筑技术，2013（8）：106108.

[6]王得林，严少发.隧道高压进洞的关键技术[J].铁道建筑，2009（12）：5355.

[7]TB 10207—1999，铁路电力施工规范[S].

[责任编辑：王玉玲]