客运专线长大隧道高压进洞供电施工技术

范平

摘要：在长大隧道施工中，根据施工组织安排，如何合理、周密考虑隧道施工中的电路布置是隧道施工中的重点之一，也是确保隧道正常施工的关键。随着开挖进尺增加，供电线路增长，电源压降增大，原电压进洞供电方式已不能满足洞内施工用电要求。结合西成客专大秦岭隧道洞内供电实践及用电分析，提出高压进洞方案及洞内变压器、高压电缆铺设等技术方案，为长大隧道施工的用电方案提供参考。

Abstract： In the construction of long and large tunnels， it is one of the key points to arrange the circuit in the tunnel construction properly and rationally according to the construction organization， and is also the key to ensure the normal construction of tunnels. As the drilling depth increases， power supply lines grows， and power voltage increases， the original voltage entering tunnel power supply method has been unable to meet the construction requirements of electricity within the cave. Combined with the practice of power supply in Great Qinling Tunnel of Xicheng passenger dedicated line， this paper puts forward the high voltage inlet scheme， transformer scheme and high voltage cable laying scheme， so as to provide reference for power supply method in the construction of long tunnel.

关键词：长大隧道；高压进洞；供电

Key words： long tunnel；high voltage inlet；power supply

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0131-04

0 引言

隧道施工中，隧道中的大功率的用电设备（如空压机、轴流风机、射流风机、砼输送泵、水泵、三臂凿岩台车、混凝土湿喷机、多功能钻机、电焊机等）都会用电。但随着隧道开挖进尺增加，供电线路越来越长，电源出现较大的压降，洞内工作面供电出现不足，而进尺越增大，供电不足现象越严重，并严重影响隧道工程施工的正常进行。

对长大隧道而言，设计合理、经济、实用性的洞内供电方案，配置相应的供电设备是实现特长大隧道快速正常施工的重要保障之一，同时隧道长距离施工供电技术也是控制特长大隧道施工的技术难题之一。

1 工程概况

大秦岭隧道全长14845.99m（中铁十七局集团段承建出口段9921.99m），为长大隧道，该隧道为西成客专铁路控制性工程，属于高风险隧道；该段隧道并设置两座辅助坑道辅助施工正洞，为2号斜井及出口平导；2#斜井位于线路右侧DgK91+360处，全长1746.59m，为双车道，施工完后作为避难所，进入主洞后進行双向开挖，往西安方向开挖903米，往成都方向开挖2317m；出口平导位于线路右侧DgK100+364处，全长5959.7m，为单车道且与主洞平行施工，施工中作为临时施工面，施工完成后作为紧急出口；隧道正洞最大埋深1185m，由于有地应力的存在，有岩爆发生的可能性，中铁十七局集团承建的出口段共有7条断层带和3条断层影响带穿越，断层带位置围岩破碎，稳定性差，并穿越中等富水区，最大涌水量29000m3/d；隧道以25‰上坡进洞至DgK99+450里程后以1‰下坡出洞。

2 施工中用电计划

隧道施工中除了正常的用电设备外，还要考虑特殊情况，以免在施工中出现涌水等特殊情况时的增加抽排水设备的用电情况，一是要仔细研究设计图纸，对可预见和不可预见的情况进行仔细分析和研究，制定用电方案。针对大秦岭隧道结构复杂，通风排烟难度大、地质结构复杂等特点，综合研究，制定用电方案，还要综合考虑压降问题。如表1。

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3 高压进洞的必要性

因大秦岭隧道为长大隧道，其隧道洞内为多工序平行作业，且平导及出口段采用多个面平行掘进，负荷比较集中，供电可靠性高，施工用电耗电量大，从而造成掌子面电压降比较大，不能满足现场设备施工需要。为确保隧道洞内用电正常，需高压进洞，在洞内架设10kV高压电缆，洞内安装厢式移动变压器将高压变为低压来满足洞内施工供电需求。输电线路中电压降计算公式为：

ΔU=（P*L）/（A*S）

P：线路负荷；L：线路长度；A：导体材质系数（铜为77，铝为46）；S：电缆截面。

由上式可看出，电压降与设备功率、线路长度成正比，因此随着隧道的掘进电压降不断加大，当达到一定的深度时，部分设备因电压不足而无法正常工作，影响施工进度，从而需采用高压进洞技术来改变这种施工电压不足的状况。

4 进洞供电方案比选

常用进洞供电方案主要有以下三种：

4.1 低压直接进洞

在洞口通过变压器把35kV直接变为380V后直接进洞，通过增大电线截面面积，从而降低线路压降；此方案的弊端：因市场上大截面电缆是比较少的，故只适合线路短的隧道；而随着隧道掘进的增加，此方案的弊端就会越来越明显，到一定长度时，需更换供电方案。

4.2 洞内低压补偿

在洞口通过变压器把35kV直接变为380V后，通过240平方的电缆引到施工作业处，再用低压补偿设备进行低压补偿；此方案的不足：补偿柜一般只补偿15%-20%，超过2km后补偿效果就不明显，且在大功率设备启动时，低压补偿不稳定；故此方案不适于特长大隧道洞内供电。

4.3 高压进洞

在洞口先把35kV变为10kV，通过高压铠装电缆引到洞内变压器的位置，再通过洞内降压变压器把10kV变成380V施工电压；如果需要多个变压器同时使用时，可采用高压分支箱进行连接，具体连接方式在后面的应用中有详细介绍。

通过上述三种方案的比较，第三种方案适用于特长大隧道洞内施工供电。现就介绍高压进洞技术在西成客专大秦岭隧道施工中的应用。

5 高压进洞技术在大秦岭隧道应用情况

5.1 洞口施工用电及洞内变压器配置情况

大秦岭隧道2#斜井、平导及隧道出口各设1个变压器变台站，各变台安装1台500kVA-35kV/0.4kV、1台800kVA-35kV/0.4kV和1台用于高压进洞的变压器。因而根据洞内负荷分布情况，分别在2#斜井设置1台3150kVA-35kV/10kV变压器，平导设置1台3150kVA-35kV-10kV变压器，隧道出口设置1台2500kVA-35kV/10kV变压器，分别用于高压进洞，同时分别在每个变压器变台站原有變压器输入端安装1台10kV高压户外真空断路器（ZW43-12型）。

根据施工现场情况，随着隧道的掘进增长，2#斜井洞外的空压机及风机将移到斜井与主洞交叉口；而平导洞外的空压机及风机将移到平导与横通道交叉口。洞内变压器的配置根据洞内负荷分布情况进行布置。详见：大秦岭隧道泵站及洞内变压器布置图1及风机布置图2。

5.2 高压电缆进洞及铺设

5.2.1 高压电缆铺设的位置

高压电缆沿着隧道线路位置铺设，为避免与洞内低压电线相互干扰，高压电缆悬挂高度控制在3m左右。为避免洞内通行车辆与洞壁擦撞造成对高压电缆损坏以及发生用电安全事故，故采用悬吊高压电缆的铺设方式。为便于高压电缆的铺设，在隧道左侧高度在3m左右的位置每隔5m设固定点一个作为高压电缆安装悬挂点，安装好后在每个吊点上用一根绝缘线把高压电缆绑好。

5.2.2 高压电缆的接头连接

电缆安装固定好后在短时间内按高压电缆接头制作工艺要求完成高压电缆中间接头的制作，接头处不能受力，否则接头因受力使绝缘破坏导致电缆接头报废。

5.2.3 多个变压器时的高压电缆连接方式

如果洞内有多个变压器，则根据实际情况可在每个变压器洞室内安装一个一进二出或一进多出的高压电缆分支箱，其主要功能是随着隧道开挖进尺增加，需增加变压器时，一根主高压电缆通过分支箱后，可接两根高压电缆或多根高压电缆，分出后的一根高压电缆可继续随隧道开挖方向延伸，剩下的一根或多根高压电缆可接一台变压器或多台变压器。这样的接法好处是在洞内多个变压器中如果有一台变压器出现故障时，可在该变压器分支箱处短开连接开关，使有故障的变压器停电，而其他变压器不用停电可正常运转。

隧道电线路架设分两次进行。进洞初期，先架设临时电路，随着工作面推进，在成洞地段架设固定线路，换下电缆供继续前进工作面使用。

5.3 洞内变压器洞室布置

为确保洞内高压线路的安全，建议使用厢式变压器。由于斜井及平导隧道断面小，而隧道设计也没有相关的洞室，故施工工区根据项目部的用电方案及变压器配置方案，在有变压器的位置做变压器专用洞室；在主洞内，根据实际情况可把变压器安放在基站专用洞室内。变压器安装后及时设置防护门，并设安全警示标牌，同时做好变压器接地装置。为配合二衬混凝土施工，在前端设置一台移动式变压器，随着二衬施工进行移动，变压器也相对移动，这样就能满足砼输送泵以及电焊机等设备的正常运转，同时也减少施工中停电次数及时间，加快隧道施工进度。

5.4 安全防护

高压进洞必须做好安全管理及防护工作，一般采用铠装电缆，电缆终端设密封的接线盒。隧道洞内电缆的选择及安装除应满足电力规程要求外，还应满足防火的消防要求。同时，不允许将通电的多余电缆盘绕对放，以免引起电缆过热发生燃烧和增加线路电压降。

5.5 安全用电管理

针对高压进洞增大洞内安全用电的管控风险，项目部成立了高压用电安全小组，由项目部下发高压用电安全交底书，工区安全总监定期组织学习；项目部电工定期组织工区电电工、作业队电工对高压电路进行检查，且每年定期邀请有资质的公司对高压线路的保护装置进行检查，确保保护装置的正常运转。同时，为防止洞内机械设备破坏高压电缆造成用电安全事故，在高压电缆上每5m贴一个50cm长的反光贴以示警示。

6 结束语

长大隧道施工设备正常运转的关键是高压进洞，合理的高压进洞技术，是满足长大隧道施工用电需要。目前，高压进洞在西成客专大秦岭隧道施工中得到广泛应用，此技术不仅解决了隧道内施工用电问题，达到预期效果，还能保证施工进度及洞内用电安全，创造了较大的经济效益。

参考文献：

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