电伴热融冰保温技术在祁连山隧道中的应用

杨金锋

摘要：兰新客专祁连山隧道地处高原，高寒缺氧，山体含水量大，为解决冬季侧沟结冰病害，在隧道两侧侧沟内布置了电伴热丝。电伴热系统电源动力采用单独箱变供应，部分电伴热系统安装为天窗点施工。祁连山隧道是全线第一个使用电伴热系统隧，使用效果好，可为其他高寒隧道的施工提供借鉴。

关键词：祁连山隧道 电伴热 结冰 天窗点

Application of electric heating ice melting technology in the Qilian Mountain tunnel

Yang jinfeng

（No.6 engineering corporation limited of CR20G ，Xi，an Shanxi 710032， China）

Abstract： Qilian Mountain tunnel 0f Lanzhou一xininjiang High -peed Railway is located in the plateau， cold and hypoxia， mountain water content， iin order to solve the winter side ditch icing disease， in both sides of the tunnel side of the trench arranged electric heating wire. The power supply of the electric heating system is supplied by a separate box， and the part of the electric heating system is installed as a skylight point.Qilian Mountain tunnel is the first use of electric heating system tunnel， the use of good results for other alpine tunnels to provide reference for the construction.

Key words： Qilian Mountain tunnel；electric heating； freeze ；skylight

1.电伴热融冰系统应用的提出

兰新第二双线祁连山隧道地处祁连山中高山区，位于青海省门源回族自治县硫磺沟至甘肃省民乐县小平羌沟间，平均海拔3500～4300m，最高海拔为4345m，为兰新第二双线穿越祁连山脉的主越岭隧道。祁连山隧道施工区域年平均气温1.8℃，极端最低气温-31.5℃，土壤最大冻结深度2.3m，全年中10个月有降雨降雪记录，祁连山隧道施工中最大涌水量达10.98万m 3/d[1]。在冰冻期，隧道出口侧2.5KM范围内侧沟内流水会结冰上涌，造成水泥蓋板和聚氨酯保温块连体冻结，积水上泛出盖板面并涌向侧壁及道床板与侧沟间。此时侧沟无法发挥排水功能，若不及时组织人工除冰，结冰会继续发展，侵入限界影响行车。严重的话会造成接触网连电，冰漫道床板及钢轨，损坏钢轨及行车设备，给行车安全带来重大危害[1]。遵循沟内排水“引+排”的原则[2]，在隧道内加装了电伴热融冰系统，该系统彻底解决侧沟大面积结冰的问题，保证了侧沟排水的通畅。

2.电伴热融冰系统在祁连山隧道的具体应用

2.1整体布置情况

隧道起讫里程为DK335+660～DK345+150，进口端高程3572.3m，出口端高程3382.3m，隧道出口方向侧沟内流水顺坡而下，因侧沟流水量大，在侧沟内每间隔200m设置了泄水眼，沟内流水引致泄水洞后流出洞外。根据现场结冰情况及既有电力配置，出口侧沿洞口至洞内布置了2.5km长的伴热融冰区，按要求在每侧的侧沟底部铺设了2根电伴热电缆，共计5000m。伴热电缆采用美国滨特尔公司的raychem缆，型号为GM-2X（参数见表1）。该伴热缆为非恒定功率发热，可根据沟内温度及冰水情况自动调整输出负荷，极大的节约了电能。兰新第二双线于2014年12月24日正式开通运营，洞口DK344+155～DK345+155（1=1000m）区段内电伴热融冰系统于联调联试期间布置完成，运营期间，根据现场监控及工务段联合排查发现DK342+655～DK345+155（1=1500m）段侧沟内有5-15cm厚结冰，局部区段结冰已涌出水泥盖板，为彻底解决侧沟病害，在该区段又增设了伴热电缆。

2.2伴热电缆的敷设

排水沟宽度为40cm，采用2根伴热电缆，伴热电缆间距为15cm。因侧沟内常年有流水冲刷，为了保证伴热电缆的稳固，电缆采用安装卡来固定。电伴热电缆敷设前分段对两侧水沟电缆槽底部铺设了5-8cm厚M10防水砂浆，以达到封闭施工缝及底部找平的目的；待水沟清理及铺底完毕后，人工展放发热电缆。电缆展放完毕后，每1m安装一个固定卡子将电缆顺直固定，并用射钉枪将固定卡平整钉于沟槽底部。

2.3供电箱变的配置

考虑利用既有设备，前期DK344+155～DK345+155（1=1000m）范围内的伴热系统由供电单位施工的位于隧道出口侧的2座160KVA箱式变电站供电，DK342+655～DK345+155（1=1500m）范围内的的250KVA供电箱变为后期单独施工，箱变位于DK343+628处平导恒通道内，由相邻的小平羌隧道引出1路10KV电源后通电，配电线路为从250KVA箱式变电站馈出四回路220V低压预分支电缆，向两侧隧道进出口方约1～2km两侧悬挂架设，下行线进出口方向预分支电缆为过轨后悬挂架设。

2.4低压预分支电缆的敷设

配电选用WDZN—YJY23-0.6/1KV 4*95+1*50型电缆，隧道出口两侧1km范围内预分支电缆分别从上下行侧160KVA箱式变电站馈出，沿既有电力电缆槽敷设，出电缆沟槽时，需在沟槽上凿口，电缆穿钢管保护后过凿口至配电箱，配电箱安装于洞内综合洞室。后1500m电伴热低压预分支电缆由平导内250KVA箱式变电站馈出四回路，沿隧道洞壁挂设至低压配电箱，预分支电缆安装高度在隧道照明电缆下方200mm。预分支電缆挂设每隔0.8m设置一套电缆挂架进行固定（电缆挂架采用Φ10的膨胀螺栓固定），低压配电箱每120m设置一个。

2.5控制回路

伴热电缆终端设置专用的电源电线盒，通过WDZN—YJY23-0.6/1KV 5*16型电缆与配电箱连接。洞口600m段采用自动控制（可实现自动手动切换），其余1900m采用人工控制。自动控制区段在配电箱内安装温控器，当温度传感器探测到温度低于0℃并且湿度传感器同时感应到沟内有水时，伴热电缆才会通电，人工控制部分需在冬季冰冻期安排专人分段开启。

3.效果及优势

经现场观察，隧道出口段1km内安装电伴热后沟槽内没有出现结冰现象，水流通畅。而距洞口更远一些的区段倒出现了结冰上涌现象，证明电伴热效果良好，较大的保证了运营的安全性。对比传统的人工除冰及沟槽安装保温块保温方式，电伴热具有如下优势：

（1）节省保温材料，节省人力成本，利于环境保护。

（2）电伴热装置简单、发热均匀、控温准确，能进行远控，遥控，实现自动化管理。

（3）使用寿命长，使用过程中运营维修成本低，月耗电量计算如下：

W=K×P×T=0.4×（1000+1500）×2×2×33w/m×720h=95040Kw·h

其中W为总耗电量；K为电伴热丝的使用系数，考虑到现场实际大多数区段为手动控制，分区开启模式，加之当沟槽内温度达到维持温度上限时，电伴热的发热量将逐渐减少，输出功率亦随之下降，从而电伴热电缆的耗电量一般达不到其额定功率，K取值为0.4；T为月用电时间。电价若按0.60元/Kw.h计算，电伴热融冰系统正常开启时间为5个月，则每年正常耗电费用为：285120元。

表二 电伴热系统安装主要材料清单

4.存在的问题

1.因前期设计时没有考虑到电伴热融冰系统，致使洞口箱变容量设计不足，进行了二次增容施工。2.洞内后增电伴热是在兰新客专开通运营后施工安装，属于营业线施工，须报铁路运营监管单位审批配合，且必须采用天窗点施工，这样就增加了施工成本和难度，同时施工过程中存在较大的安全隐患。3.电伴热融冰系统初期投入成本高，且属于一次性投入。主要材料附件价格高（见附表2）。

5.结语

随着交通事业的快速发展，我国北方严寒地区出现了大量的交通隧道。调查资料显示，目前己经开通运营的寒区交通隧道中，有80%以上都存在各种各样的冻害现象。隧道内排水沟的冻害问题作为寒区隧道的病害之一，严重影响了隧道结构及行车安全。1989年建成的甘肃七道梁公路隧道，由于冬季气候寒冷，排水沟冻结而使隧道排水不畅，造成衬砌背后产生冻胀象，诱发衬砌混凝土开裂、隧道渗漏、路面结冰，虽经多次整治，但无法根除冻害[3]。祁连山隧道电伴热融冰系统的应用就证明在严寒地区隧道洞口排水沟内采取电伴热是行之有效的，可在新隧道的建设期就纳入设计，并值得在其他既有隧道的冻害整治中推广应用。

参考文献：

[1]王进华.兰新铁路第二双线甘青段工程地质条件与评价日[J].铁道勘察，2010（1） ： 72-75

[2]张旻.既有隧道渗漏水病害的治理[J].建筑与工程，2011 （7） ：223

[3]陈建勋.隧道冻害防治技术的研究[R].西安：长安大学，2004.