隧道突发大涌水下施工的电源保障方案

吴晓刚

（中铁十二局集团有限公司勘测设计分公司，山西 太原 030024）

1 工程概况

1.1 地理位置

康家楼隧道位于和榆高速公路（二期）LJ10合同段内（起讫桩号为K69+380-K76+523.556），为和榆高速公路控制性工程，地理位置位于和顺县松烟镇康家楼村西1300m至松烟镇大发沟村东1350m（省界）间，为双线4车道高速公路，设计速度为80km/h。右线全长8495m，省内长度6768.556m(其中明洞10m)；左线全长8485m，省内长度6831.409m(其中明洞5m)。左、右线均为特长隧道，左右线间距35m，最大埋深511.4m，地形、地质条件复杂，洞门采用端墙式结构，隧道纵坡为-1.95%，为下坡施工。康家楼隧道设计有2座通风斜井，均在线路右侧。康家楼隧道1#斜井长1337.384m,与主洞交叉桩号为K74+550，坡度为-12.70%，2#斜井长1002.265m,与主洞交叉桩号为ZK74+070，坡度为-15.75%。1、2#斜井施工过程中作为施工斜井，参与正洞施工，运营后作为永久性的通风斜井。

1.2 地下水设计情况

根据地质勘查资料，康家楼隧道整体地下水的富水性相对较弱，以弱富水洞身为主，部分属于中等富水段，局部段落接近强富水洞体标准，在断裂构造、岩溶通道附近，极有可能相互连通，施工中洞体极有可能涌水、突水，对工程影响严重。地下水经取样分析，对混凝土无腐蚀，对钢筋有弱腐蚀性。

通过涌水量分段预测（山西段）。右洞含水段长6764m，最大涌水量为5116.9m3/d，正常涌水量为1142.1m3/d；左洞含水段长6210m，最大涌水量为4633.1m3/d，正常涌水量为1119.7m3/d。1#斜井含水段长度为1152m，最大涌水量为910m3/d，正常涌水量为180m3/d；2#斜井含水段长度为847m，最大涌水量为621m3/d，正常涌水量为120m3/d。

1.3 实际地下涌水情况

截至2013年元月5日，唐家楼隧道主洞左右线完成掘进1940m，2#斜井已完成斜井段施工，进入主线右线大小里程完成施工570m，左线工作面完成施工90m，1#斜井完成掘进810m。从2012年5月以来，隧道主洞左右线、斜井段相继出现大的涌水，经现场计量，主洞左线最大用水量达到17000m3/d,右线最大涌水量达到9000m3/d，1#斜井涌水量长期维持在11000m3/d，2#斜井进入主洞后大里程方向掌子面也出现股状涌水，且斜井洞身涌水量长期维持在3400m3/d，施工现场的实际涌水量与原设计涌水量出现较大的偏差，施工要素如何配备、施工用电如何调整、排水系统如何优化，将对施工进度产生较大的影响。

2 调整供电系统设计

2.1 原设计方案

唐家楼隧道施工上场初期，为满足施工现场需要，根据实施性施工组织设计,共向当地供电公司申请用电负荷6815kVA。其中，唐家楼隧道主洞入口装设2台1000kVA的变压器和1台315kVA的变压器；1、2#斜井入口处，装设4台1000kVA的变压器和1台500kVA的变压器（两斜井施工共用电源），施工电源由松烟35kV变电站10kV许村线4#杆T接约18km至项目施工现场。1～4#为240mm2裸铝导线，4#至项目终端杆全部为185mm2裸铝导线。

2.2 现场供电质量

由于电力专线的供电线路较长，负荷集中，随着隧道施工深入，用电负荷逐步增大，而且增大的负荷中，抽水负荷占到75%以上，洞内每级抽水泵站的日常负荷基本上都在350kW上下，基本上每个泵站附近各设1台500kVA洞内专用变压器。施工到2013年初，共安装洞内移动（固定）式500kVA变压器8台，总计容量为4000kVA。从当地供电部门了解到的情况，高峰期，线路的最大负荷为4500kW。随着施工的深入，还有进一步增大的可能性。1、2#斜井口的一台1000kVA变压器停用后，改为升压变压器配合2台500kW发电机使用，以解决暂时停电后，斜井洞内的抽水负荷需求。从2012年11月开始，间断性地出现高压电压偏低，到11月份底，有时高压侧电压仅有9000V。现场的10kV变压器全部调高电压输出，即使这样，也经常出现低压侧电压偏低的情况，甚至距离变压器200m多以外就无法启动设备，造成大量的水泵电机等烧毁。

表1

2.3 阶段供电保障方案

经调研，提出如下的保障阶段供电质量的方案。

（1）对松烟35kV变电站内10kV母线、上下引线以及开关连接母排进行改造（松烟35kV变电站内10kV母线为120mm2裸铝导线，上下引线仅为70mm2裸铝导线，开关连接母排也仅为30×4铜排）。

（2）检查项目部12台变压器的无功补偿情况，更换不合格及烧毁的电容器，同时适当增大补偿容量。

（3）在隧道进口附近设置一座6300kVA调压稳压站，从根本上解决隧道施工电压降过大的问题。

（4）其他方案，包括安装串联电容补偿、安装洞内高频增压专用设备等。

经过对松烟变电站的技术改造、对主变输出电压进行调整，更换现场不合格并联电容及适当加大并联补偿容量，现场电压基本恢复稳定，所以，暂时不考虑在10kV线路末端新建10kV自耦调压稳压站及其他调压稳压措施。

3 备用电源的配置方案

为解决地方电网临时停电导致洞内无法排水，而引起涌水淹没掌子面，甚至淹没部分设备的状况，在1、2#斜井入口处，设2台500kW的发电机，并联后经由1000kVA升压变压器升压后送至洞内，通过洞内的降压变压器降压后使用，主洞进口暂未设固定发电站，停电时，只能靠租用地方的500kW移动变电站来解决洞内的抽水问题，在系统停电和当时大量涌水的情况下，根本无法保证洞内抽水的负荷需要。高峰时用于洞内抽水的负荷情况见表1。

由于主洞及1、2#斜井均为反坡排水，洞内所有涌水都需要2级甚至3级以上泵站才能抽排至洞外，洞内抽水负荷正在逐步增大。根据使用设备统计，主洞洞内的抽水负荷为1375kW，2#斜井的洞内抽水负荷793kW，1#斜井的洞内抽水负荷为933kW。项目所在地距离和顺县城40余km，距离松烟变电站也超过18km，供电可靠性差，经常出现突发性停电，而且，随着掘进的深入，负荷还会进一步增大。当时，隧道主洞还有约4200m的施工任务，1#斜井还有500多m的掘进任务，项目工期截止到2013年底，施工任务十分艰巨。

为此，考虑在1、2#斜井口新增2台500kW发电机，与既有的2台500kW发电机并联使用，通过现场既有的2台同型号的1000kVA升压变升压后送至洞内；主洞进口段设4台500kW发电机，通过现场既有的两台同型号的1000kVA升压变压器升压后送至洞内，以满足地方电网停电时，洞内负荷特别是抽水负荷的要求。

[1]辛国平,李集光,刘汉红.富水大断面陡坡曲线斜井施工技术[J].公路隧道. 2009(03).

[2]曹学强. 康家楼隧道斜井涌水处治技术研究[J]. 公路,2014(5):127-130.