长大富水隧洞施工高压进洞技术的应用

韩义浩

（中铁十七局集团第二工程有限公司， 陕西 汉中 723000）

1 工程概况

陕西省引汉济渭工程地跨黄河、长江两大流域，穿越秦岭屏障，经过总长98.3km 的秦岭隧洞送至关中，是解决关中、陕北缺水的战略性水资源配置工程。秦岭隧洞（越岭段）0-1 号勘探试验洞工程位于佛坪县陈家坝镇小郭家坝蒲河右岸，采用全断面钻爆法施工，其中支洞为圆拱直墙型断面，斜长1522.12m，综合纵坡为10.44%，与主洞交汇里程为K13+950，成洞尺寸5.2m×6.0m（宽×高），正常涌水量为2922m³/d，可能出现最大涌水量5844m³/d；主洞为马蹄形断面，全长4034.226m，其中上游1050m，下游2984.226m，纵坡比为1/2527，成洞尺寸6.76×6.76m（宽×高），正常涌水量为26846m³/d，可能出现最大涌水量52880m³/d。

2 施工用电概况

2.1 现场施工用电概况

在支洞施工前期，在洞外安装了1 台800KVA35KV 直变0.4KV 的变压器，洞内低压动力线采用3×185+95mm2铝芯电缆。随着支洞的不断深入，洞内涌水量不断增大，为确保涌水及时得到抽排，先后在支洞内设置了3 个泵房水仓，并配备了大型水泵。一旦进入主洞后，洞内空气质量必然下降，为改善通风条件，于支洞与主洞交汇处在上、下游方向将分别增加1 组压入式通风机。同时，为了缩短空压机供风距离，保证后期开挖、喷锚施工中高压风风压，空压机将移至支洞斜14+85 处错车道内。见图1。

图1 隧洞用电设备布置图

2.2 施工用电概况

该工程施工用电主要包括通风机、电焊机、冷弯机、弯曲机、混凝土拌合机、水泵、空压机等设备用电和营区生活用电。见表1。

表1 主要施工用电统计

10 空压机 6 132 792 空压机房 11 通风机 2 55 110 主洞上游 12 通风机 2 55 110 主洞下游 合 计 2477

3 高压进洞的必要性

该工程洞内用电负荷相对分散，且抽排水、通风、钻爆等多工序需平行作业，供电可靠性要求极高，洞外变压器所供电压产生的压降随之增大，且供电线路铺设太长，线路末端电压已达不到用电设备额定电压，从而导致用电设备无法正常工作。为解决施工用电问题，需要采用高压进洞技术，将高压从洞外引入洞内，在洞内各个用电负荷相对集中的部位设置多个变压器将高压变为低压，缩短低压供电距离，从而满足洞内施工用电需求。

4 高压进洞方案

4.1 洞内变压器选型

4.1.1 用电设备有功计算负荷 Pjs

由表1 中可以看出，按照主要用电设备分布、功率大小、设备实际使用时间，将该工程主要施工用电大致可以分为：洞外及1#水仓、2#水仓、3#水仓、空压机房、主洞通风等五个区域。设备使用率按0.7 进行计算，则各个区域内用电设备有功计算负荷 Pjs见表2。表2 用电设备有功计算负荷 Pjs

用电区域 用电设备名称 合计（KW） P js（KW） 洞外及1#水仓 生活用电、通风机、电焊机、冷弯机、弯曲机、混凝土拌合机、水泵 825 577.5 2#水仓 水泵 320 224 3#水仓 水泵 320 224 空压机房 空压机 792 554.4 主洞通风 通风机 220 154

4.1.2 变压器容量S

变压器的容量为：

式中：

βb--变压器的负荷率，取值0.75；

cosφ2--补偿后的平均功率因数，取值0.9。 经计算，各用电区域变压器容量见表3。

表3 各用电区域变压器容量S

由表3 计算得知，原洞口800KVA35KV 直变0.4KV 的变压器能够满足洞外及1#水仓供电需求。

4.2 变压器洞室

变压器洞室选择在支洞左侧，选择围岩情况较好的段落，原则上尽可能缩短与用电设备间的距离。开挖完成后，及时做好初期支护，如有渗漏水，则及时处理。变压器洞室设置防护木门，并设安全警示标志以加强其安全性。

4.3 洞外主变压器选型

主变压器容量S 应满足除洞外、1#水仓之外的全部用电设备总计算负荷S计的需要，即：

由此得知，选取2000KVA35KV 变10KV 作为主变压器能够满足施工供电需求。

4.4 输电线路

4.4.1 输电线路选型

各用电区域设备正常运行时的最大负荷电流为：

式中：

S --变压器容量，见表3；

U --电压，取值10KV。

经计算，各用电区域最大负荷电流见表4。

表4 各用电区域最大负荷 电流I max

查交联聚氯乙烯绝缘电力电缆的载流量表得知，截面积为120mm2的三芯10KV电缆即可满足要求。考虑到该工程洞内局部围岩存在渗漏水现象，从安全、经济角度出发，选择电缆为铝芯交联聚氯乙烯绝缘细钢丝铠装电力电缆，洞内高压电缆长度2#水仓900m,3#水仓1300m,空压机房及主洞通风1550m。

4.4.2 线路架设

由于该工程支洞断面狭小，且右侧分布有错车道、空压机房等附属洞室，为确保用电及洞内行车安全，动力线与照明线分列支洞左右两侧。高、低压线路按照高压在上、低压在下；干线在上、支线在下的原则布设。见图2。

电缆线敷设时，在电缆端部制作牵引端，采用卷扬机钢丝绳牵引和电缆线输送机牵引相结合的办法。将电缆盘和卷扬机分别安装在一端，并搭建适当的滚轮支架，每隔2～3m 安放一只滚轮，以减少电缆牵引力和侧压力。

利用Φ22 钢筋作为吊点，锚固于支洞左侧起拱线位置，纵向间距3m，将电缆线自支洞口方向开始悬挂于锚筋上，依靠缆线自重适当拉紧，将缆线固定。

高压缆线端头连接需要由地方电力部门或有相关资质的单位严格按照工艺标准进行制作，制作应连续操作直至完成，尽量缩短绝缘暴露时间。当制作环境空气相对湿度高于70%时，应对电缆进行加热，同时制作接头时应防止尘埃、杂物及水落入绝缘内。制作完成后将接头加以固定，以减少缆线在悬挂过程中承受太大拉力而损坏。

4.5 接地系统

由于该工程绝大部分洞室均位于地下水位线以下，属于富水隧洞，因此，接地电阻相对较弱。利用水钻在接地岩石造孔，埋设接地模块，用镀锌扁铁与模块连接，并将扁铁做交叉焊接形成等电位，接地电阻不大于4Ω即为合格。

图2 支洞管线布置图

5 结束语

在长大富水隧道施工中，抽排水、掌子面施工均需要同时进行。在洞口设置主变电站，将10KV 高压送电至洞内各个用电设备相对集中的部位，安设变压器将高压转变为低压。文章结合该单位负责施工的引汉济渭秦岭隧洞（越岭段）0-1号勘探试验洞工程，从变压器、供电线路选型等方面介绍了高压进洞技术，与传统低压进洞相比，既缓解了掌子面电压降，能够满足现场各个部位用电需要，又保证了施工进度。