外电入沪过江隧道工程设计方案及风险论证

李峰?顾魏?黄勇?吴洁

摘  要：全球气候变化是 21 世纪人类面临的重大挑战。国家能源局发布《2021 年能源工作指导意见》中明确提出要加快多项特高压工程，提升新能源输送能力。在送端，完善西北、东北主网架结构，支撑跨区直流安全高效运行。本文就特高压工程中的外电入沪项目工程进行方案设计，对过江线位进行分析选择，明确项目工程的建设地点；对工程的平纵断面以及隧道断面进行设计；对本方案存在的自然条件、交通条件风险等进行了评估。

1 背 景

上海电网是华东电网的重要组成部分，处于华东电网的受端位置，是华东地区乃至全国密度最高的负荷中心。在“2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和”目标下，全社会再电气化将引领电力需求刚性增长。综合考虑上海市经济增长、结构调整、终端电气化率不断提升等因素，预计到 2030 年、2035 年，即使考虑本地大力推进风电、光伏新能源的发展，市内电力资源也非常有限，难以提供上海经济社会高速发展的能源支撑，上海市电力电量的需求在夏/冬高峰电力缺口量也是非常大的。因此，争取新增入沪直流为保障上海中长期供需平衡的必要条件，也是上海能源低碳安全转型并实现双碳目标的最佳途径，目前，国家“十四五”电力规划中已明确将外电入沪纳入“十四五”期间重点研究论证项目。

据国家发改基础〔2022〕195 号文要求，以北方沙漠、戈壁、荒漠地区为重点，推进大型风电光伏基地布局。前期综合市外新增来电规模需求及交流通道受电能力分析研判，外电入沪工程规模暂按±800 kV，输送容量800 万kW考虑。目前，外电入沪方案送端电源选址针对巴丹吉林沙漠酒泉西部、库布奇沙漠鄂尔多斯南部、腾格里沙漠东南部3个方案进行了研究，3个方案均须从江苏北部进入上海。输电线路路径基本拟定从盱眙县淮河段南侧入江苏，经扬州、泰州、盐城、南通入沪。入沪直流争取直接落点上海，受端换流站落点在上海北部主网架的崇明地区，配套建设 500 kV 交流线路，从长江南支跨江接入上海市区主网架，在现有的徐行和杨行站之间新建 500 kV 变电站。

本工程为 500 kV 交流线路从上海崇明区跨越长江南支接入上海宝山浏河口处的过江通道隧道工程。通道拟以隧道形式穿越长江，路线研究起点位于崇明岛城桥镇张网港附近，穿越长江南支后，至上海宝山与江苏省界线浏河口南侧宝钢水库附近，江面宽度约为 15 km，工程总长度约为 16.4 km。

2 工程过江线位方案

本工程是以上海崇明为直流落点的规划外电入沪特高压通道，线位研究重点是特高压通道穿越长江南支方案。长江南支江面宽阔，水文、河势、航道条件复杂，根据《长江干线过江通道布局规划（2020-2035 年）》，南京以下新开工过江通道原则上采用隧道形式过江，结合前期电缆过江方式比选，确定本项目以单建电缆隧道形式穿越长江南支。根据市内高压走廊的总体规划布局，项目工可对3个线位进行了重点研究：白茆沙线位、七丫口线位、浏河口线位，最终推荐浏河口线位，如图1所示。

拟建工程北起上海崇明區城桥镇、南至上海宝山区罗泾镇，穿越长江口南支河段，过江距离约15 km，如图2所示。

3 工程建设方案

3.1 工程平面布置

线路自崇明城桥镇张网港东侧过江，沿宝钢水库西侧走行，至宝山罗泾镇新陆村登陆，工程全长约16.4  km。工程平面布置如图3所示。

综合考虑长江南支两岸区域规划、工程实施可行性及便捷性、对周围环境、生态影响等因素，本工程推荐线路方案如下：工程起点位于崇明城桥镇张网港东侧、现状张网港东路以北侯南村，设置崇明工作井。隧道出工作井后向西南穿越和发混凝土厂货运码头进入长江。江中分别下穿长江南北主江堤、新桥水道、下扁担沙沙体、宝山北锚地、宝山北航道（含深水航道延伸段）、宝山南锚地和宝山南航道后，在宝钢水库西南侧登陆，终于蕰川公路以北、规划南潮塘与杨家沟交汇处南侧，设置宝山工作井。

3.2 工程纵断面设计

线路出崇明工作井后，以-2.71%的下坡从长江大堤下穿越后进入长江。在长江中分别以+0.5%、-0.56%和+0.86%的坡度，从新桥水道、下扁担沙沙体、宝山南、北锚地、宝山南、北航道（含深水航道延伸段）下穿越至宝山侧长江大堤后，以+1.22%的坡度进入宝山工作井。隧道结构顶与历史最大冲刷标高之间距离控制在1D（D为盾构直径），预测冲刷最深点标高为-40.3 m，设计隧道结构底标高约为-68 m。线路共设置4个竖曲线，最大纵坡2.71%，最小纵坡0.5%。终端面设计如图4所示。

3.3 隧道断面型式

根据电缆工程规模及敷设要求，隧道断面规模采用内径11.4 m、内径12.5 m的圆形隧道。根据过江电缆布置空间要求、电缆敷设工艺要求、通风散热措施、运营维护要求、隧道附属设施设备及管线布局要求等，本电力专用隧道采用内径为11.4 m的圆形隧道，空间内可布置8回500 kV电缆。圆形隧道内分上、下层布置，上层左右两侧分别布置2回500 kV电缆，中间为检修车辆运维通道；下层左右两侧分别布置2回路，中间为人行检修通道。上、下层之间采用楼梯连通。此外，隧道内还布置有维持隧道正常使用的机电设备，包括：照明灯具、火灾探测器、智能巡检机器人、各种设备箱等（包括消防设备箱、电话箱、照明配电箱）。

为避免一处节头出现问题影响其他电缆回路，将电缆分上下两层布置，且左、右支架也拉开达到安全距离。除了电缆及电缆附件的防火措施外，隧道纵向每间隔400 m设置防火、防烟隔断，并在400 m中间点设置防火封堵。并且为确保人员安全，上下层之间每间隔200 m设置封闭楼梯间。隧道横断如图5所示。

4 风险评估

4.1 自然条件风险评价

（1）风、浪的评价

大风是造成船舶浸水、倾覆、沉没等海难事故的突出原因。其对船舶通航安全的影响除了与风力的大小有关外，还与风的作用时间、船舶所在水域的围蔽程度、以及船舶的抗风能力等因素有关。当风力达到6级以上时，就会增加船舶操纵的复杂性和难度，从而影响船舶的航行安全；而且在风力相同的条件下，风的作用时间越长、船舶所在水域的围蔽程度越差、船舶的抗风能力越弱，则风对船舶通航安全的影响越大。

本工程区常风向为NE、ENE，最大风速达到4.2 m/s，多为NW、NNW 向（2005-2018 年）。长江口冬季盛行风向偏北向、夏季盛行风向偏南向，季节性变化明显。平均风速以春季 3-4 月为最大，冬季1-2月和盛夏次之，秋季9-10月份最小。在波浪方面，本工程附近水域的常浪向为ESE向，其频率为21.68%，强浪向为N-NNW 向，由于距离外海较远，波浪不大。综上分析，本项目附近风、浪对通航安全的影响为“较低风险”。

（2）流的评价

一般来说，流对船舶交通的影响主要体现在流对船舶运动和操纵性能的影响上。对于某一特定水域，流速越大、流与船舶计划航线的夹角越大，船舶的航行就越困难，发生交通事故的可能性也就越大。根据2022年监测资料，白茆沙断面涨、落潮流速极值分别为1.73 m/s、2.05 m/s；线位断面线位北涨、落潮流速极值分别为2.11 m/s、1.89 m/s；线位断面线位南涨、落潮流速极值分别为1.64 m/s、2.12 m/s；新桥港北断面涨、落潮流速极值分别为1.51 m/s、1.81 m/s；新桥港南断面涨、落潮流速极值分别为1.92 m/s、2.19 m/s。场区附近的潮流流速对航道内正常通航的船舶安全影响不大。综上分析，本项目附近潮流对通航安全的影响为“较低风险”。

（3）能见度评价

在气象原因引起的海难中，由于雾引起的事故占31.4%，是台风事故的2倍。特别是在港口及其附近水域，船舶由于无法直接观察船舶周围的情况，定位、避让和船舶机动受到限制，航行变得更加困难和危险。在世界许多港口的港章中，大多有当能见度达到一定程度时，禁止船舶进出港口或禁止船舶靠离码头的规定。工程区域能见度≤  1 km的雾日年平均天数为42天，持续时间平均为3.2 h；能见度≤500 m的大雾日年平均天数为18天，持续时间平均为2.5 h。考虑到对我国17个主要港口年平均能见度不良日数的统计，其平均能见度不良天数为34天，最低为14天，最高为73天；其中年均能见度不良天数在30天以下者为9 处，30 ～ 40天者为 3 处，40 ～ 50天者为3处，50天以上者为2处。因此，本工程水域能见度对通航安全的影响为“较低风险”。

4.2 交通条件风险评价

（1）航道评价

航道对船舶通航安全的影响与航道通航宽度、弯曲状况以及航道水深因素有关。根据国内外有关研究结论，航道通航宽度对船舶通航安全的影响可从航道最窄处的通航宽度与对应通过的最大船长的比值来加以评价；航道弯曲状况对通航安全的影响可以从航道最大弯曲角度来加以分析。工程区附近航路水深条件好，航路宽度能满足船舶进出需求，而且航路转向较少。因此航道安全性的影响评价为“较低风险”。

（2）交通流与通航密度评价

交通流与通航密度指标直接反映了工程水域船舶交通汇聚态势与汇聚程度。经船舶AIS航迹统计分析可知，在本工程线位附近的通航船舶非常多，虽然本工程以隧道形成穿越通航水域，但考虑到本工程建设期的地质勘察等工作需占用航道，因而将本项目附近交通流与交通密度对通航安全的影响评价为“较高风险”。

（3）助航设施评价

助航设施通过灯光、音响或无线电信号等，供船舶确定船舶方位、航向，并避离危险物，以沿航道或预定航线安全航行。工程附近水域助航设施布置较为完善。因此，本项目水域助航设施总体评价为“低风险”。

（4）碍航物风险评价

礙航物，就是指水中一切对船舶安全航行构成威胁的物体，包括自然物和人工物体。本工程及其附近水域无礁石沉船等水下碍航物。因此，本项目碍航物对通航安全的影响为“低风险”。

4.3 安全监管风险评价

海事主管机关和服务部门负责辖区海上安全、救助及防污染等各项管理工作，是影响船舶进出港、靠离泊及港内作业安全的重要管理部门。项目水域隶属于上海海事局所属宝山海事局和崇明海事局辖区。目前上海海事局在工程水域已建立了长效的监管机制，并配备了有效的监管和通讯设施，其建设的VTS雷达设备等通讯信号均能够较好的覆盖本工程水域。因此，本项目场区附近的安全监管风险“低风险”。

5 结 论

5.1 主要论证结论

（1）拟建工程建设不会对工程河段的气象、水文环境产生影响。

（2）拟建工程以隧道形式穿越通航水域，且埋深满足航道发展需求，对航道布置、现行航路设置及船舶通航没有影响。

（3）拟建工程以隧道方式穿越长江口南支河段，不会对船舶交通流和交通秩序产生影响。但在工程建设期，水上勘探等作业将会对船舶交通流和交通秩序产生不利影响。水上作业前，应制定好作业计划、协调好交通组织、做好安全警戒等保障措施。建设期交通流和交通秩序影响是暂时的，水上作业完成后即可恢复正常。

（4）拟建工程建设不会对工程河段船舶航行操纵产生影响。

（5）拟建工程建设不会对宝山侧码头产生影响，但崇明侧穿越皇恩混凝土公司码头，紧邻华润大东船坞公司码头，对码头建设将产生不利影响。

（6）拟建工程线位穿越宝山北锚地应急专用锚区，与《电力设施保护条例》（国务院令第239号）要求存在矛盾。

（7）拟建工程建设不会对附近取水口产生影响。

（8）拟建工程线位穿越扁担沙整治工程坝底，对后续扁担沙整治工程实施将产生影响。

5.2 综合评估结论

拟建工程位于长江口南支河段，工程水域宽阔，河势近期总体冲刷、局部滩槽调整。拟建工程以隧道形式穿越现有航道，工程建设对工程河段气象与水文环境、现有航道布置与航路设置没有影响；工程建设对船舶航行操纵、航道通过能力、交通秩序影响较小。在认真落实有关专题提出的安全保障措施和采取相关建议的基础上，拟建工程在施工期和营运期的安全风险可得到有效缓解；在各方的共同努力下，工程建设对通航环境和通航安全的影响能够得到有效控制。

作者简介：

李峰，本科，工程师，从事电力空间规划工作，13681643580