莫冉
[摘 要]长大隧道是隧道施工的发展趋势，在长大隧道施工中的一项重要环节是施工供电，如何提供安全、可靠的施工用电是困扰工程安全、质量以及进度的难题。长大隧洞施工通常在偏远地区，原低压进洞供电方式已不能满足施工用电要求。通过对比分析，采取高压进洞的方式、二级变压或者低压补偿的方式才能解决施工用电电压不足的问题。结合新关角隧道施工供电，研究高压进洞技术，对类似长大隧道施工供电有借鉴意义。
[关键词]长大隧道 施工供电 高压进洞 电压降
中图分类号：TS761.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0150-03
1、引言
施工用电为临时用电，周期短，用电负荷大，对供电安全性要求高。而隧洞施工地点多数位于偏僻的山区，需要建设临时变电所为工程施工提供施工电源，工程结束后，为工程施工需要建设的输供电线路及供用电设施都要拆除并恢复原有土地使用功能。我在隧道施工中做出了实用性研究成果。文献[1]介绍了区域性66 kV供电所设备选型和施工技术；文献[2]介绍了车载移动式变电站在长大隧洞施工供电中的应用；文献[3]以拉脊山特长公路隧道为例分析了高原长大隧道的施工资源优化配置。文献[4]结合精伊霍铁路科克乔克三号隧道， 探讨了隧道内施工机具的功率及电压降的计算，同时介绍了隧道的高压进洞技术和线路设计与施工。
在隧道施工中，大功率的用电设备（如空压机、台车、风机、输送泵、水泵、混凝土喷射机、电焊机等） 都会用到电。但随着隧道开挖进尺增加，供电线路加长，电压降低，洞内掌子面出现供电不足[5]，供电线路越长，供电不足现象越严重，并影响工程施工的正常进行。
长大隧道施工过程中，需制定先进、合理、经济的洞内供电方案，配置相应的供电设备，克服隧道长距离施工供电难题是实现隧道快速施工的重要保障。
2、工程概况
青藏铁路西格二线关角隧道位于既有青藏铁路西格段天棚车站与察汗诺车站之间，青海省海西州天峻县境内[6]。隧道为两座平行的单线隧道，隧道起止里程为DK280+550～DK313+195，全长32.645km，为I级铁路双线隧道。隧道从青海南山高山区的关角日吉山下面穿过，进口段位于布哈河冲积平原，隧道进口以北为宽阔、平坦的布哈河冲积平原，地形开阔。隧道进口高程为3378.72，出口高程为3324.10，新建隧道为两座平行的单线隧道，位于直线段上，隧道进口段为8‰的上坡，在岭脊设坡度代数差后，以9.5‰的坡度连续下坡。关角隧道正洞及斜井位置平面布置见图1。
3、高压进洞的必要性
由于关角隧道为高海拔特长隧道，其隧道洞内为多工序平行作业，负荷比较集中，供电可靠性要求高，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。针对此情况，通常采用高压进洞技术，即将高压从洞外引人洞内，然后在洞内将高压变为低压来满足洞内施工用电的技术。输电线路中电压降的计算可表示为：
式中：—有效功率；—电流；—电阻；—电抗；—单位长度电阻；—单位长度电抗；—额定电压；—电损常数；—线长。
由上式可看出，电压降与电损常数、有效功率以及线长成比，因此电压降仅可通过改变电损常数来降低，对于确定的线路及导线，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现状。
4、线路设计
4.1 用电量估算
隧道用电包括洞口用电、洞内用电、泄水洞用电、泄水洞用电、碎石场用电、备用电源。隧道施工工作面用电按下式计算：
式中：—施工高峰负荷的有效功率（kVA）；
—余度系数，常取1.1；
—用电同时系数，常取0.7；
—损耗补偿系数，常取1.06；
—需要系数，常取0.3～1.0；
—额定容量（KW）；
—室外照明负荷（KW）；
—室内照明负荷（KW）；
关角隧道正洞及斜井总用电量具体计算结果详见表1。
4.2 变压器容量确定
为了便于研究长大隧道施工过程高压进洞供电技术，在关角隧道施工中选取最长高压进洞线路，因独头掘进距离长，故洞内供电施工技术是关角隧道施工应解决的重要问题。由关角隧道正洞及斜井位置示意图与斜井参数（见表2）可看出关角隧道进口和斜井掘进长度加上承担正洞任务量独头掘进都大于 2000 m，最长的6号斜井为2824m，加上正洞施工任务达到4800m。故选取6#斜井高压进洞线路进行研究。根据6#斜井估算的施工总用电量来选择变压器，其容量应等于或略大于施工总用电量，且在使用过程中，一般使变压器承受的用电负荷达到额定容量的60%左右为佳。则变压器的容量为：
，则有表1可得，6#斜井变压器容量为：
由上述计算可得，关角隧6号斜井至正洞施工应选取三台1000kVA变压器和一台1000kVA洞内移动变压器。
4.3 线路建设
场内施工用电由架设的电力干线接入后，正洞、斜井按用电量分设变压器和配电盘，再用电缆通向拌合场、空压机站、抽排水机站等用电设备供电。
（1）导线选择
导线通常按经济电流密度法选择，即根据线路所带的最大负荷利用小时以及芯线材质， 然后按现行电能单价和材料价格分析得出经济电流密度，最后计算得出正常运行时的最大负荷电流，经济电流密度见表3[7]。
关角隧道导线采用塑料绝缘铝绞线或橡皮绝缘铝芯绞线架设，开挖、未衬砌地段以及移动式手提灯使用铜芯橡皮绝缘裸铝包电力导线，导线经济合理截面选择见表4。
（2）线路架设
规范[8]规定输电干线或动力、照明线路安装在同一侧时，必须分层架设。架设原则为高压在上，低压在下；干线在上，支线在下；动力线在上，照明线在下。洞内电线路与风水管路不宜架设在同一侧。电线悬挂高度距人行地面：400V以下大于2m；10kV大于3.5m。洞内动力线沿隧道边墙起拱线处明敷，采用120mm2线路，照明线采用16mm2线路，间隔20m设一处100W高效节能灯泡。掌子面及各个地下工作面均采用36V低压照明。
隧道电线路架设分两次进行。进洞初期，先架设临时电路，随着工作面的推进，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。
10kV电缆线路，电缆的终端应装有密闭和绝缘性能良好的接线盒。电缆两端垂直高差大于15m时，应采用不滴流电力电缆。
成洞地段用10kV高压电缆送电以及洞内设置10kV 变电站时，除应符合铁道部现行规范[8]的有关规定外，并应有保证安全的措施。
开挖、未衬砌地段应按移动式线路布置。
不允许将通电的多余电缆盘绕堆放，以免引起电缆过热发生燃烧和增加线路电压降。
关角隧道正洞与斜井的管线布置分别见图2与图3.
5、结语
对于高海拔长大隧道隧道，其隧道洞内为多工序平行作业，负荷比较集中，供电可靠性要求高，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。因此隧道施工正常进行的关键是高压进洞，而确定合理的变压器容量和导线规格是隧道高压进洞技术的关键。隧道高压进洞导线通常采用经济电流密度法与允许电流条件法选择。在关角隧道中应用高压进洞技术不仅施工用电达到预期效果也保证了施工完全和进度目标。
参考文献
[1] 王磊，陈燕.66 kV变电所供电设计[J].通信电源技术，2011，28（6）：52 -54，60.
[2] 李奎涛.车载移动式变电站在长大隧洞施工供电中的应用[J].河南水利与南水北调，2015，6：5-6.
[3] 李永.高原特长隧道机电设备选型及配置[J].建筑机械，2014，9：42-45.
[4] 王华.科克乔克三号隧道高压进洞技术[J].山西建筑，2008，34（12）：318-319.
[5] 姜保明.特长隧道洞内供电施工技术[J].铁道建筑技术， 2013（8）：106-03
[6] 铁道第一勘察设计院.改建铁路青藏线西宁至格尔木段增建第二线施工图设计.关角隧道设计图.西安：铁道第一勘察设计院，2008.
[7] 王得林，严少发.隧道高压进洞的关键技术[J].铁道建筑，2009 （12）：53-55.
[8] 《铁路电力施工规范》（TB 10207-1999）.北京：中华人民共和国铁道部.
