變頻調(diào)速恒壓供水在白云山隧道的應(yīng)用

摘要:文章通過介紹白云山隧道的恒壓變頻供水系統(tǒng)，提高隧道施工的科技含量，降低施工生產(chǎn)成本，節(jié)約能量消耗，解決高山峽谷施工用水的困難，以供類似工程的借鑒。

關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速恒壓供水;白云山隧道;應(yīng)用

中圖分類號:TM921.51文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)14-0070-02

1工程概況

宜萬鐵路工程，東起湖北省宜昌市花艷站，西至重慶市萬州站，新建線路377 km。該線的建成，對促進中西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，特別是對湖北和重慶四川三省經(jīng)濟的發(fā)展以及對完善中南西南鐵路干線網(wǎng)，都具有重要意義。我項目部擔負施工的第六標段白云山隧道，全長6.827 km，隧道進口里程DK40+550，出口里程DK47+377。隧道進口段DK40+550~DK43+050坡度為5.9‰，出口段DK43+050~DK47+377坡度15.3‰，整個隧道的坡度為單面坡(上坡)。

隧道區(qū)屬構(gòu)造剝蝕，溶蝕深切割中低地區(qū)，基本地形配置為臺原山地和深切峽谷。隧道最底處位于石板溪，標高280 m，最高處位于搭鏈子坑附近的山脊，標高980m，相對高差700 m。DK40+555~DK43+800為中地山臺原山地，以峰叢槽谷、溶丘洼地為主，地表巖溶洼地、漏斗、落水洞、峰叢發(fā)育，以水平巖溶管道發(fā)育為主，DK43+800～DK47+369為深切峽谷區(qū)，地貌類型為中低山巖溶峰谷地，主要發(fā)育垂直巖溶。

2供水方案的確定

2.1水源調(diào)查

經(jīng)過對隧道四周的勘測，發(fā)現(xiàn)方圓四周只有三處水源:車溪紙廠灣水源、車溪耗子洞水源、白云山響水洞水源。車溪紙廠灣水源離洞口900 m，高差-120 m，最大水流量150 m³/h，最小水流量15 m³/h，水質(zhì)分析水干凈無污染。車溪耗子洞水源離洞口2 500 m，高差-200 m，最大水流量300 m³/h，最小水流量26 m³/h，水質(zhì)分析水干凈無污染。白云山響水洞水源離洞口5 000 m，高差360 m，最大水流量100 m³/h，最小水流量5 m³/h，水質(zhì)分析水干凈無污染。

2.2水源確定

經(jīng)過分析論證，車溪紙廠灣水源為理想水源。盡管白云山響水洞水源只需鋪設(shè)5 km的管道，但水源水量不足，不能夠滿足供應(yīng)施工需求。從經(jīng)濟上考慮，紙廠灣水源比耗子洞水源要經(jīng)濟，成本造價低。

2.3供水方案的確定

①車溪紙廠灣水源與洞口相對高差120 m，考慮洞內(nèi)上坡(按3 km、15‰計算)45 m，考慮水力沿程損失，若要用水泵直接抽水，需要132 kW多級水泵(揚程300 m)兩臺，還需要修建高位水池;若要用恒壓變頻供水，需要200Q32-240/18多級潛水泵兩臺。根據(jù)實際地形，結(jié)合節(jié)約能源消耗，降低成本，大力地提高施工的科學技術(shù)水平，采用恒壓變頻供水系統(tǒng)。

②變頻調(diào)速設(shè)備節(jié)能原理。水泵工作特性表明水泵輸出水壓與水泵轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵輸出流量與水泵轉(zhuǎn)速成正比，即水泵軸功率輸出與水泵轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當用水量下降時其軸功率輸出將大大下降。采用變頻調(diào)速供水其節(jié)能潛力非常巨大。

③變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)特點。采用具有現(xiàn)代國際先進水平的交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)和進口電氣原件，設(shè)計合理、運行可靠、噪音低、無污染、高效節(jié)能;根據(jù)實際施工用水需要可自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，改變供水量，控制浪費消耗;啟動方式可使電機為軟啟動，從而減小啟動電流對電器機械設(shè)備元件的沖擊，延長水泵使用壽命;根據(jù)施工需要設(shè)定恒壓后，可實現(xiàn)自動運行，無需安排專人值班作業(yè);保護功能完善，具有故障自我診斷及顯示，如欠壓保護、過流保護、電機熱保護、缺水保護等;節(jié)約電能高效大20%～40%，降低施工成本消耗;隧道施工現(xiàn)場使用，不需修建高山水池，可實現(xiàn)高質(zhì)量安全供水;變頻設(shè)備可重復使用，利用價值高。

2.4隧道供水系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

①雙線隧道(正洞和平導)，單個隧道長度:3 km，單面坡15‰上坡，隧道進口距水源高差120 m。

②洞口距水源管線距離900 m。

③工作面按四個考慮，平導一個工作面4臺風槍，單線正洞兩個工作面16臺風槍，正洞四線雙連拱一個工作面12臺風槍。共按32臺風槍考慮。

④施工高峰用水量估算:四個工作面掘進，所有風槍同時使用時的用水量約Q=0.3×32=9.6 m³/h，噴錨用水按3 m³/h，拌合站用水按8 m³/h(兩個拌合站，每臺拌合站額定出料量20 m³/h)，生活用水按6 m³/h考慮，空壓機每一臺需要4 m³的循環(huán)水(共計10臺空壓機)，不用考慮此水量，施工現(xiàn)場所有用水設(shè)備同時開啟，總用水量為26.6 m³/h?？紤]按30 m³/h.臺進行設(shè)計。

2.5水力計算和設(shè)備選型

①水源至洞口沿程水力損失計算。

H₂=A×L×Q²

=0.0002674×900×8.32×8.32

=16.7 m

②洞口至最不利配水點(隧道盡頭)水力計算。

H₃=A×L×Q²

=0.0002674×3000×2.77×2.77

=6.16m

③水泵揚程計算。

H=H₁+H₂+H₃+H₄+H₅

=120+16.7+6.16+3000×15‰+50

=238m

其中:H₁垂直高差;H₂、H₃沿程水力損失;H₄洞內(nèi)上坡高差;H₅流出水頭;A管道比阻值(鋼管￠100 mm);L供水管道長;Q單洞施工用水高峰水流量按15 m³/h(4.16 L/m);H提水泵最低揚程。

④水泵選型:根據(jù)以上計算選擇200QJ32-240/18潛水泵2臺一備一用供水(也可同時使用，同時使用時的供水量可達到60 m³/h)。

⑤控制柜選型:根據(jù)現(xiàn)場需求選擇HYGS-1-45 kW全自動變頻調(diào)速恒壓供水控制二臺，分別控制二臺供水主泵供水(可一用一備，也可同時使用，同時使用時的供水量可達到60 m³/h)。

2.6供水系統(tǒng)示意圖(如圖1)

3變頻調(diào)速恒壓供水的應(yīng)用

①白云山隧道進口工程為四線雙連拱、三線、雙線、燕尾段及單線正洞和平導施工。目前，正洞按中導洞施工法，中導洞已掘進600 m，掌子面用自制臺車10臺風槍鉆孔，平均每天循環(huán)3個，每循環(huán)鉆孔3 h，噴混凝土600 m，中隔墻基礎(chǔ)鋼筋混凝土已澆注40 m，每組10 m，混凝土21 m³。平導掘進400 m，掌子面用5臺風槍鉆孔，鉆孔每循環(huán)需要4 h，每天3~4個循環(huán)。每天最大供水量共計59 m³(10×3×3×0.3+0.18×21+5×4×4×0.3+0.2×20)。

②趙家?guī)X隧道出口工程屬三項目部施工，其水源供給與白云山隧道同為一條管路，其工程類型為四線雙連拱、三線、雙線、燕尾段及單線正洞，現(xiàn)已施工中導洞350 m，掌子面用自制臺車10臺風槍鉆孔，平均每天循環(huán)2個，每循環(huán)鉆孔4小時，噴混凝土350m，中隔墻鋼筋混凝土已澆注120 m，每天澆一組10m，混凝土74 m³。每天最大供水量共計39 m³(10×2×4×0.3+0.18×74+.2×8)。

③生活營區(qū)用水，生活區(qū)分為一項目部和三項目部。一項目部生活區(qū)用水，生活區(qū)分為前線指揮所、正洞一隊和平導二隊，前線指揮所110人，正洞一隊150人，平導二隊35人，每人平均按150 kg用水計算，合計總用水量0.15×(110+150+35)=44m³。

三項目部生活區(qū)用水，生活區(qū)分為前線指揮所和隧道施工隊，前線指揮所30人，隧道施工隊100人，每人平均按150 kg用水量計算，合計總用水量，合計總用水量0.15×(100+30)=20 m³。

④空壓機站合計三座，平導空壓機站2臺，需水量8m³，正洞隊空壓機站6臺，需水量24 m³，趙家?guī)X隧道空壓機站3臺，需用量12 m³。

⑤每天合計最大總水量:

206 m³(59+39+44+20+8+24+12)。

4結(jié) 語

①通過開工半年以來的工程實踐，變頻調(diào)速恒壓供水的方案是可行、經(jīng)濟、穩(wěn)妥、有效、科學的，僅電費一項就節(jié)約18萬元，取得了較好的經(jīng)濟效益。

②變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在其他高山峽谷修隧道施工中具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

③變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)可供為其他類似借鑒，如一般的隧道變頻供風、變頻通風等。

④變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)適應(yīng)時代發(fā)展要求，在環(huán)境保護、水土流失、降低噪音等方面具有比較科學的指導意義。

參考文獻:

[1] 鄭永新.CRD法在雙線大跨鐵路隧道中的應(yīng)用[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學院學報，2009，(3).