太古供暖隧道配套附屬設(shè)施設(shè)計方案

楊 濤

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030012）

古交興能電廠采用純凝火力發(fā)電，發(fā)電的同時產(chǎn)生大量乏汽余熱，現(xiàn)將余熱利用可承擔太原市總采暖面積一半左右的供熱量，在不增加當?shù)丨h(huán)境污染排放量的情況下，極大緩解太原市熱源不足的問題。

實現(xiàn)此方案需在古交電廠至太原市之間敷設(shè)4根DN1400供熱管道（兩供兩回），管道供水溫度為130℃，回水溫度為25℃，工作壓力2.5 MPa，采用聚氨酯保溫。古交電廠與太原市區(qū)之間橫亙西山山脈，管道通過需途經(jīng)3座隧道，分別為供熱1號隧道（1 432 m）、供熱2號隧道（2 435 m）、供熱3號隧道（11 040 m）。

1 系統(tǒng)特點

一般熱力管道均為地下直埋或室內(nèi)架空，散熱、維護、巡檢方式較為簡單。本項目熱力管道需在隧道內(nèi)敷設(shè)，隧道環(huán)境的封閉性決定了其在余熱排除、人員安全、故障處置、日常維護方面有諸多特殊性，對隧道內(nèi)配套附屬設(shè)施的配置方案提出了更加苛刻和獨特的要求。

目前，國際尚無供熱管道利用隧道遠距離穿越山脈的工程先例，也無配套規(guī)范可以參照。其項目特點與城市管廊、公路隧道既有相同點也有不同之處，因此隧道內(nèi)配套附屬設(shè)施配置方案需采用專題研討、類比參考相關(guān)規(guī)范的辦法，完成開拓性設(shè)計。

為保障采暖季管道、管道自控設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，保護巡檢人員的人身安全，保證管網(wǎng)自控設(shè)備在火災(zāi)或崩管等惡性事故下仍能有效動作，需在隧道內(nèi)設(shè)置通風、監(jiān)控、供配電、照明、消防、安全標識等配套附屬設(shè)施。

2 隧道通風設(shè)施

本項目隧道通風計算時需考慮正常散熱通風、入洞檢修換氣、崩管事故排熱和火災(zāi)煙霧排出等幾種情況。

a）正常散熱通風。本項目熱力輸送采用大溫差技術(shù)，供水管水溫高達130℃，雖管道外包裹有聚氨酯保溫材料，但在正常運轉(zhuǎn)時仍會散失較多熱量。這些熱量在隧道內(nèi)聚集，若不及時排除，會導(dǎo)致回水管溫度升高，降低換熱效率；同時，環(huán)境溫度的升高會極大地增加設(shè)備故障率，引起不良后果。因此需采用機械通風換氣的方式引進洞外冷風，將隧道內(nèi)排風口環(huán)境溫度控制在35℃以下，保證所有機電設(shè)施安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

b）入洞檢修換氣。為了保障檢修人員進入作業(yè)區(qū)時的生命安全，維持適宜的環(huán)境溫度和含氧量，該工況下?lián)Q氣次數(shù)執(zhí)行2次/h[1]。

c）崩管事故排熱。當發(fā)生供水管泄漏時，高溫高壓水瞬間外泄，產(chǎn)生大量熱蒸汽并使隧道內(nèi)溫度急速升高。為減少熱環(huán)境對洞內(nèi)機電設(shè)備的損壞，加快搶修進度，縮短供熱中斷時間，需考慮管道崩裂后的熱量排除，計算時需考慮如下幾個邊界條件：（a）各級水泵降頻停泵和事故點前后閥門關(guān)閉期間的噴水量；（b）按照1 km長的供熱管道內(nèi)中存水流出計算涌水量；（c）泄水產(chǎn)生的熱量需在12 h內(nèi)排除；（d）洞外環(huán)境溫度按照-10℃考慮。

d）火災(zāi)煙霧排出。隧道內(nèi)火災(zāi)主要有電氣和巡檢車輛交通事故引起的火災(zāi)，其火災(zāi)特點類似于公路隧道。因此參照公路隧道規(guī)范，最大熱釋放率按照20 MW計算[2]。

本項目可利用的出風、進風口僅為隧道洞口和有限的通風斜井，通風方式和通風計算均類似于公路隧道。通過計算可知，供暖1號、2號隧道采用全射流縱向通風方式，供暖3號隧道需采用單斜井送排式通風方式。

3 隧道監(jiān)控設(shè)施

根據(jù)項目特點并和相關(guān)規(guī)范，配置適合本工程需要的監(jiān)控設(shè)施，主要包括[3]視頻監(jiān)視設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)廣播設(shè)施、環(huán)境信息檢測設(shè)施、隧道本地控制系統(tǒng)、無線通信設(shè)施、緊急電話設(shè)施、火災(zāi)檢測設(shè)施、監(jiān)控中心及配套管線等。

圖1 隧道內(nèi)各類設(shè)施布置斷面圖

a）視頻監(jiān)視設(shè)施 洞內(nèi)管道上的自控設(shè)備為監(jiān)控重點，在該處附近設(shè)置高清紅外快球攝像機，便于全方位監(jiān)視，其余段落按間距100 m設(shè)置高清紅外固定槍式攝像機（配LED紅外補光燈）。在隧道外變電所、隧道內(nèi)箱變洞室及斜井變電所設(shè)置高清紅外快球攝像機，最終實現(xiàn)對整個隧道內(nèi)及配套房屋的無盲區(qū)監(jiān)控。

b）網(wǎng)絡(luò)廣播設(shè)施 隧道內(nèi)每隔50 m設(shè)一個20 W強指向揚聲器，用于日常工作調(diào)度和緊急情況下疏散逃生指揮。

c）環(huán)境信息檢測設(shè)施 由溫度檢測器、濕度檢測器、風速檢測器、氧含量檢測器、主洞光纖光柵檢測報警系統(tǒng)組成。各類檢測器用于實時掌握隧道內(nèi)和變電所內(nèi)當前的溫度、濕度、氧氣含量等指標，為通風系統(tǒng)的自動控制運行、人員能否進洞工作提供依據(jù)；光纖光柵檢測報警設(shè)施主要采集主洞沿線溫度變化，主洞內(nèi)設(shè)置的溫度檢測器可作為備份校驗工具。

d）隧道本地控制系統(tǒng) 隧道內(nèi)、外的變電所設(shè)置控制器，對區(qū)段內(nèi)風機、照明回路進行控制，對斜井風機房的軸流風機和風閥進行控制，對沿線各類環(huán)境信息檢測設(shè)施的數(shù)據(jù)進行采集。各處PLC節(jié)點通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機組建雙光纖環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)隧道內(nèi)PLC與監(jiān)控中心間的通信。

e）無線通信設(shè)施 隧道沿線鋪設(shè)漏泄電纜，各變電所設(shè)置數(shù)字中繼器和功率分配器，進入隧道的救援車輛和維護人員配備手持對講機和車載臺。通過無線通信系統(tǒng)與隧道監(jiān)控中心實時對講通話，是工作調(diào)度、遠程維護技術(shù)支持、事故工況下人工報警的主要通信工具。

f）緊急電話系統(tǒng) 參照公路隧道設(shè)置緊急電話，當隧道內(nèi)現(xiàn)場發(fā)生意外導(dǎo)致無線系統(tǒng)中斷或無法使用時，巡檢人員可以利用設(shè)置在隧道內(nèi)的緊急電話進行呼救和報告事故情況。

g）火災(zāi)檢測設(shè)施 隧道內(nèi)火災(zāi)檢測系統(tǒng)由沿線手動報警按鈕、聲光報警器、變電所煙感溫感探測器、光纖光柵檢測系統(tǒng)、感溫光纜檢測系統(tǒng)組成。用于檢測環(huán)境溫度、檢測火災(zāi)發(fā)生、重要電纜過熱預(yù)警等。

4 隧道供配電設(shè)施

依據(jù)各隧道長度，綜合各類設(shè)施負荷大小、分級和位置情況，結(jié)合35 kV變電站位置，考慮10 kV供電距離等因素，最終采用供熱1號和2號隧道兩側(cè)設(shè)置洞外變電所，供熱3號隧道內(nèi)沿線分布6座洞內(nèi)箱式變電站和1座山頂斜井變電所的供電方案。各變電所采用單母線運行，兩臺10/0.4 kV變壓器一備一用，低壓進線側(cè)設(shè)雙電源自動轉(zhuǎn)換裝置。

由于3號隧道地下變電所中設(shè)置有大量機電設(shè)施，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生大量熱量，若采用機械通風方式將變電所中熱量交換至隧道主洞，因隧道主洞溫度較高會導(dǎo)致變電所內(nèi)環(huán)境溫度降低十分有限。因此在6處地下變電所中均設(shè)置工業(yè)級的高溫空調(diào)機組，用于日常變電所降溫除濕，實現(xiàn)隧道環(huán)境溫度升高時變電所內(nèi)環(huán)境溫度仍能控制在25℃以下的目的。

在事故工況下，因隧道內(nèi)大量高溫水涌出，使得隧道內(nèi)溫度急劇升高，有可能導(dǎo)致地下變電所外環(huán)境溫度超過80℃，高溫空調(diào)無法正常工作，此時應(yīng)在保證重要設(shè)施供電的基礎(chǔ)上，盡可能減少變電所工作負荷，其他非應(yīng)急搶險用設(shè)施應(yīng)斷電自保。當供熱管網(wǎng)自控設(shè)備完成事故風險應(yīng)急處置后，若在后續(xù)的換氣降溫階段高溫空調(diào)仍無法正常工作，且此時變電所溫度超過45℃，應(yīng)根據(jù)主洞內(nèi)情況考慮停用超溫的地下變電所，待超溫變電所外環(huán)境溫度有所下降后再行嘗試恢復(fù)工作。

5 隧道照明設(shè)施

照明系統(tǒng)主要為人員進洞巡檢服務(wù)，其次為監(jiān)控值班人員隨時遠程巡視洞內(nèi)狀況使用。結(jié)合隧道主體結(jié)構(gòu)及管道的布設(shè)位置，采用拱頂中央單排布燈方式，主洞照明采用60 W LED燈，布設(shè)間距6 m，照明亮度100 lx[4]；箱變洞室采用80 W LED燈，布設(shè)間距5 m，照明亮度200 lx。

各處照明均劃分為正常照明和應(yīng)急照明，平時全部關(guān)閉，當需要人員進洞檢修時，遠程開啟全線應(yīng)急照明，確認安全后人員進洞，當部分段落需要增加亮度時，再行開啟正常照明。當檢修完畢且人員撤離后，遠程關(guān)閉所有照明。

6 隧道消防原則

洞內(nèi)可燃物質(zhì)較少，主要火災(zāi)隱患為電氣起火或進洞巡檢車輛起火，因此在洞內(nèi)每隔50 m設(shè)置干粉滅火器組，在變電所設(shè)探火管感溫自啟動滅火裝置作為主要消防工具。同時，在各專業(yè)設(shè)計中需遵循如下幾個方面的防火原則。

a）封閉門采用防火門，橋架、管箱、管口需進行分段防火封堵[5]。

b）盡量選用耐高溫的電纜（NHYGF-型），并做好電纜防水處理，杜絕電纜在隧道內(nèi)的中間接頭。

c）電纜的截面選擇時應(yīng)重點按載流量指標校核，確保設(shè)備在高溫工作時電纜發(fā)生過熱狀態(tài)。

d）盡量選用工業(yè)級、耐高溫、阻燃、耐潮濕的機電設(shè)施，隧道主洞內(nèi)沿線布置的各類前端監(jiān)控設(shè)施、控制箱的防護等級均應(yīng)達到IP65。

e）設(shè)計時盡量將機電設(shè)施集中設(shè)置在洞外變電所或洞內(nèi)地下箱式變電站，利用高溫空調(diào)集中降溫處置。

f）供熱管道保溫層需進行防火密封處理，沿途設(shè)置阻火帶。

項目投入后需建立完善的進洞維護制度和應(yīng)急處置預(yù)案，教育維修人員做好攜帶可燃物質(zhì)的管控，所有進洞車輛需隨車攜帶足夠數(shù)量的滅火裝置。

7 隧道安全標示

隧道設(shè)置里程樁、反光標和車道邊緣線[6]。其中反光標安裝在隧道內(nèi)兩側(cè)管道支架上，顏色為“左黃右白”，車輛通道邊緣線采用200 mm的白色熱熔標線。

8 結(jié)語

設(shè)置供暖隧道配套附屬設(shè)施的主要目的是維持隧道正常情況下的環(huán)境溫度，滿足遠程或人員進洞巡檢，對于管道泄露事故而言可采用的應(yīng)對措施十分有限。因此隧道事故時機電設(shè)備應(yīng)在滿足應(yīng)急處置方案順利實施的基礎(chǔ)上，立足于自保和快速排風降溫，具體預(yù)警措施、快速反應(yīng)機制、應(yīng)急預(yù)案編制、人員逃生辦法應(yīng)匯同管網(wǎng)工藝設(shè)計、管網(wǎng)自控設(shè)計、管網(wǎng)巡檢模式、管網(wǎng)事故處置預(yù)案等專業(yè)協(xié)同編制。