隧道突發(fā)大涌水下施工的電源保障方案

吳曉剛

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司勘測設(shè)計(jì)分公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

1.1 地理位置

康家樓隧道位于和榆高速公路（二期）LJ10合同段內(nèi)（起訖樁號為K69+380-K76+523.556），為和榆高速公路控制性工程，地理位置位于和順縣松煙鎮(zhèn)康家樓村西1300m至松煙鎮(zhèn)大發(fā)溝村東1350m（省界）間，為雙線4車道高速公路，設(shè)計(jì)速度為80km/h。右線全長8495m，省內(nèi)長度6768.556m(其中明洞10m)；左線全長8485m，省內(nèi)長度6831.409m(其中明洞5m)。左、右線均為特長隧道，左右線間距35m，最大埋深511.4m，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，洞門采用端墻式結(jié)構(gòu)，隧道縱坡為-1.95%，為下坡施工?？导覙撬淼涝O(shè)計(jì)有2座通風(fēng)斜井，均在線路右側(cè)?？导覙撬淼?#斜井長1337.384m,與主洞交叉樁號為K74+550，坡度為-12.70%，2#斜井長1002.265m,與主洞交叉樁號為ZK74+070，坡度為-15.75%。1、2#斜井施工過程中作為施工斜井，參與正洞施工，運(yùn)營后作為永久性的通風(fēng)斜井。

1.2 地下水設(shè)計(jì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘查資料，康家樓隧道整體地下水的富水性相對較弱，以弱富水洞身為主，部分屬于中等富水段，局部段落接近強(qiáng)富水洞體標(biāo)準(zhǔn)，在斷裂構(gòu)造、巖溶通道附近，極有可能相互連通，施工中洞體極有可能涌水、突水，對工程影響嚴(yán)重。地下水經(jīng)取樣分析，對混凝土無腐蝕，對鋼筋有弱腐蝕性。

通過涌水量分段預(yù)測（山西段）。右洞含水段長6764m，最大涌水量為5116.9m3/d，正常涌水量為1142.1m3/d；左洞含水段長6210m，最大涌水量為4633.1m3/d，正常涌水量為1119.7m3/d。1#斜井含水段長度為1152m，最大涌水量為910m3/d，正常涌水量為180m3/d；2#斜井含水段長度為847m，最大涌水量為621m3/d，正常涌水量為120m3/d。

1.3 實(shí)際地下涌水情況

截至2013年元月5日，唐家樓隧道主洞左右線完成掘進(jìn)1940m，2#斜井已完成斜井段施工，進(jìn)入主線右線大小里程完成施工570m，左線工作面完成施工90m，1#斜井完成掘進(jìn)810m。從2012年5月以來，隧道主洞左右線、斜井段相繼出現(xiàn)大的涌水，經(jīng)現(xiàn)場計(jì)量，主洞左線最大用水量達(dá)到17000m3/d,右線最大涌水量達(dá)到9000m3/d，1#斜井涌水量長期維持在11000m3/d，2#斜井進(jìn)入主洞后大里程方向掌子面也出現(xiàn)股狀涌水，且斜井洞身涌水量長期維持在3400m3/d，施工現(xiàn)場的實(shí)際涌水量與原設(shè)計(jì)涌水量出現(xiàn)較大的偏差，施工要素如何配備、施工用電如何調(diào)整、排水系統(tǒng)如何優(yōu)化，將對施工進(jìn)度產(chǎn)生較大的影響。

2 調(diào)整供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 原設(shè)計(jì)方案

唐家樓隧道施工上場初期，為滿足施工現(xiàn)場需要，根據(jù)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì),共向當(dāng)?shù)毓╇姽旧暾堄秒娯?fù)荷6815kVA。其中，唐家樓隧道主洞入口裝設(shè)2臺1000kVA的變壓器和1臺315kVA的變壓器；1、2#斜井入口處，裝設(shè)4臺1000kVA的變壓器和1臺500kVA的變壓器（兩斜井施工共用電源），施工電源由松煙35kV變電站10kV許村線4#桿T接約18km至項(xiàng)目施工現(xiàn)場。1～4#為240mm2裸鋁導(dǎo)線，4#至項(xiàng)目終端桿全部為185mm2裸鋁導(dǎo)線。

2.2 現(xiàn)場供電質(zhì)量

由于電力專線的供電線路較長，負(fù)荷集中，隨著隧道施工深入，用電負(fù)荷逐步增大，而且增大的負(fù)荷中，抽水負(fù)荷占到75%以上，洞內(nèi)每級抽水泵站的日常負(fù)荷基本上都在350kW上下，基本上每個泵站附近各設(shè)1臺500kVA洞內(nèi)專用變壓器。施工到2013年初，共安裝洞內(nèi)移動（固定）式500kVA變壓器8臺，總計(jì)容量為4000kVA。從當(dāng)?shù)毓╇姴块T了解到的情況，高峰期，線路的最大負(fù)荷為4500kW。隨著施工的深入，還有進(jìn)一步增大的可能性。1、2#斜井口的一臺1000kVA變壓器停用后，改為升壓變壓器配合2臺500kW發(fā)電機(jī)使用，以解決暫時停電后，斜井洞內(nèi)的抽水負(fù)荷需求。從2012年11月開始，間斷性地出現(xiàn)高壓電壓偏低，到11月份底，有時高壓側(cè)電壓僅有9000V?，F(xiàn)場的10kV變壓器全部調(diào)高電壓輸出，即使這樣，也經(jīng)常出現(xiàn)低壓側(cè)電壓偏低的情況，甚至距離變壓器200m多以外就無法啟動設(shè)備，造成大量的水泵電機(jī)等燒毀。

表1

2.3 階段供電保障方案

經(jīng)調(diào)研，提出如下的保障階段供電質(zhì)量的方案。

（1）對松煙35kV變電站內(nèi)10kV母線、上下引線以及開關(guān)連接母排進(jìn)行改造（松煙35kV變電站內(nèi)10kV母線為120mm2裸鋁導(dǎo)線，上下引線僅為70mm2裸鋁導(dǎo)線，開關(guān)連接母排也僅為30×4銅排）。

（2）檢查項(xiàng)目部12臺變壓器的無功補(bǔ)償情況，更換不合格及燒毀的電容器，同時適當(dāng)增大補(bǔ)償容量。

（3）在隧道進(jìn)口附近設(shè)置一座6300kVA調(diào)壓穩(wěn)壓站，從根本上解決隧道施工電壓降過大的問題。

（4）其他方案，包括安裝串聯(lián)電容補(bǔ)償、安裝洞內(nèi)高頻增壓專用設(shè)備等。

經(jīng)過對松煙變電站的技術(shù)改造、對主變輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，更換現(xiàn)場不合格并聯(lián)電容及適當(dāng)加大并聯(lián)補(bǔ)償容量，現(xiàn)場電壓基本恢復(fù)穩(wěn)定，所以，暫時不考慮在10kV線路末端新建10kV自耦調(diào)壓穩(wěn)壓站及其他調(diào)壓穩(wěn)壓措施。

3 備用電源的配置方案

為解決地方電網(wǎng)臨時停電導(dǎo)致洞內(nèi)無法排水，而引起涌水淹沒掌子面，甚至淹沒部分設(shè)備的狀況，在1、2#斜井入口處，設(shè)2臺500kW的發(fā)電機(jī)，并聯(lián)后經(jīng)由1000kVA升壓變壓器升壓后送至洞內(nèi)，通過洞內(nèi)的降壓變壓器降壓后使用，主洞進(jìn)口暫未設(shè)固定發(fā)電站，停電時，只能靠租用地方的500kW移動變電站來解決洞內(nèi)的抽水問題，在系統(tǒng)停電和當(dāng)時大量涌水的情況下，根本無法保證洞內(nèi)抽水的負(fù)荷需要。高峰時用于洞內(nèi)抽水的負(fù)荷情況見表1。

由于主洞及1、2#斜井均為反坡排水，洞內(nèi)所有涌水都需要2級甚至3級以上泵站才能抽排至洞外，洞內(nèi)抽水負(fù)荷正在逐步增大。根據(jù)使用設(shè)備統(tǒng)計(jì)，主洞洞內(nèi)的抽水負(fù)荷為1375kW，2#斜井的洞內(nèi)抽水負(fù)荷793kW，1#斜井的洞內(nèi)抽水負(fù)荷為933kW。項(xiàng)目所在地距離和順縣城40余km，距離松煙變電站也超過18km，供電可靠性差，經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)性停電，而且，隨著掘進(jìn)的深入，負(fù)荷還會進(jìn)一步增大。當(dāng)時，隧道主洞還有約4200m的施工任務(wù)，1#斜井還有500多m的掘進(jìn)任務(wù)，項(xiàng)目工期截止到2013年底，施工任務(wù)十分艱巨。

為此，考慮在1、2#斜井口新增2臺500kW發(fā)電機(jī)，與既有的2臺500kW發(fā)電機(jī)并聯(lián)使用，通過現(xiàn)場既有的2臺同型號的1000kVA升壓變升壓后送至洞內(nèi)；主洞進(jìn)口段設(shè)4臺500kW發(fā)電機(jī)，通過現(xiàn)場既有的兩臺同型號的1000kVA升壓變壓器升壓后送至洞內(nèi)，以滿足地方電網(wǎng)停電時，洞內(nèi)負(fù)荷特別是抽水負(fù)荷的要求。

[1]辛國平,李集光,劉漢紅.富水大斷面陡坡曲線斜井施工技術(shù)[J].公路隧道. 2009(03).

[2]曹學(xué)強(qiáng). 康家樓隧道斜井涌水處治技術(shù)研究[J]. 公路,2014(5):127-130.