地鐵盾構(gòu)施工臨時(shí)用電方案設(shè)計(jì)與分析

余靜波

摘? 要：隧道盾構(gòu)施工是城市地鐵建設(shè)中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在研究相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合某地鐵線盾構(gòu)區(qū)間建設(shè)情況，設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)總體方案，并對(duì)線路、專用高壓開關(guān)、盾構(gòu)機(jī)電纜及配套設(shè)施相關(guān)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，分析和計(jì)算配電變壓器容量。通過設(shè)計(jì)和分析，為盾構(gòu)機(jī)施工用電提供科學(xué)方案和可靠技術(shù)支持，保障地鐵工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)? 專用高壓開關(guān)? 配電變壓器? 地鐵

中圖分類號(hào)：U231.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（c）-0042-04

Abstract： Tunnel shield construction is one of the most important part in the city subway construction. Basing on the research of related technology and combining with the construction of the metro line， the overall scheme of power supply system is designed. The detailed design is focused on line， special high-voltage switch， electrical cable shield and supporting facilities. The capacity of distribution transformer is calculated as well. Through the design and analysis， the scientific scheme and reliable support are provided for the construction of shield machines， so as to ensure the smooth progress of the subway project.

Key Words： Shield machine; Special high-voltage switch; Distribution transformer; Subway

地鐵軌道交通被認(rèn)為是解決大中型城市公共交通運(yùn)輸問題的重要途徑[1-2]， 在我國有著廣闊的發(fā)展前景。在城市地鐵軌道建設(shè)過程中，盾構(gòu)施工是最為關(guān)鍵的一環(huán)[3]，施工精度和速度直接影響地鐵工程建設(shè)的質(zhì)量和進(jìn)度。因此，對(duì)盾構(gòu)臨時(shí)用電施工方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和分析，事關(guān)地鐵建設(shè)全局，需要重點(diǎn)考慮。

1? 工程概況

某市地鐵線工程出入場(chǎng)線盾構(gòu)區(qū)間呈南北走向，盾構(gòu)隧道總長1886.7m（以單線隧道長計(jì)），其中出場(chǎng)線盾構(gòu)隧道長951.5m，入場(chǎng)線盾構(gòu)隧道長935.2m。盾構(gòu)區(qū)間采用CTE6250盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，盾構(gòu)掘進(jìn)分為兩次始發(fā)、兩次接收，首先始發(fā)入場(chǎng)線，后始發(fā)出場(chǎng)線。施工臨時(shí)用電主要包括盾構(gòu)機(jī)、洞內(nèi)照明、盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備及辦公生活區(qū)用電。盾構(gòu)主要配套設(shè)備包括龍門吊、砂漿攪拌機(jī)、膨化池?cái)嚢铏C(jī)、通風(fēng)機(jī)、電瓶車充電器、循環(huán)水泵、冷卻塔、排水泵等。施工臨時(shí)用電變壓器由業(yè)主提供，變壓器容量及安裝位置由施工單位設(shè)計(jì)，最終由供電單位確定。

2? 盾構(gòu)機(jī)臨電方案設(shè)計(jì)

2.1 供電系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)總體方案應(yīng)用TN-S系統(tǒng)（三相五線制）原理，結(jié)構(gòu)上采取三級(jí)配電、二級(jí)保護(hù)或三級(jí)保護(hù)形式，如圖1所示。對(duì)于一級(jí)箱到二級(jí)箱電線漏電動(dòng)作而言，其額定電流與額定時(shí)間之積必須小于或等于30mA·s。而對(duì)于流動(dòng)電箱和開關(guān)箱之間的漏電動(dòng)作來說，額定時(shí)間一般不超過0.1s，額定電流應(yīng)該不大于30mA。變壓器接地電阻4Ω，重復(fù)接地電阻10Ω，當(dāng)區(qū)域配電箱與電源變壓器的距離超過50m時(shí)，應(yīng)將PE線重復(fù)接地，其接地電阻值必須小于10Ω。

盾構(gòu)機(jī)從高壓配電室進(jìn)行供電，電壓為10kV，用UGEFP-3×70+3×35/3分相屏蔽電纜連接。在電纜經(jīng)過施工路面時(shí)，可以采取埋設(shè)鋼管（深度80cm、直徑100mm）的方法保護(hù)電纜。在鋼管兩端使用法蘭盤緊固連接，通過密封膠墊以達(dá)到密封防水效果。為保證電纜轉(zhuǎn)彎和方便拆除，在轉(zhuǎn)彎處設(shè)置有工作井，電纜沿著隧道掛鉤按S形從井口垂直向下到盾構(gòu)車架進(jìn)行連接，并且每隔一定距離（100m）設(shè)置一塊警告牌。通過車站內(nèi)整體始發(fā)方式，盾構(gòu)車架變壓器直接和盾構(gòu)機(jī)高壓進(jìn)線部分連接。

2.2 供電線路方案設(shè)計(jì)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，周邊10kV電網(wǎng)相當(dāng)豐富，但該工程項(xiàng)目用電量比較大，根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮，由供電所引出一回路10kV專線供電，由該市地鐵公司新建10kV一進(jìn)四出環(huán)網(wǎng)柜在工地圍擋內(nèi)供電，1﹟分路給單臺(tái)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)供10kV電;2﹟分路給變壓器供電。

高壓電纜通過PVC管保護(hù)下井，由卡箍固定，從高壓分接箱或高壓開關(guān)站引出，通過電纜溝鋪設(shè)至洞口。在隧道內(nèi)，高壓電纜不能與人行道布置在同側(cè)，通過圓鋼彎鉤（Φ8）在管片連接螺栓上進(jìn)行固定。

2.3 專用高壓開關(guān)安裝方案分析

依據(jù)CTE6250盾構(gòu)機(jī)裝機(jī)功率及供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4]，高壓開關(guān)站容量與盾構(gòu)機(jī)所配備的變壓器容量一致即可，為2000kVA。盾構(gòu)機(jī)裝機(jī)功率為1400KW，盾構(gòu)機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)見表1。

2.4 盾構(gòu)機(jī)電纜安裝設(shè)計(jì)

盾構(gòu)機(jī)電纜采用CTE6250盾構(gòu)機(jī)高壓電纜截面設(shè)計(jì)要求，使用UGEFP-3×70+3×35/3露天礦用高壓橡套軟電纜[5]。戶外地面開關(guān)站的終端頭可以選擇熱縮型或者冷縮型，對(duì)于該工程，選擇性價(jià)比更高的熱縮型終端頭。對(duì)于進(jìn)洞高壓電纜，通常采用冷縮型中間接頭、熱縮型中間接頭和TJB高壓電纜三種方式進(jìn)行連接。該工程綜合考慮安全、成本和技術(shù)各種因素，最后采用熱縮型。熱縮型中間接頭接完高壓電纜后必須測(cè)試合格后方可投入使用。特別是必須將電纜金屬護(hù)套、電纜頭外殼和鎧裝層使用銅絞線（Φ≥16mm）進(jìn)行接地。

2.5 配套設(shè)備及施工現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)計(jì)

盾構(gòu)主要配套用電設(shè)備包括龍門吊、充電機(jī)、砂漿攪拌站、通風(fēng)機(jī)、冷卻塔、膨潤土攪拌電機(jī)、儲(chǔ)漿罐、循環(huán)水泵、污水泵[6];施工現(xiàn)場(chǎng)主要用電設(shè)備包括鋼筋加工場(chǎng)、木工機(jī)具、工地照明、振動(dòng)棒、空壓機(jī)、濕噴機(jī)、攪拌機(jī)、錨桿鉆機(jī)、盾構(gòu)區(qū)間駐地生活及辦公用電等。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，工地周邊高壓電網(wǎng)豐富，本工程由供電所提供一條10kV專線供電，并且新建一高壓環(huán)網(wǎng)柜，綜合考慮盾構(gòu)用電及施工現(xiàn)場(chǎng)用電，新建的環(huán)網(wǎng)柜要能滿足供1×630kVA的組合式箱變和1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)2000kVA用電，630kVA變壓器為盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備、施工現(xiàn)場(chǎng)及盾構(gòu)區(qū)間駐地提供電力。

3? 配電變壓器容量計(jì)算

由于配電變壓器給整個(gè)工程供電，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)臨電方案設(shè)計(jì)來說，計(jì)算出整體電量，選擇合適容量的配電變壓器，是十分必要的。

盾構(gòu)區(qū)間與明挖段結(jié)構(gòu)施工結(jié)合用電，按用電負(fù)荷及功能可分為三塊，即盾構(gòu)配套設(shè)備用電、明挖結(jié)構(gòu)施工用電、盾構(gòu)區(qū)間駐地辦公生活用電（見表2和表3）。

在計(jì)算表2和表3中設(shè)備用電負(fù)荷時(shí)，根據(jù)設(shè)備供電類型，分別依據(jù)三相用電基本計(jì)算公式和單相用電基本計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。其中，三相用電公式表示為：

式中，S—視在計(jì)算負(fù)荷（kVA）;kd—平均需要系數(shù);—額定有功負(fù)荷之和（kW）;—功率因數(shù);U—額定電壓（kV）。

單相用電基本計(jì)算公式表示為：

式中，S為三相等效視在計(jì)算負(fù)荷（kVA）;Se為視在額定負(fù)荷（kVA）。

根據(jù)公式（1）和公式（2）對(duì)表2和表3中的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。通過計(jì)算，可以得到盾構(gòu)配電施工的總用電容量為：

S總=∑=0.9×678=610kVA

因此根據(jù)變壓器技術(shù)等級(jí)參數(shù)，選擇630kVA容量的配電變壓器。

4? 結(jié)語

對(duì)于其他地鐵工程，盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)的用電情況比較類似，在設(shè)計(jì)臨時(shí)用電方案時(shí)都應(yīng)該首先計(jì)算出工地設(shè)備和施工的用電負(fù)荷。無論用電方案怎樣變化， 始終要遵循安全、經(jīng)濟(jì)、適用、高效的原則，并且建立安全用電施工相關(guān)制度，比如建立安全用電的編制、審批制度，另外也要注意電氣火災(zāi)的預(yù)防。

在施工過程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些事故，比如電氣設(shè)備損壞、漏電或用電系統(tǒng)癱瘓等，在處置時(shí)應(yīng)堅(jiān)持“指揮有力、反應(yīng)迅速、聯(lián)絡(luò)通暢、責(zé)任明確”的原則。 針對(duì)已經(jīng)發(fā)生的險(xiǎn)情或事故，首先應(yīng)該進(jìn)行上報(bào)，積極查明事故原因，預(yù)防災(zāi)害擴(kuò)大，如果有傷亡，應(yīng)該按照事故應(yīng)急方案積極自救和搶救傷員。在處理時(shí)要保護(hù)好現(xiàn)場(chǎng)，以備進(jìn)行下一步處置。

參考文獻(xiàn)

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