程 鉀,申鐵軍

（1.山西路橋第六工程有限公司,山西 晉中 030600;2.山西路橋建設集團有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

隧道計劃出口處安裝1臺650 kVA變壓器，在距洞口50～150 m范圍內(nèi)（具體依現(xiàn)場情況而定）修建配電室，作為變壓器安置房，為隧道洞內(nèi)外施工用電設備供電，主要為通風機和隧道施工現(xiàn)場各機械設備及照明供電[1-3]。配電室面積應充分考慮變壓器體積及工作散熱。該變壓器由當?shù)毓╇娝匆筮M行安裝，調(diào)試合格后交付我方使用。在前期工程施工無大電期間采用1臺400 kW大功率發(fā)電機發(fā)電[4-6]。

1 采用三級配電系統(tǒng)

所有用電器（設備）只能由三級配電開關(guān)箱控制，如圖1。

圖1 三級配電圖

2 用電負荷統(tǒng)計與計算

2.1 用電負荷統(tǒng)計

用電負荷統(tǒng)計見表1。

表1 隧道主要用電量統(tǒng)計表

2.2 用電負荷計算

（1）動機設備功率計算：

空壓設備10臺：∑P=11.0 kW×10=110 kW；

通風的設備1臺：∑P=140.0 kW×1=140.0 kW；

混凝土噴射設備1臺：∑P=5.5 kW×1=5.5 kW；

水泥漿攪拌設備1臺：∑P=4.0 kW×1=4.0 kW；

水泵3臺：∑P=5.0 kW×3=15.0 kW；

液壓型鋼彎曲機1臺：∑P=4 kW×1=4 kW

扒渣機1臺：∑P=15 kW×1=15 kW；

注漿機1臺：∑P=3.5 kW×1=3.5 kW

襯砌臺車1臺：∑P=30 kW×1=30 kW；

霧炮機2臺：∑P=16.5 kW×2=33 kW；

砂輪切割機2臺：∑P=2 kW×2=4 kW；

電機合計功率：

（2）電焊機的負荷計算：

∑P2=25.0 kW×3臺=75.0 kW。

（3）內(nèi)照明用電功率計算：

照明合計功率：∑P3=21.7（kW）。

（4）據(jù)公式：S=K1×K2（∑P1×K3÷Cosφ+∑P2×K4+∑P3×K5）計算用電負荷。

系數(shù)K1=1.05，K2=1.0，K3=0.70，K4=0.60，K5=1.0。

電動機平均功率因素cosφ取0.78，用電量計算：S=413.1（kVA）。

3 隧道配置方案分析

3.1 電纜的選用

根據(jù)以上計算，隧道進出洞口施工用電量均為413.1 kVA。三相制電流計算如下：

二相制線路上的電流按下式計算：

以上兩個公式中，I線——電流值（A）；K——用電不均勻系數(shù)，1.05～1.1，取1.1；K1——施工時全部用電設備同時使用的系數(shù)，取0.6～0.75；P——總功率；U——線電壓；cosφ——功率因數(shù)，取0.9。電纜截面積表見表2。

表2 電纜截面積表

（1）壓機電纜截面的選擇：

I=PS/（1.732U線×cosφ)，即：

I=110/（1.732×0.38×0.80）=209 A

查表電纜選型鋁芯線截面為120 mm2，考慮使用電纜溫升，截面積選擇較大一個型號，150 mm2。

（2）風機電纜截面的選擇：

I=PS/（1.732U線×cosφ)，即：

I=140/（1.732×0.38×0.95）=224 A

查表電纜選型鋁芯線截面為95 mm2，考慮使用電纜溫升，截面積選擇較大一個型號，120 mm2。

（3）電焊機電纜截面的選擇：

I= PS/（1.732U線×cosφ)，即：

I=75/（1.732×0.38×0.95）=120 A

查表電纜選型鋁芯線截面為35 mm2，考慮使用電纜溫升，截面積選擇較大一個型號，50 mm2。

（4）內(nèi)低壓照明電纜截面的選擇：

I線=P/（U線cosφ），即：

I線=6.5/（0.22×0.9）=33 A查表電纜選型鋁芯線截面為6 mm2，考慮使用電纜溫升，截面積選擇較大一個型號，10 mm2。

由于洞內(nèi)照明為36 V，因電壓越低，電流就越大，因此電纜線10 mm2的基礎上一般考慮為6倍的配線截面。所以洞內(nèi)照明線電纜選型鋁芯線截面最低為60 mm2，在此，選用70 mm2鋁芯線截面。

3.2 變壓器配置安裝

變壓器二次側(cè)到主受電柜采用3×185+2×95塑料鋁芯線電纜，每相一根[7-8]，分相分色標識，從主配出柜到各主要分配電箱采用3×185+2×95或者3×120+2×70鋁芯電纜，采用電纜溝或者直埋敷設[9-10]。

3.3 隧道內(nèi)動力主線安裝

3.3.1 項目實例

國道341線（山西臨汾境內(nèi)東起長治市沁源縣途經(jīng)沁源縣靈空山鎮(zhèn)、古縣北平鎮(zhèn)、古陽鎮(zhèn)、古縣縣城、洪洞縣蘇堡鎮(zhèn)、洪洞縣城東與霍侯一級路（G108線）相接，后與國道108共線，向北經(jīng)洪洞縣明姜鎮(zhèn)、趙城鎮(zhèn)、霍州市辛置鎮(zhèn)、白龍鎮(zhèn)后，向西依次經(jīng)西縣僧念鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)、勍香鎮(zhèn)，隰縣黃土鎮(zhèn)、寨子鄉(xiāng)、龍泉鎮(zhèn)，永和縣坡頭、南莊鄉(xiāng)，終點到達山西與陜西省界處，通過永和關(guān)黃河大橋與陜西境內(nèi)G341線相連。該項目作為國道341線的一部分，位于山西省臨汾市所轄古縣及洪洞縣境內(nèi)(原名“省道沁洪線”），充分預留項目將來繼續(xù)向沁源古縣界按一級路標準銜接的接線條件，路線里程54.519 km。

（1）地形、地貌。該項目路線通過區(qū)域地形總體呈北高南低，即由北（起點）向南（終點）方向逐漸傾斜，起點最大高程1 260 m，終點最低高程464.00 m，高程從起點開始逐漸往南、南西方向逐漸降低，最大相對高差約796 m。依據(jù)地貌的成因類型、地形特征、地貌形態(tài)，該項目內(nèi)地貌主要劃分為：構(gòu)造侵蝕溶蝕中山區(qū)、黃土覆蓋基巖低山區(qū)。

1）構(gòu)造侵蝕溶蝕中山區(qū)。構(gòu)侵蝕溶蝕中山區(qū)主要分布于K0+000～K12+000段，受同向斷裂控制，山坡較陡，山頂稍平緩。千佛溝村東南側(cè)的山項為該區(qū)最高點，高程為1 322.3 m，古陽鎮(zhèn)為該區(qū)的最低點，高程為922 m，相對高差4 003 m區(qū)內(nèi)溝谷淺切割，呈樹枝狀，溝谷洪水大部分南流入洪安澗河。該區(qū)地層巖性主要為奧陶系灰?guī)r，巖溶以垂直形態(tài)為主，規(guī)模較小，具有地下水補給區(qū)特征。

2）黃土覆蓋基巖低山區(qū)。黃土覆蓋基巖低山區(qū)主要分布于K12+000～K43+000。該區(qū)地形較破碎，溝谷發(fā)育。山頂呈黃土梁峁狀，地形較為開闊平緩。谷坡基巖裸露、地形陡峻，多呈“V”形溝谷，僅路線左側(cè)的洪安澗河河灘比較寬闊、地形平坦。古陽鎮(zhèn)的南山村為該區(qū)最高點、高程為970 m，蘇堡鎮(zhèn)的東下魯為該區(qū)的最低點、高程為553 m，相對高差417 m。地形坡度一般40°～75°。

（2）氣象、水文。項區(qū)1月份最冷，平均氣溫零下3～-6 ℃，極端最低氣溫-23.4 ℃。7月份最熱，平均氣溫25～26 ℃，極端最高氣溫39.3 ℃。全年無霜期年均173天，初霜期在10月中旬，終霜在4月中旬。凍結(jié)期始于10月下旬，解凍期為4月初，最大凍土深度0.8 m。根據(jù)古縣氣象局1994—2016年的氣象資料，年最小降雨量295.2 m（2008年），最大日降水量為117.9 mm（1998年7月21日），最大小時降雨量42.0 mm（2003年8月24日21點02分—2003年8月24日22點02分），10 min最大降雨量為23.6 mm（1998年7月20日13點16分—1998年7月20日13點26分）。該項目區(qū)水系屬黃河水系汾河流域，路線走向絕大部分沿河分布，河流由區(qū)內(nèi)洪安澗河及其支流組成。路線方案在K0+900、K1+200、K2+000、K2+900、K3+200、K3+500、K8+000、K10+000、K11+800和K40+400等多處跨越安澗河。

3.3.2 安裝方案

隧道內(nèi)動力主線路采用3×150+2×70鋁線電纜，沿著隧道邊墻采用專用電纜掛鉤敷設，掛鉤間距1.5 m，電纜裁剪時按照1.1倍的實際里程考慮，兩端適當增加富余長度[11-12]。電纜鋪設高度距鋪地面不得低于2.5 m，并且與高壓風水管路分開布置。在主電纜間隔400 m的位置開口，安裝分配電箱，用五芯電纜T接，負責前后200 m范圍的用電接引，同時設置重復接地一處[13-14]。主要設備用電線路從配電室配出柜直接引出，視距離遠近和功率大小，選用不同截面的五芯鋁芯電纜（螺桿空壓機、通風機等）分配電箱根據(jù)供電范圍和負荷情況。必須選擇五芯銅芯或者鋁芯電纜，開關(guān)箱視用電設備選擇不同截面和型號的電纜，應為三芯以上銅芯或者鋁芯電纜[15]。

3.3.3 通風操作

（1）通風設備選擇：

風機應滿足風量Q=2 859 m3/min，風壓530 Pa，功率33.15 kW等條件。

（2）通風系統(tǒng)設備配置。按照隧道出口端地形，考慮到洞口形式為端墻式明洞，風機設置在距隧道洞口10 m處，洞口段30 m通風管采用鋁合金管，其他通風管采用軟管，通風管直徑1.5 m。隧道出洞口配置1臺185 kW通風機和5臺20 m3電動空壓機，風機設置在距隧道洞口左側(cè)10 m處，修建10 m2左右空壓機房作為通風機和空壓機的專門安置房。空壓機房應充分考慮通風機和空壓機體積及工作散熱。洞口段30 m通風管采用鋁合金管，其他通風管采用軟管，通風管直徑1.5 m。

為保證掌子面空氣新鮮，隧道分兩個階段進行通風。

1）第一通風階段：在進洞1 500 m范圍內(nèi)，采用壓入式通風方式。左右洞各采用一臺2×110 kW高效、低噪、節(jié)能軸流式通風機壓入式通風。設在洞口外約30～40 m的位置，通過Φ1 500 mm拉鏈式軟風管將新鮮空氣壓至開挖面附近，洞內(nèi)污濁空氣沿隧道排出。為改善通風效果，在每個模板臺車襯砌工作面附近設局扇加強通風。

2）第二通風階段：待開挖大于1 500 m時，施工通風采用兩臺強力射流風機（QSF-1250型，75 kW）在軸流風機后方30 m形成風幕。兩臺SDF-N012.5軸流式通風機（2×110 kW）位于左線車行橫洞后40 m處分別向隧道開挖面直接送風(右線通風管需穿過車行橫洞向右線開挖面供風)。風管通過混凝土襯砌模板臺車時，風管從臺車架子二層操作平臺上通過。用鐵皮做成圓形通風管，兩端設為弧形，軟式風管從鐵皮管內(nèi)穿過。

4 結(jié)束語

綜上所述，在采用三級配電系統(tǒng)的條件下進行了用電負荷統(tǒng)計與計算，隧道臨時用電的配置方案、安裝方案以及通風操作均要根據(jù)施工臨時用電的規(guī)范，當施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣時，從機械強度與導線載流量方面考慮來選擇供電設備、線路選型及敷設方式。