地铁盾构施工临时用电方案设计与分析

地铁盾构施工临时用电方案设计与分析
摘要：隧道盾构施工是城市地铁建设中最为重要的一个环节，在研究相关技术基础上，结合某地铁线盾构区间建设情况，设计供电系统总体方案，并对线路、专用高压开关、盾构机电缆及配套设施相关方案进行详细设计，分析和计算配电变压器容量。

通过设计和分析，为盾构机施工用电提供科学方案和可靠技术支持，保障地铁工程建设的顺利进行。

关键词：盾构机专用高压开关配电变压器地铁
地铁轨道交通被认为是解决大中型城市公共交通运输问题的重要途径[1-2]，在我国有着广阔的发展前景。

在城市地铁轨道建设过程中，盾构施工是最为关键的一环[3]，施工精度和速度直接影响地铁工程建设的质量和进度。

因此，对盾构临时用电施工方案进行详细设计和分析，事关地铁建设全局，需要重点考虑。

1 工程概况
某市地铁线工程出入场线盾构区间呈南北走向，盾构隧道总长1886.7m（以单线隧道长计），其中出场线盾构隧道长951.5m，入场线盾构隧道长935.2m。

盾构区间采用CTE6250盾构机进行施工，盾构掘进分为两次始发、两次接收，首先始发入场线，后始发出场线。

施工临时用电主要包括盾构机、洞内照明、盾构机配套设备及办公生活区用电。

盾构主要配套设备包括龙门吊、砂浆搅拌机、膨化池搅拌机、通风机、电瓶车充电器、循环水泵、冷却塔、排水泵等。

施工临时用电变压器由业主提供，变压器容量及安装位置由施工单位设计，最终由供电单位确定。

2 盾构机临电方案设计
2.1 供电系统总体方案设计
供电系统总体方案应用TN-S系统（三相五线制）原理，结构上采取三级配电、二级保护或三级保护形式，如图1所示。

对于一级箱到二级箱电线漏电动作而言，其额定电流与额定时间之積必须小于或等于30mA·s。

而对于流动电箱和开关箱之间的漏电动作来说，额定时间一般不超过0.1s，额定电流应该不大于30mA。

变压器接地电阻4Ω，重复接地电阻10Ω，当区域配电箱与电源变压器的距离超过50m时，应将PE线重复接地，其接地电阻值必须小于10Ω。

盾构机从高压配电室进行供电，电压为10kV，用UGEFP-3×70+3×35/3分相屏蔽电缆连接。

在电缆经过施工路面时，可以采取埋设钢管（深度80cm、直径100mm）的方法保护电缆。

在钢管两端使用法兰盘紧固连接，通过密封胶垫以达到密封防水效果。

为保证电缆转弯和方便拆除，在转弯处设置有工作井，电缆沿着隧道挂钩按S形从井口垂直向下到盾构车架进行连接，并且每隔一定距离（100m）设置一块警告牌。

通过车站内整体始发方式，盾构车架变压器直接和盾构机高压进线部分连接。

2.2 供电线路方案设计
经现场勘察，周边10kV电网相当丰富，但该工程项目用电量比较大，根据实际情况综合考虑，由供电所引出一回路10kV专线供电，由该市地铁公司新建10kV一进四出环网柜在工地围挡内供电，1﹟分路给单台盾构掘进机供10kV 电;2﹟分路给变压器供电。

高压电缆通过PVC管保护下井，由卡箍固定，从高压分接箱或高压开关站引出，通过电缆沟铺设至洞口。

在隧道内，高压电缆不能与人行道布置在同侧，通过圆钢弯钩（Φ8）在管片连接螺栓上进行固定。

2.3 专用高压开关安装方案分析
依据CTE6250盾构机装机功率及供电系统设计[4]，高压开关站容量与盾构机所配备的变压器容量一致即可，为2000kVA。

盾构机装机功率为1400KW，盾构机供电系统设计见表1。

2.4 盾构机电缆安装设计
盾构机电缆采用CTE6250盾构机高压电缆截面设计要求，使用
UGEFP-3×70+3×35/3露天矿用高压橡套软电缆[5]。

户外地面开关站的终端头可以选择热缩型或者冷缩型，对于该工程，选择性价比更高的热缩型终端头。

对于进洞高压电缆，通常采用冷缩型中间接头、热缩型中间接头和TJB高压电缆三种方式进行连接。

该工程综合考虑安全、成本和技术各种因素，最后采用热缩型。

热缩型中间接头接完高压电缆后必须测试合格后方可投入使用。

特别是必须将电缆金属护套、电缆头外壳和铠装层使用铜绞线（Φ≥16mm）进行接地。

2.5 配套设备及施工现场用电设计
盾构主要配套用电设备包括龙门吊、充电机、砂浆搅拌站、通风机、冷却塔、膨润土搅拌电机、储浆罐、循环水泵、污水泵[6];施工现场主要用电设备包括钢筋加工场、木工机具、工地照明、振动棒、空压机、湿喷机、搅拌机、锚杆钻机、盾构区间驻地生活及办公用电等。

经现场勘察，工地周边高压电网丰富，本工程由供电所提供一条10kV专线供电，并且新建一高压环网柜，综合考虑盾构用电及施工现场用电，新建的环网柜要能满足供1×630kVA的组合式箱变和1台盾构机2000kVA用电，630kVA 变压器为盾构机配套设备、施工现场及盾构区间驻地提供电力。

3 配电变压器容量计算
由于配电变压器给整个工程供电，对于盾构机临电方案设计来说，计算出整体电量，选择合适容量的配电变压器，是十分必要的。

盾构区间与明挖段结构施工结合用电，按用电负荷及功能可分为三块，即盾构配套设备用电、明挖结构施工用电、盾构区间驻地办公生活用电（见表2和表3）。

在计算表2和表3中设备用电负荷时，根据设备供电类型，分别依据三相用电基本计算公式和单相用电基本计算公式进行计算。

其中，三相用电公式表示为：式中，S—视在计算负荷（kVA）;kd—平均需要系数;—额定有功负荷之和（kW）;—功率因数;U—额定电压（kV）。

单相用电基本计算公式表示为：
式中，S为三相等效视在计算负荷（kVA）;Se为视在额定负荷（kVA）。

根据公式（1）和公式（2）对表2和表3中的相關设备进行计算和统计。

通过计算，可以得到盾构配电施工的总用电容量为：
S总=∑=0.9×678=610kVA
因此根据变压器技术等级参数，选择630kVA容量的配电变压器。

4 结语
对于其他地铁工程，盾构施工现场的用电情况比较类似，在设计临时用电方案时都应该首先计算出工地设备和施工的用电负荷。

无论用电方案怎样变化，始终要遵循安全、经济、适用、高效的原则，并且建立安全用电施工相关制度，比如建立安全用电的编制、审批制度，另外也要注意电气火灾的预防。

在施工过程中，可能会出现一些事故，比如电气设备损坏、漏电或用电系统瘫痪等，在处置时应坚持“指挥有力、反应迅速、联络通畅、责任明确”的原则。

针对已经发生的险情或事故，首先应该进行上报，积极查明事故原因，预防灾害扩大，如果有伤亡，应该按照事故应急方案积极自救和抢救伤员。

在处理时要保护好现场，以备进行下一步处置。