城市地铁隧道盾构施工供配电系统设计

城市地铁隧道盾构施工供配电系统设计
[摘要]随着国家“十二五”规划的不断实施推进，在加快经济建设的同时，为缓解城市道路交通压力，全国多数大中城市已加大了地铁建设的投资。

盾构施工是城市地铁施工的核心部分，而盾构施工的供配电技术是盾构施工要解决的首要问题，因此，盾构施工供配电系统设计显得尤为重要。

本文将从盾构施工供电系统的电压选择、总体方案设计、盾构高压电缆的安装技术以及安全用电保证措施等几个方面系统的阐述城市地铁隧道盾构施工供配电的系统设
计方案。

[关键词]城市地铁盾构施工供电配电高压电缆系统设计
中图分类号：f291.1 文献标识码：a 文章编号：
城市地铁土建施工部分主要包括地铁车站、出入口、风亭以及隧道区间施工，地铁隧道区间施工中最常见的是采用盾构法施工。

盾构法施工是采用盾构机壳体防止围岩的土砂坍塌，进行开挖、推进，并在盾尾进行衬砌作业从而修建隧道的方法。

盾构机是一种高压大功率掘进式的用电设备。

因此，盾构机施工中供电配电系统的设计显得尤为重要，本文以完成一个地铁车站和一段（3km）隧道区间（含左右幅双线通道）的施工任务为例，主要介绍地铁隧道盾构施工供电配电系统的设计方案。

供电系统电源电压的选择
根据我国城市用电等级及用电负荷的要求，用电总容量大于
250kva、供电距离大于200m的应当采用10kv及以上的电压等级供电，国内地铁盾构法施工采用的盾构机主要分为进口和国产两部分，其中，进口盾构机主要有德国海瑞克、美国罗宾斯、加拿大罗浮特以及日本三菱；国产机主要有中铁隧道公司、中国铁建重工以及北方重工等公司生产的盾构机。

但无论什么型号的盾构机，其总功率一般都在1250kva及以上。

因此，施工场区内高压电源电压的选择主要由盾构机机型和其总功率决定，但与施工场区内其他用电功率的总负荷以及所在城市电网的特点等因素也有关。

目前，国内使用的盾构机高压供电电压一般为一路10-35kv电压，大多数盾构施工采用一路10kv高压供电系统。

供电配电总体方案设计
施工主要任务及用电负荷计算
施工主要任务为完成一个地铁车站（不含出入口和风亭施工）和一段（3km左右）隧道区间（含左右幅双线通道）的施工。

结合以上的施工任务、地铁施工的特点和经验，并根据工程概况和施工组织设计认真分析承揽工程的施工任务以及全面分析各用电设备的特点并计算最大负荷。

场区内用电大致可分为项目部办公及生活用电、地铁车站施工用电、盾构作业地面部分用电以及盾构及后配套设备用电等四个部分。

各受电点总负荷计算过程在此不详细熬述，根据计算可得各受电点最大负荷容量如下：
项目部办公及生活用电约100kw；
地铁车站用电总负荷约400kw；
盾构作业地面部分用电约450kw；
盾构及后配套设备用电总容量为3600kw（选用的2台盾构机自带变压器容量为1800kw/台套，左右幅各1台）；
实际施工中，盾构施工的始发井及出喳口通常选择为地铁车站的预留井口，盾构施工通常在车站结构施工基本完成时进行，其地铁车站施工用电和盾构地面作业用电基本不发生冲突，根据以上的计算，项目部办公及生活用电、地铁车站用电和盾构作业地面部分用电这三部分受电点可选择一台800kva变压器的低压端供电（若地铁车站施工用电和盾构地面作业用电不能错开时可选择更大的1台变器或2台500kva的变压器分开供电）；盾构机及后配套设备为大型大功率掘进式用电设备，盾构机自带变压器将高压电变压为多级动力（或照明）电压供盾构机掘进及后配套设备用电。

供电配电总体设计
根据场区用电特点，从城市电网采用高压电缆引入一路10kv高压电至场区的高压开关柜（电气线路原理图如图1所示），接入高压开关柜前采用架空或地埋方式敷设，高压开关柜内应设置计量柜。

高压开关柜内需配置3个变压器出线柜，即左线盾构机、右线盾构机和800kva变压器分别与三个变压器出线柜出线端连接，根据需要有时可以在高压开关柜里多安装一个变压器出线柜作为备用柜。

场区内供电配电电气系统图如图2所示。

3、应急备用电源
在供配电的总体设计中必须考虑应急备用电源，在城市外网高压电接入后，可能因外网偶然事故导致断电、外网的正常检修或其他原因引起断电等都将影响到正常施工。

无论是车站施工或盾构施工，在某些环节是不能断电的，因此必须配备发电机作为备用电源，一般采用300-350kva的发电机组，条件允许可采用容量更大的发电机组作为备用电源。

在外网的线路停电后应立即启用备用电源保证洞内通风、照明、抽水、电焊作业、连续浇注混凝土等,起到用电应急的作用。

4、高压开关柜安装位置的选择
在城市外网高压接入电源和供电电压确定后，应当在场区内选择并确定高压开关柜安装位置。

在设计和规划时应综合考虑以下因素：当地供电局外网接入位置、施工现场实际情况、安装位置的安全性等，另外还要考虑选择离盾构始发井较近的地方，以尽量减少线路距离和降低电缆的成本。

三、盾构高压线缆的安装技术
1、盾构机高压电缆的确定
根据盾构机的特点，盾构机上采用的是高压电源，从地面高压开关柜到盾构机之间的距离较长，电压的输配需采用盾构专用高压电缆。

每个盾构机生产厂家对高压电缆的材质、截面、载流量以及抗压等级都有要求。

一般有相应的原配电缆，但因进口盾构机其原配电缆成本较高，国内使用盾构机的单位多数根据其要求采用国产电缆，通常采用yjv3×70+1×35mm2的铜芯软电缆就能达到要求，采
购成本相对较低，另外，可以根据需要在厂家订做时制成300m/根-500m/根均可。

2、高压电缆及附件的电气性能试验
根据国家标准的规定和盾构工程的特点,绝缘电力电缆、附件安装后需进行以下几项电气性能试验：
①绝缘电阻测定,用2500v或5000v摇表测定，并记录数据看是否符合10kv高压电力电缆的规范要求。

②直流耐压试验, 用柔性连接电缆将试验设备与试品电缆相连接，合上电源，开始升压进行试验。

在试验电压u=2u0下保持60min,升压过程应密切监视高压回路，监听试品电缆是否有异常响声，试验中若无破坏性放电发生（电缆应不被击穿），则认为通过耐压试验。

③以上试验合格后,进行试验最后一项工作,即检查电缆线路的相位是否正确。

试验时需用0.1hz电压发生器（超低频）。

试验要求可参见
《1kv-35kv挤包绝缘电力电缆及附件》（gb/t12706-2008），试验方法可参见《电线电缆电性能试验方法》（gb/t3048-2007）。

3、电缆敷设
盾构作业用电大致可分为三部分，即地面作业部分的380/220v 低压用电、盾构施工隧道的进洞380/220v低压用电和10kv高压接入盾构机变压器用电。

地面高压开关柜及变压器的高低压电缆出线数量较多,且地面上砂浆搅拌、膨润土搅拌以及其他电焊作业等会导致泥浆、积水等不易疏通,为保证检修方便、运行安全,在地面规划出高低压电缆沟分
别敷设并加沟盖,电缆从地面进入井下洞口处则采用pvc管穿套保护并用卡箍固定,在隧道洞内,低压电缆布置在人行道一侧,高压电缆则在另一侧。

制作圆钢弯钩（加塑套）固定在m24管片连接螺栓上,高低压电缆则悬挂在其上,低压电缆向洞内延伸可采用低压配电箱连接，每段电缆根据需要确定长度，每短电缆长度宜200m。

4、盾构专用高压电缆的连接技术
（1）高压电缆的连接采用专用的高压电缆分接箱
从地面高压开关柜的出线端至盾构机变压器的初始电缆长度一般选定为300-500m，盾构机始发前长出的电缆盘绕在最后一节台车上，当盾构机向前掘进至初始电缆即将用完时，应接安装高压电缆分接箱并接入一段高压电缆，一般长度为300m-500m，具体长度根据需要定制。

（2）高压电缆头的制作要求
高压电缆头是电缆安全运行的薄弱环节,因此,加强对电缆头制作材料的选用和施工工艺的把关十分必要。

一般规定:①电缆头的制作应由经过培训且技术熟练的专业电工操作；②电缆头制作时应严格执行工艺规程；③制作电缆头前应做好检查工作且符合下列要求: 相位标识正确、所用绝缘材料符合要求、电缆头的配件齐全并符合要求以及接入的高压电缆分接箱应做好接地装置，接地线应采用铜绞线或镀锡铜编织线。

（3）高压电缆的连接技术
盾构掘进时机上电缆卷盘（或盘绕在最后一节台车上）高压电缆
即将用尽后,应从地面高压开关柜处切断电压并稍等一段时间待高压电缆电压放散完毕后及时组织足够人力拖拉高压电缆，防止高压电缆外皮破损,进行新增电缆和分接箱安装,将电缆盘绕在最后一节台车上或盾构机电缆卷盘上。

高压电缆的连接方法如图3所示。

四、用电安全技术保证措施
1、建立健全施工现场临时用电管理组织机构,根据《建设工程施工现场供用电安全规范》制定用电管理措施,结合盾构机掘进工程的特点制定《安全用电管理办法》以及洞内用电、高压试验等有针对性的用电保证措施。

2、施工现场低压用电(包括隧洞内)应形成三级以上的漏电安全保护网。

三级配电箱内必须装设漏电保护器,其额定漏电动作电流应大于配电线路和用电设备总泄漏电流值的2倍以上。

3、严格将动力用电和照明用电分开设置。

动力用电和照明用电均装设总漏电保护器。

在用电量较大时,动力用电可采用由零序电流互感器、漏电继电器和低压自动空气断路器或交流接触器组成的组合式漏电保护器;照明用电一般可采用开关式漏电保护器。

4、隧洞内备足多级抽水设备,防止水淹带来安全事故;电焊机采用二保电焊机。

五、结束语
在实际隧道盾构法施工中，应结合工程实际合理运用本供配电系统设计方案，该设计方案在西安地铁三号线tjsg-14标广泰门至石家街盾构区间已得到成功运用。

值得注意的是盾构施工高压用电的安全事项，在线路的设计时应从多角度充分考虑电力线路的安全问题，在方案确定方面应从线路的设计、敷设、过载保护、漏电保护、接地保护以及人体安全电压等方面充分考虑，确保盾构机施工作业人员以及设备的安全。

参考文献：
1、《市政公用工程管理与实物》，中国建筑工业出版社，2011年4月第三版；
2、《施工现场临时用电》（安全技术规范实施手册），中国建筑工业出版社2007年5月第二版；。